碘工质霍尔推力器原理与研究进展

霍尔效应推力器作为一种先进的电推进装置受到国内外航天界的广泛关注,利用氙气作为推进剂的中功率霍尔推进技术已相对成熟,并有上千台霍尔推力器在轨运行。然而,作为一种稀有气体,高纯度氙气价格昂贵,相对固体推进剂其储存密度偏低,高压储箱给安全和减重带来不利。因此,寻求一种新型固态工质替代氙气具有重要意义。2006年,有学者提出利用固态碘特有的升华和电离特性,可以代替氙气作为霍尔推力器的推进剂的想法,并对此进行了原理样机设计和初步实验研究。首先对国外的研究进展和目前能达到的推力器性能进行了概述,接着阐述了碘工质霍尔推力器的工作原理,然后总结了该推力器研究的关键技术和理论上可行的解决方案,最后对碘工质霍尔推力器的应用前景进行了展望。

碘工质霍尔推力器内部过程数值模拟

随着霍尔推力器的大力发展,碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程,为优化推力器性能和拓展空间应用提供依据。建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型,结合鞘层和二次电子发射模型,根据碘工质特性,加入解离-电离过程,在定壁温条件下,针对200 W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟,考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互作用过程。研究其放电通道内部的等离子体行为,分析放电室内的等离子体参数,获取其离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度等特征参数,将模拟结果和氙工质进行比较。结果表明:相较于氙工质,碘工质霍尔推力器存在解离区,宽度约为2 mm,位于近阳极区之后、电离区之前。