20cm離子推力器束流平直度的改進(jìn)方案

吳先明，張?zhí)炱剑惥昃辏?娟

(蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000)

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20cm離子推力器束流平直度的改進(jìn)方案

吳先明，張?zhí)炱剑惥昃辏?娟

(蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000)

針對(duì) 20 cm離子推力器(LIPS-200)存在束流平直度較差等問(wèn)題，分析了提高LIPS-200束流平直度的幾種方法，主要包括采用4極磁場(chǎng)、陰極前端增加擋板、改變供氣方式和柵極孔徑補(bǔ)償設(shè)計(jì)等。利用數(shù)值方法詳細(xì)研究了磁場(chǎng)對(duì)推力器束流平直度的影響。PIC-MCC方法用于模擬放電室內(nèi)的等離子體放電過(guò)程，粒子模擬的磁場(chǎng)輸入利用有限元軟件MAXWELL計(jì)算得到。計(jì)算表明，優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)后的推力器比基線推力器束流平直度提高了29%，同時(shí)放電損耗下降了3%。通過(guò)分析可看到，單獨(dú)優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)或者將優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)與其他方法相結(jié)合能有效提高LIPS-200的束流平直度。

離子推力器；束流平直度；磁路結(jié)構(gòu)；PIC-MCC方法

0 引言

目前，離子推力器主要用于地球軌道航天器軌道轉(zhuǎn)移、位置保持及深空探測(cè)等[1-5]，由于其高比沖使得航天器可在任務(wù)中攜帶相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)少得多的燃料，尤其是一些深空探測(cè)任務(wù)只有使用電推進(jìn)才使其成為可能。相比傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)，離子推進(jìn)推力較小，因此執(zhí)行推進(jìn)任務(wù)時(shí)需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，其壽命要求很高，通常在上萬(wàn)小時(shí)或者數(shù)萬(wàn)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)。離子推力器的束流平直度是重要性能參數(shù)，主要通過(guò)交換電荷離子影響推力器的壽命，束流平直度越差，越多的電荷交換離子對(duì)加速柵中心區(qū)域造成濺射腐蝕，從而縮短離子推力器的壽命[6]。……