空心阴极微推力器研究进展

发布时间：2021-04-02 17:53

　　空心阴极微推力器是一种通过空心阴极放电产生高密度的等离子体,并将其喷出产生相应推力的电推力器,具有体积小、结构简单、研制难度小、成本低的优点,非常适合作为微小卫星的电推进系统。概述了空心阴极微推力器的系统组成和工作原理,介绍了国内外空心阴极微推力器的研究进展和发展现状,分析了不同结构的空心阴极微推力器的性能参数和特点,并对其关键技术及发展趋势进行了初步讨论。 

【文章来源】：真空与低温. 2020,26(02)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

HCT实验室模型

美国NASA的格伦研究中心（NASA GRC)[7]在2000年建立了空心阴极微推力器（HCMT）实验室样机。GRC开发的HCMT在阴极下游采用离子加速引出装置，其结构如图2所示，由空心阴极（放电内部）、放电室和双栅极离子光学组件组成，所有组件都置于等离子屏中，其中的放电室表面处于阳极电位。实验研究方案的基本原则包括：从优化的空心阴极中产生离子电流；利用静电反射，使离子以最小损耗膨胀；利用小直径离子光学系统加速离子；采用额外的阴极实现束流中和。与典型的离子产生方法相比，从空心阴极直接产生离子免去了对单独放电（电离）室和相关电源以及磁场的需要。产生的低离子束电流（10 mA）将允许使用比传统离子推力器更简单的中和方案。确定的最终研制目标是实现在50 W的输入功率下，比冲大于1 500 s，总效率大于25%。

此外，研究人员给出了在不同束流电压下，能够产生25%的推力器效率时最大可接受的放电损失与工质利用率的关系，如图3所示。当束流电压超过2 000 V时，理论上，空心阴极的放电损失和工质利用率能够使HCMT达到比冲大于1 500 s，效率高于25%的性能目标，验证了HCMT方案的可行性。根据GRC的研究结论，采用离子引出结构的空心阴极微推力器能够实现微牛级的推力，通过离子光学加速离子，能够实现较大的比冲，且推力采用间接计算，避免了直接测量带来的误差和微牛级测量技术的限制。理论计算下，性能能够达到目标要求，而在实际的实验操作中，由于离子光学系统透明度等各种原因，实现较高性能具有一定的难度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种提高空心阴极推力器推力的发射体外置方法[J]. 刘晨光,宁中喜,孟天航,韩星,于达仁.  中国空间科学技术. 2017(05)
[2]国外电推进系统空心阴极技术[J]. 张天平,唐福俊,田华兵.  上海航天. 2008(01)
[3]空心阴极在空间技术中的应用[J]. 郭宁,顾佐,邱家稳.  真空. 2005(05)



本文编号：3115694