等离子体推动器 - 图文(4)

（2）离子推进器中重要物理问题

①提高比冲

（a）在放电功率、推进剂流量一定的条件下，提高等离子体密度（离子密

度）

实现方法：

?在直流放电下，采用空心阴极放电； ?采用磁场约束（永久磁铁）； ?采用高频交流放电：射频，微波ECR

（b）在一定的等离子体密度下，提高单个离子的能量

实现方法：

提高离子加速栅极的电压，但电源重量的随之也增大。

（c）在一定的等离子体密度、单个离子的能量下，提高离子束推力

实现方法：

离子束发散角，提高合力；

具体技术途径：优化离子引出、加速栅系统

（d）在一定的等离子体密度、单个离子的能量下、离子束散角下，增加

离子源面积

② 提高推进器寿命

?提高阴极（放电、中和器阴极，）寿命（与离子轰击、高温有关）；

途径：改进阴极材料

（早期阴极为灯丝，后改为空心阴极）

?提高栅极寿命（在大功率高密plasma，高加速电压下尤为重要） 加速栅极的寿命问题：造成孔的连接、部分断裂 屏蔽栅极的寿命问题：

屏栅极等低电位部件在受到离子的溅射和轰击以后,会散发出微粒碎屑。这些微粒碎屑附着在屏栅极上,会改变栅极孔 附近的电位分布,引起离子束偏离正常射向。在空间失重条件下,这些微粒碎屑还会到处飘浮,很可能使栅极之间产生短路(SERT2 Ⅱ出现过这种短路故障) 。 途径：使用抗溅射腐蚀碳基材料 使用炭栅极的原因：

栅极的材料要求耐高温、耐刻蚀,热膨胀 系数和溅射率小。最好选用碳碳复合材料, 因碳的溅射率小,有利于延长寿命;其膨胀系数基本为0 。这样栅极可以不必做成环状, 可以减少开孔面积,从而可提高强度,降低加工难度。目前正在试验条形孔栅极和一体化栅极成形法,以尽可能少切断碳纤维,提高复合材料的强度。

主阴极的寿命问题：

在反复加热下,其多孔钨板会损 耗,而使激发电子发射的涂层的消耗加快,工作寿命缩短。延长寿命的方法是改进涂层。

?提高高压电源寿命 器件、材料

（3）离子推进器实物照片

圆形栅极

侧面图

方形栅极

（ECR离子推进器部分结构示意图） （ECR离子推进器的多极磁钢）

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