场反构型无电极洛伦兹力推力器研究进展北大核心CSCD

场反构型洛伦兹力推力器利用旋转磁场驱动等离子体产生场反构型等离子体团(Filed Reversed Configuration-FRC),并利用洛伦兹力将其加速产生推力。由于该推力器不使用栅极加速,故不存在栅极溅射问题,大大延长推力器工作寿命。该技术借鉴自磁约束核聚变技术,推力密度大、功率扩展性好(MW级),在未来的深空探测和星际航行中具有广泛的应用前景。文章对场反构型洛伦兹力推力器发展现状进行了综述,并对工作原理、计算模型和技术瓶颈问题作了介绍,为中国等离子体推力器技术发展提供参考。     

电磁场对阳极层霍尔推力器电离效率的影响

推力器的电离效率直接影响到推力器的功率、比冲以及推力等重要工作参数,本文主要利用PIC模拟得到阳极层霍尔推力器放电等离子体的平均电子能量以及电子、离子数比率随电磁场变化规律,由此分析电磁场对推力器电离效率的影响情况。由结果可知,平均电子能量在放电电压750 V之前逐渐增加,而后又降低;磁感应强度B小于170×10~(-4) T时,平均电子能量随磁场的增加而增加,之后随磁场的增加而降低。在放电等离子体中离子的比率随着放电电压的增加而增加,在800 V之后略有降低,电子比率的变化和离子比率的变化是个相反的过程。随着磁场的增加离子数比率基本上是一个降低趋势,而电子比率是逐渐增加的。通过平均电子能量、电子和离子比率与E/B之间的关系,得到最佳E/B比值大约为1.6×10~6 m/s。     

基于ISRU应用的电磁推进技术

原位资源利用(ISRU)是实现空间电推进燃料补给、增加使用寿命、增大有效载荷能力和降低任务成本的推进技术方案。无电极电推力器由于不存在电极与推进剂兼容性约束,在应用ISRU技术方面具有优势。针对国内外四种先进无电极推力器发展现状进行调研,分析了无电极推力器在ISRU上的应用前景,重点介绍了场反构型(FRC)推力器在ISRU应用中的显著优点。     

螺旋波离子推力器关键技术研究

螺旋波离子源利用放电室外部天线激发的螺旋波将能量耦合到放电室中,在附加磁场的作用下,可以产生高密度的低温等离子体。目前以螺旋波放电作为离子源的电推力器大多采用了无电极的加速方式,加速效果不显著,推力、比冲较低,而将螺旋波离子源和成熟的栅极加速技术结合在一起的螺旋波离子推力器有望成为新的高效率、高比冲的推力器。从提高推力器性能的角度出发,就螺旋波离子推力器设计需要考虑的关键技术展开分析。讨论了天线结构、辐射阻抗、辐射方向性对天线耦合效率的影响;放电室尺寸、磁场强度和射频功率对放电效率的影响;栅极加速系统的设计及其与螺旋波离子源的耦合分析等。     

高推力密度离子推力器研究

离子推力器是一种先进的空间推进技术,由于其高比冲,长寿命等特性而获得了广泛的应用,但是受其束流密度的限制,其推力密度也受到限制。然而在轨道转移、深空探测主推进等应用需求中,不但要求其比冲高,还要求其推力大,以缩短航天器轨道转移和巡航时间。受航天器的体积和功率限制,大推力要求离子推力器在一定比冲下具有较高的推力密度。为了提高离子推力器的推力密度,以25cm离子推力器为研究对象,通过改善离子推力器束流平直度和栅极可引出最大束流密度,有效提高了平均束流密度。试验结果显示在3500s比冲下,平均束流密度达到75A/m2,推力密度达到4.1N/m2。     

环型离子推力器放电室参数对推力器性能的影响

环型离子推力器放电室参数对其推力和比冲等具有显著影响.利用基于混合宏粒子(Hybrid-PIC)解耦迭代算法,对环型离子推力器稳态放电过程进行了三维仿真模拟,发现放电室参数对推力器的推力、比冲、放电损耗、电离率以及放电室出口处离子分布均匀性均会产生影响.研究结果表明,增大环型离子推力器阴极长度,会使原初电子和等离子体在...     

霍尔推力器性能评估技术及概况

以SPT-100稳态等离子推力器为研究对象,结合国外实验情况,计算推力器比冲,发现效率的改变与推力器运行参数有关。推力器压力的升高会导致流率的升高,而流率的变化与放电电压和漂浮电压无关。通过研究获得更大的推力和更高的比冲。     

平行板脉冲等离子体推力器工作过程的双温K-B模型仿真

为了提高脉冲等离子体推力器的效率,必须深入理解推力器的物理机理。本文在K-B模型中加入双温能量交换率项,并将该双温放电模型用于模拟平行板脉冲等离子体推力器加速通道中的等离子体激发及加速过程。该模型能够帮助我们更好地理解PPT中的等离子体激发及能量平衡过程,同时获得推力器的性能信息。运用该模型对实验室用平行板电极PPT工作过程进行了模拟计算。通过计算结果获得了放电过程中温度、能量以及密度等各种等离子体参数的变化细节。计算结果表明,高初始电容能量对应着出口速度、密度以及推力器表面温度的高脉冲峰值。在推力器放电过程中,大部分的中性成分出现在脉冲时间末期,这部分组分具有较低的速度,是造成推力器低效率的主要因素。为了提高PPT的性能,应该延长电流脉冲峰值的持续时间,同时在脉冲电流峰值结束后,对推进剂表面进行更好的冷却。     

面向空间无拖曳飞行任务的连续变推力离子推力器研制

推力的宽范围、高精度、连续可调和快速响应是实现航天器无拖曳飞行任务的技术基础,直接决定了整星工程任务的成败。针对重力梯度测量卫星及近地轨道观测卫星在轨任务期间对电推进系统高精度连续变推力能力的迫切需求,分析了离子推力器连续变推力的工作原理,研究了推力器输出推力宽范围、高精度、快速连续调节的关键要素。在此基础上,通过推力调节试验、空间环境适应性及寿命特性研究,揭示了10 cm口径连续变推力离子推力器的工程特性,获得了1~25 mN内的推力调节规律,实现了分辨率为50μN的推力调节响应。研究将为重力梯度测量卫星及近地轨道观测卫星开展无拖曳空间飞行奠定基础。     

管件长度对电磁成形线圈放电电流的影响

为研究电磁成形过程线圈放电电流的变化规律,在放电回路分析的基础上,采用试验分析与代数解析相结合的方法研究了管件长度对线圈放电电流的影响.试验结果表明:随着管件长度的增加,线圈放电电流的幅值和频率均增加.通过解析方法定性分析管件长度对线圈放电电流的影响,其结果与试验结果一致.管件长度不同时,放电回路的等效电感不同,管件长度与等效电感成反比.将管件和成形线圈等效为圆柱线圈可定性分析电磁成形系统的电感和互感.     

电子回旋共振离子推力器的研究进展

电子回旋共振离子推力器是一种静电式离子推力器,具有无电极烧蚀、比冲高、寿命长等优点,在未来的深空探测上具有广泛的应用前景。概述了电子回旋共振离子推力器的系统组成、结构、工作原理、性能和寿命实验状况。介绍了国内外该推力器的研究进展及发展现状,并根据实际情况,指出了国内该推力器的研究思路和发展方向。     

10 cm发散磁场离子推力器地面试验验证研究

10cm口径离子推力器是我国针对超低轨道监测卫星研制的发散磁场型离子推力器。为了验证该推力器的工作参数是否满足在轨工作的指标要求,进行了性能测试、环境试验测试等一系列试验,试验结果表明：兰州空间技术物理研究所研制的10 cm口径离子推力器三个正交方向的基频分别为601 Hz、583 Hz和736 Hz,满足星载产品基频大于150 Hz的要求。经过1 600g量级的冲击试验后,推力器无异常;经过力学试验以及25.5个循环的热真空试验后,推力器工作性能基本无变化;推力器各工况点的束流发散全角均在30°以内,推力偏斜角度不超过1°,20 mN工况点的二价离子占比为14.1%,基于推力电参数测量方法得到的推力值整体误差为0.95%。地面测试结果证明,国产10 cm口径发散磁场离子推力器的各项性能均满足超低轨道监测卫星的任务要求。     

不同介质条件下冷气微推力器推力特性研究

搭建了冷气微推力器推力测量实验系统,研究了不同介质条件下冷气微推力器的推力特性.改变入口和环境压力分析推力、质量流率及比冲变化规律;对实验数据进行函数拟合,推算出真空环境下的推力值.实验结果表明:入口压力为0.86 MPa时N_2和NH_3的真空推力为90.46mN和103.42mN,与真空环境相比,地面推力至少降低50%,地面与真空环境下推力性能差异较大;真空环境下NH_3的推力比N_2高出13%,液氨的真空闪蒸特性能明显提高微推力器的推力;测量的推力实验值与理论计算的偏差小于10%,表明实验系统能够精确测量微推力.     

真空电弧推力器技术发展现状及趋势

随着微纳卫星平台技术的迅猛发展,应用真空电弧推力器作为其姿态控制和轨道转移的动力来源得到了研究人员的重视。相比于传统的冷气推进和离子电推进,真空电弧推力器具有小型化、低功耗、低电压、高效率、高比冲、宽范围可调、低成本、长寿命和高可靠性等技术优势。在调研国外真空电弧推力器技术发展的基础上,介绍了真空电弧推力器的系统组成、基础理论、工作原理和关键技术,简要分析了真空电弧推力器的技术特点、研究进展和发展趋势,为未来真空电弧推力器的技术研究和研制提供了参考。     

双阳极磁增强真空弧推力器性能试验研究

为了提高真空弧推力器的工作寿命,研制了一款能够提供三种放电模式的双阳极磁增强真空弧推力器(Bi-Anode MVAT).开展了引弧试验、不同放电模式下推力性能比较试验、失效模式验证试验和寿命考核试验研究.试验结果表明,双阳极放电模式下外界注入脉冲能量对推力器元冲量的平均转化率为1.7μN·s/J,10 Hz下连续放电超...     

基于超导差分加速度测量原理的微推力测量方案

随着微推进技术的快速发展,微推力器推力的测试与标定也日益困难。为实现微推力的精密测量和动态特性测试,通过分析超导重力梯度仪的差分加速度测量原理、仪器的构成和原理电路等,提出了一种基于高温超导差分加速度测量原理和SQUID检测技术微推力测量方案,其推力测量范围为10^-7-10^-2N、测量频带从直流至4Hz。根据检验质量的动力学方程和超导回路磁通量守恒方程,导出了推力与输出差分电流的传递函数,分析了影响测量的主要噪声。方案可应用于微推力的测量,并有进一步提高推力测量精度的潜力。     

小功率ECR离子推力器技术研究发展现状

相比Kaufmann离子推力器,ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子推力器具有无电极腐蚀、无污染、放电气压低、等离子体密度高、能量转换效率高、中和器和放电室能快速起弧等优点。ECR离子推力器因独特的技术优势而使其在微小功率电推进领域受到国内外的广泛研究。国外(主要是日本)小功率ECR离子推力器口径从1~10 cm都取得了小行星探测采样返回的突出成果,国内没有针对应用需求的产品开发研制计划,偏重基础研究,性能也有很大差距,无论是技术还是产品距离微小卫星应用需求还存在很大差距。建议研究的主要方向是磁场位形、变孔栅和碳-碳复合材料栅极。     

新型SMPDP菱形单元结构的研究

为了提高等离子体显示单元的亮度和放电效率,本文采用三维流体模型对新型荫罩式等离子体显示板(SMPDP)的菱形单元结构进行了优化。研究了放电单元中的荫罩小孔结构改变对寻址期和维持期放电的影响。详细分析了小孔取向平行寻址电极和垂直寻址电极条件下电场和壁电荷的分布,以及对寻址时间、真空紫外辐射量和放电效率的影响。模拟结果表明:当小孔垂直寻址电极、长度和宽度分别为240μm和120μm时为最佳结构,通过优化小孔结构可以获得较高的寻址速度和放电效率,又可保证荧光粉的涂覆面积。     

Ni基碳纳米管场发射阴极的性能研究

导电电极决定碳纳米管（CNT）阴极的接触方式和导电特性,影响阴极场发射特性和使用寿命.为改善膜层与基底的附着特性,磁控溅射制作亲碳性Ni电极.微观表征发现Ni基CNT阴极中生成了碳化镍相,这增加了CNT与电极间形成欧姆接触概率,降低甚至消除了从电极到CNT的电子传输势垒,能有效提高阴极导电性.场发射特性测试结果显示Ni...     

胶体推力器的研究进展及关键技术北大核心CSCD

胶体推力器是一种静电式推力器,具有比冲高、可控精度高等优点,在微小卫星的姿态控制、轨道转移等领域具有广泛的应用前景。目前国内对胶体推力器的研究还不够成熟,尚处于起步阶段。简述了胶体推力器的结构组成、工作原理和主要特点,重点介绍了胶体推力器的发展过程,以及在设计制造中涉及的一些关键技术,即发射极毛细管制造技术、推进剂供给元件制造技术、中和技术、长寿命问题和微推力测量技术,为我国胶体推力器后续的发展提供一定的参考。