氙气离子推力器束流等离子体特征参数的Langmuir单探针诊断

离子推力器和航天器的成功整合,需要对羽流-航天器之间可能的相互作用进行全面的评估。为了给二者的整合提供实验依据,设计使用了Langmuir单探针测试系统,对氙气离子推力器束流等离子体参数的空间分布进行了诊断研究。实验中使用栅极表面向外凸出的双栅极Kaufman型离子推力器,真空舱的背景压强为3mPa。与传统静态等离子体不同的是:离子推力器束流等离子体具有很大的定向速度,致使探针电流大幅增加,所以传统静态等离子体条件下的I-V(电流-电位)曲线的解释需要重新考虑并进行适当修正。为了尽量减少定向流对离子饱和电流的影响,实验中选择将Langmuir探针与推力器轴线平行放置。实验结果表明:离子推力器的束流等离子体的悬浮电位、空间电位、离子浓度的变化趋势相似,不同径向位置处的各参数都随着轴向距离的增加而减小。分布图中存在一些参数值较低的特殊点,是因为这些测点并没有位于等离子体束流区域内。通过这些特殊点的轴向和径向坐标,可估计出推力器的束流发散角(16.014°)、栅极半径(在71.3～111.3mm范围之内)、束流形状。

Single Langmuir Probe Dignostics for Characteristic Parameters of the Beam Plasma in Xe Ion Thruster