[發明專利]霍爾效應等離子推進器

有效

• 申請號: 201080051949.4
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102630277A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 弗雷德里克·馬尚迪斯;讓-呂克·帕坦;洛朗·戈達爾;多米尼克·因德西
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪公司
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 聶慧荃;黃艷

技術領域

本發明涉及一種加速器，這種加速器包括：圍繞主軸線的環形的排放通道（形成主電離和加速器通道），該通道具有開放的下游端并且被限定在內壁與外壁之間；至少一個陰極；用于在所述通道中產生磁場的磁路；用于向該通道中供給可電離氣體的管道；陽極；以及設置在該通道的上游端的歧管，所述歧管連接到該管道并使可電離的氣體能夠以同軸方式圍繞主軸線流入該通道的離子化區域中。

這種類型的加速器還涉及具有閉合的電子漂移的等離子加速器或者穩態等離子加速器。

本發明尤其涉及用于空間中的電推進、尤其是用于諸如地球同步通訊衛星等推進型衛星的霍爾效應等離子推進器。由于這種推進器的高比推力（介于1500秒至6000秒的范圍內），與使用化學推進劑的加速器相比，這種推進器可以大幅節省（縮減）衛星的質量。

背景技術

這種類型的加速器的一種典型的應用對應于提供對地球同步衛星的南/北控制，其可獲得10%至15%的質量節省。這種加速器還用于星際（飛行）的主要推進力、用于低軌道中的補償性拖引、用于維持太陽同步軌道、用于轉移軌道、或者用于在壽命終止時脫離軌道。為了避免與碎片碰撞或者為了當放入到轉移軌道上時對故障進行補償，有時可能會將電推進與化學推進相結合使用。

圖1至圖4涉及現有技術的霍爾效應推進器10。在圖1中示意性地示出了霍爾效應推進器10。中央電磁線圈12圍繞沿著縱向主軸線A延伸的中心芯14。環形的內壁16圍繞中心線圈12。該內壁16被環形的外壁18圍繞，在內壁16和外壁18之間限定了圍繞該主軸線A延伸的環形的排放通道20。

在以下的描述中，術語“內部”是指靠近主軸線A的部分，而術語“外部”是指遠離主軸線A的部分。同樣地，“上游”和“下游”是相對于通過排放通道20的氣體（從上游流向下游）的法向流動方向來定義的。

通常，內壁16和外壁18形成單個陶瓷部件19的部分，這種陶瓷是絕緣和均質的，尤其是基于氮化硼以及二氧化硅（BNSiO₂）的陶瓷。基于氮化硼的陶瓷使霍爾效應推進器能夠獲得效能較高的特性，但它們在離子轟擊之下表現出高腐蝕率，從而限制了這種推進器的使用壽命。

排放通道20的上游端20a（圖1中的左側）被噴射系統22關閉，該噴射系統22由供給可電離氣體（通常是氙氣）的管道24組成，管道24經由供給孔25連接到陽極26，該陽極26用作將氣體分子注入排放通道20的歧管。在陽極26處，氣體分子從來自管道24、將被噴射的具有環形截面的管狀流進入形成為離子化區域28的一部分的排放通道20的上游端20a。

排放通道20的下游端20b是開放的（在圖1中的右側）。

多個外圍電磁線圈30具有平行于主軸線A的軸線，并圍繞外壁18布置。中央電磁線圈12和外圍電磁線圈30的作用為在排放通道20的下游端20b處產生最大強度的徑向磁場B。

中空的陰極40布置在外圍線圈30的外側，該陰極的出口被瞄準為使其將電子噴射向主軸線A以及位于排放通道20的下游端20b下游的區域。在陰極40與陽極20之間形成電勢差。

以此方式噴射的電子被部分地引導至排放通道20的內側。在陰極40與陽極26之間產生的電場的影響下，這些電子中的一部分到達陽極26，同時它們的大多數在排放通道20的下游端20b附近陷入強磁場B中。

在排放通道20中，這些電子與從上游向下游流動的氣體分子發生碰撞，從而使這些氣體分子離子化。

此外，存在于排放通道20中的這些電子產生軸向電場E，從而使處于陽極26與排放通道20的出口（下游端20b）之間的離子加速，使得這些離子從排放通道20高速噴射，從而產生加速器的推力。

如圖2至圖4中所示，在存在徑向磁場B（場線42）的情況下，離子沿循的路徑并不平行于與推力方向對應的推進器的主軸線A，而是承受一個角偏移（angular?deflection，角偏轉）。實際上，離子噴流（圖2至圖4中的軌跡44）與主軸線A之間所形成的角度α的量值為6°。

在圖3和圖4中，可看到來自集中在排放通道20中的圓環46的離子的軌跡44的偏轉。離子的軌跡的這種偏轉趨于使期望的層狀運動偏轉為以主軸線A為中心的輕微的旋渦運動。

這種偏轉部分地是現在的霍爾效應推進器之間所觀察的分歧的原因。

被徑向磁場B離子化的氣體的偏轉導致產生機械扭矩，這種機械扭矩干擾了從推進器獲得最優推力的研究。

發明內容