[發(fā)明專利]鎵離子場發(fā)射微推進器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210164419.1
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102678501A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高輝;康琦;段俐;胡良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: F03H99/00
• 分類號: F03H99/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場發(fā)射離子的微推進裝置。

背景技術(shù)

近年來，地球重力場及空間引力波探測等空間任務(wù)中，對衛(wèi)星的微推進系統(tǒng)提出更高的要求：微沖量、微推力。同時對其功率、體積、和重量提出苛刻的限制。而場發(fā)射電推進器是目前眾多電推進器最具優(yōu)勢和代表性的方案。

國外相關(guān)研究機構(gòu)及公司雖然研究較早，但其場發(fā)射電推進器的設(shè)計都是基于金屬銫和銦的推進劑，相關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性低，具體設(shè)計等過程未給出詳細報道。

國內(nèi)而言，未見將場發(fā)射原理應(yīng)用于狹縫式推進器設(shè)計的文獻報道，未見將金屬鎵用于電推進器的應(yīng)用報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使用液態(tài)金屬鎵作為推進劑的鎵離子發(fā)射推進器，能夠提供能產(chǎn)生毫牛至微牛級推力。

本發(fā)明提供的一種鎵離子場發(fā)射推進器包括：

發(fā)射部，具有毛細通道和毛細尖端；

屏蔽部，位于發(fā)射部周圍，用于屏蔽所述加速部發(fā)射的電子流；

加速部，位于所述發(fā)射部的前端，并與所述毛細尖端相鄰，所述加速部的與所述毛細尖端相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵口，在所述毛細尖端和加速部之間施加有預(yù)定電壓的電場；

存儲部，與所述毛細通道相連通，用于存儲金屬鎵；

金屬鎵通過毛細作用，由所述存儲部經(jīng)由所述毛細通道流到所述毛細尖端，在施加的所述電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。

優(yōu)選地，所述加速部為大致1毫米厚的金屬板，所述柵口開設(shè)在金屬板的中間，所述柵口斷面處倒角形成尖端，并且所述柵口表面形成為光潔面。

優(yōu)選地，所述發(fā)射部包括：對稱的兩塊板狀金屬塊構(gòu)成，在兩塊金屬塊之間經(jīng)鍍膜構(gòu)成微流結(jié)構(gòu)層，從而形成所述毛細通道，在所述金屬塊上開設(shè)有導(dǎo)通所述毛細通道和存儲部的通孔。

優(yōu)選地，所述板狀金屬塊的材料為高溫合金。

優(yōu)選地，所述毛細通道高度為大致1μm，寬度為2～20毫米，深度為10～15毫米。

優(yōu)選地，所述存儲部的材料為鉬合金。

本發(fā)明通過將良好浸潤性的鏡面金屬材料對稱配合，中間墊以微米級鍍膜結(jié)構(gòu)層，構(gòu)成推進劑的毛細通道，在毛細通道尖端及加速部間施加高壓電場，直接電離液態(tài)金屬鎵產(chǎn)生推力。本發(fā)明中可以根據(jù)需要改變通道寬度而調(diào)節(jié)推進器最大推力，通過改變電勢差調(diào)節(jié)推力大小。此外，本發(fā)明還具有如下優(yōu)點：

1)選取金屬鎵作為推進劑，熔點低降低額外功消耗；

2)處理工藝使得推進劑良好浸潤，推進劑自動供給；

3)結(jié)構(gòu)極大地簡化，沒有運動機構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的截面示意圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明包括：發(fā)射部1、加速部2、存儲部3和殼體4。發(fā)射部1、加速部2和存儲部3通過絕緣體5安裝在殼體4內(nèi)。

發(fā)射部1具有毛細通道11和毛細尖端12；加速部2位于發(fā)射部1的前端，并與毛細尖端12相鄰，加速部2的與毛細尖端12相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵口21，在毛細尖端12和加速部2之間施加有預(yù)定電壓的電場。

存儲部3的材料為鉬合金材料做成的具有腔體33的金屬盒31，用于存儲金屬鎵，金屬盒上開設(shè)有與毛細通道11相連通的通道32。金屬鎵通過毛細作用，由存儲部3經(jīng)由通道32、毛細通道11流到毛細尖端12，在施加的預(yù)定的電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。

在本發(fā)明實施例中，加速部2為大致1毫米厚的金屬板，柵口21開設(shè)在金屬板21的中間，柵口21斷面處倒角形成尖端，并且柵口表面形成為光潔面。

在本發(fā)明實施例中，發(fā)射部1包括：對稱的兩塊板狀金屬塊13、14構(gòu)成，在兩塊金屬塊13、14之間夾持有鍍膜層15，從而形成毛細通道11，在金屬塊13、14上開設(shè)有導(dǎo)通毛細通道11和存儲部2的通孔16。板狀金屬塊13、14的材料為高溫合金，這樣使得尖端具有良好的壽命。毛細通道11高度為大約1μm，寬度為2～20毫米，深度為10～15毫米。在本發(fā)明實施例中，毛細通道約為1μm，通道寬8mm，深14mm。

另外，在發(fā)射部1的周圍還形成有屏蔽部7，該屏蔽部7采用高溫金屬材料制成，用于屏蔽加速部2發(fā)射的電子流轟擊發(fā)射部1而造成發(fā)射部1升溫?zé)龤А?/p>