[發明專利]霍爾效應推進器

有效

• 申請號: 201280057438.2
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103987964B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: F·R·J·瑪徹德斯;安東尼·克勞得·博納德·洛蘭;V·M·韋爾
• 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: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 聶慧荃,鄭特強

技術領域

本發明涉及霍爾效應推進器領域。

本發明更具體地涉及可操縱推力的霍爾效應推進器，其具有環形通道、陽極、噴射回路、磁路和陰極。該環形通道由兩個具有一中心軸線的同心壁限定，具有一開放端和一封閉端，并包括處于封閉端旁的上游段，該上游段被徑向壁細分為多個分開的間隔區。該陽極位于環形通道的封閉端處。該噴射回路適用于將推進氣體(例如諸如氙)噴射到該環形通道的間隔區中，并且包括至少一個獨立的用于每個間隔區的流速調節器裝置。該磁路適用于在該環形通道的開放端處形成磁場。該陰極位于該環形通道的開放端的外部。

在本文中，術語“上游”和“下游”被定義為相對于推進氣體沿著由所述環形通道的中心軸線限定的軸線的通常流動方向。

背景技術

通常，在這種霍爾效應推進器處于工作狀態時，電子由陰極發射并朝向位于環形通道的底部的陽極被吸引，且在位于兩壁之間的螺旋軌道中被磁場捕獲，由此形成虛擬陰極柵。電子由這種磁罩朝向陽極逃逸，并與通過噴射回路被噴射至環形通道內的推進氣體中的原子發生碰撞，從而形成離子化等離子體。

等離子體中的正離子被存在于陽極和虛擬陰極柵之間的電場加速，該虛擬陰極柵由被位于環形通道的開放端處的磁場所捕獲的電子云形成。因為這類正離子的質量遠大于電子的質量，所以這些離子的軌跡很難被磁場影響。這種等離子流中的正離子最終會被陰極所發射的或是在等離子體電離過程中已經產生的電子在磁場的下游處中和。

霍爾效應推進器已開始被應用于航天器的運行姿態和軌跡控制系統(AOCSs)中，尤其是被應用于地球同步衛星的AOCSs中。從上述功能上看，霍爾效應推進器的優點在于能夠精確地控制運載工具(航天器)的運行姿態和/或位置，同時與傳統系統相比(傳統系統利用諸如像反作用輪之類的慣性器件且與用于減飽和目的的化學推進器結合)，明顯地質量更小并且復雜程度更低。

通常情況下霍爾效應推進器的推力是不可操縱的，必須要同時使用多個霍爾效應推進器以獲得在期望方向上的推力，以便改變航天器的指向和/或位置。這尤其意味著用于推進器的電源供電電路相當復雜。可選地，也有文獻表示可將霍爾效應推進器安裝在樞軸座上，用于操縱推進器的推力，例如在2005年美國Princeton的29^th?International?Electric?Propulsion?Conference(第29屆國際電力推進會議)中H.Grey,S.Provost,M.Glogowski和A.Demaire?所發表的文獻“Inmarsat4F1plasma?propulsion?system?initial?flight?operations”(IECP-2005-282)所描述的。然而，這樣的樞軸座卻有相當可觀的力學復雜性，且要求其運動部件在非常嚴苛的航天器環境中總是承受堵塞的風險。

為了減少這些缺陷，美國專利第5845880號提出一種霍爾效應推進器，其可通過最后磁級(last?magnetic?stage)來操縱，該最后磁級被細分為多個可獨立啟動的區段。因此，推力的方位可通過改變磁場而被改變，其缺點是要圍繞環形陰極的開放端的整個邊界維持磁罩，并由此維持虛擬陰極柵。此外，電源為針對功率可變的最后磁級供電也在一定程度上增加了推進器的復雜性。