[發(fā)明專利]一種大發(fā)射電流空心陰極地面試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810828367.0
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109119313B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小軍;楊威;張?zhí)炱?/a>;郭寧;劉明正;龍建飛;谷增杰;馮杰;李娟
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H01J37/04
• 分類號: H01J37/04;H01J37/34
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發(fā)明公開了了一種大發(fā)射電流空心陰極地面試驗裝置，包括由磁場模擬裝置、陽極組件、陰極組件、輔助供氣系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成；陽極組件包括圓柱形陽極筒和冷卻系統(tǒng)；陰極組件包括陰極安裝底座和安裝在陰極安裝底座上的圓筒形的陰極磁靴；磁場模擬裝置安裝在陰極磁靴外圍；輔助供氣系統(tǒng)位于空心陰極與陽極筒之間，向空心陰極羽流區(qū)注入與空心陰極工作溫度相比溫度較低的氣體。本裝置在小型真空系統(tǒng)中即可運行，試驗周期短、成本低，儀器設(shè)備簡化，對試驗操作人員要求相對較低，能夠有效測試空心陰極在離子推力器復(fù)雜放電環(huán)境中的放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間電推進技術(shù)、真空電子領(lǐng)域，尤其涉及一種大發(fā)射電流空心陰極篩選、性能測試和壽命考核試驗裝置。

背景技術(shù)

空心陰極篩選測試是空心陰極產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，其主要目的是暴露早期故障、剔除有缺陷的產(chǎn)品，同時篩選出符合離子推力器技術(shù)要求的空心陰極產(chǎn)品。

空心陰極性能表現(xiàn)與離子推力器放電環(huán)境緊密相關(guān)，在現(xiàn)行空心陰極篩選測試方案下篩選試驗在空心陰極和平板陽極組成的簡單放電環(huán)境中進行，而離子推力器聯(lián)試試驗時空心陰極工作在內(nèi)部復(fù)雜放電環(huán)境中，篩選試驗結(jié)果一致性較好的空心陰極安裝在技術(shù)狀態(tài)相同的離子推力器上，性能表現(xiàn)離散，空心陰極在簡單放電環(huán)境中單獨進行篩選試驗得到的性能參數(shù)與離子推力器聯(lián)試時的性能參數(shù)沒有明顯的相關(guān)性，現(xiàn)行空心陰極篩選試驗方法獲取到的試驗數(shù)據(jù)無法全面反映空心陰極與離子推力器的匹配性。

以蘭州空間技術(shù)物理研究所研制的30cm離子推力器為例，相同工況參數(shù)條件下，其空心陰極在簡單放電環(huán)境中單獨測試時的放電電壓在20V±4V范圍，而在離子推力器復(fù)雜放電環(huán)境中聯(lián)合測試時放電電壓在35V±5V范圍，并且多批次空心陰極試驗結(jié)果表明在兩種放電環(huán)境中的放電電壓高低沒有明顯關(guān)聯(lián)性。此外，國內(nèi)外已開展的空心陰極壽命考核試驗表明，在由空心陰極和平板陽極組成的簡單放電環(huán)境中開展空心陰極壽命考核試驗，空心陰極結(jié)構(gòu)濺射腐蝕形式、濺射腐蝕速率、性能演化規(guī)律、失效模式等與在離子推力器壽命考核試驗或長期服役過程中的規(guī)律相差較大。

離子推力器內(nèi)部是由中性氣體、原初電子、二次電子、一價離子、高價離子、外加電場和磁場、帶電粒子的自洽場組成的復(fù)雜放電環(huán)境，直接在離子推力器中開展空心陰極性能測試試驗是最能反映空心陰極產(chǎn)品性能的試驗方案，但是這種試驗需要在大型真空系統(tǒng)中進行，試驗周期長、成本高，對試驗操作人員要求高，不能滿足有一定批量的空心陰極產(chǎn)品篩選試驗要求，需要設(shè)計一種簡化的能夠模擬空心陰極在離子推力器內(nèi)放電環(huán)境的試驗裝置，該裝置在小型真空系統(tǒng)中即可運行，試驗周期短、成本低，儀器設(shè)備簡化，對試驗操作人員要求相對較低，能夠有效測試空心陰極在離子推力器復(fù)雜放電環(huán)境中的放電性能，通過在試驗裝置中開展空心陰極壽命考核試驗還能夠有效預(yù)示空心陰極產(chǎn)品在離子推力器中的性能演化規(guī)律和失效模式。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大發(fā)射電流空心陰極地面試驗裝置，該裝置在小型真空系統(tǒng)中即可運行，試驗周期短、成本低，儀器設(shè)備簡化，對試驗操作人員要求相對較低，能夠有效測試空心陰極在離子推力器復(fù)雜放電環(huán)境中的放電性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種大發(fā)射電流空心陰極地面試驗裝置，該裝置由磁場模擬裝置、陽極組件、陰極組件、輔助供氣系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成；供電系統(tǒng)為裝置中的用電器件提供電源；

陽極組件包括圓柱形陽極筒和冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)用于控制圓柱形陽極筒的溫度；

陰極組件包括陰極安裝底座和安裝在陰極安裝底座上的圓筒形的陰極磁靴，陰極安裝底座與陰極磁靴等電位；被測空心陰極安裝在陰極磁靴內(nèi)部，與陰極安裝底座相連；

磁場模擬裝置安裝在陰極磁靴外圍，用于模擬離子推力器內(nèi)空心陰極附近磁場環(huán)境；

輔助供氣系統(tǒng)位于空心陰極與陽極筒之間，向空心陰極羽流區(qū)注入與空心陰極工作溫度相比溫度較低的氣體。