[發明專利]一種多段式高效率脈沖等離子體推力器

有效

• 申請號: 201811275159.9
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109185090B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 武志文;李航;黃天坤;孫國瑞;曾玲漢;王寧飛;劉向陽;謝侃
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 毛燕

本發明公開的一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，屬于微納衛星微推進領域。本發明主要由一段陽極、一段陰極、二段陽極、二段陰極、絕緣段、觸發極、觸發工質、儲能電容組、推進劑、包覆層和外部殼體組成。推力器電極分兩段，且各段電極由各自的儲能電容提供電壓，實現將總能量分配給不同的電容器，并在不同位置放電，從而將推進劑燒蝕電離過程和等離子體加速過程分開，使更多的能量用于等離子體加速過程，能夠提高推力器整體的加速效率。通過觸發極燒蝕電離觸發工質產生少量等離子體，使一段電極間的擊穿電壓大幅降低以利于初始放電的觸發，進而提高推力器工作的可靠性。本發明適用于低功率維納衛星的應用場合，滿足對應的任務推力需求。

技術領域

本發明涉及一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，屬于微納衛星微推進領域。

背景技術

近年來，隨著航天技術的快速發展，微納衛星因具有體積小、功耗低、發射周期短、重量輕、成本低、功能擴展性等特點受到了越來越多的關注，應用前景廣闊。以若干顆微納衛星編隊組成一個大的“虛擬衛星”，通過微納衛星間的協同信號處理，可完成對地觀測、通信導航、目標偵察等任務。因此，微納衛星的任務需求和飛行空間環境使其推進系統需滿足以下要求：重量輕、低功耗、體積小、推力精確。傳統的推進技術因推力精細度和推力輸出相對粗糙，很難滿足高精度的推力要求。脈沖等離子體推力器具有比沖高、結構簡單緊湊、控制方便靈活、能在低功率下穩定工作等特點，可以滿足微納衛星推力需求。但是隨著新型電推進技術的不斷發展，傳統的脈沖等離子體推力器其可靠性低、推進效率低的缺點逐漸顯露。

發明內容

為了解決傳統脈沖等離子體推力器點火啟動裝置容易失效可靠性不足，能量轉化效率低等問題，本發明公開的一種多段式高效率脈沖等離子體推力器，主要解決的技術問題是：提高脈沖等離子體推力器點火啟動裝置可靠性和能量轉化效率。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種多段式高效率脈沖等離子體推力器,所述推力器結構主要由一段陽極、一段陰極、二段陽極、二段陰極、絕緣段、觸發極、觸發工質、儲能電容組、推進劑、包覆層和外部殼體組成。

推力器整體呈同軸狀結構,電極共分為兩段，第一段電極主要用于將推進劑燒蝕電離過程；第二段電極主要用于等離子體加速過程。第一段電極由一段陽極和一段陰極組成，一段陽極和一段陰極均為同軸圓環，圓環形推進劑位于一段陽極圓環和一段陰極圓環之間，一段陽極圓環位于推進劑外側，一段陰極圓環位于推進劑內側。一段陽極與二段陽極間由圓環形的絕緣段隔開。二段陽極為與一段陽極同軸徑的圓環。二段陰極為實心圓柱體，二段陰極穿過一段陰極內環。為隔離二段陰極對一段電極和絕緣段的影響，二段陰極外部由包覆層包覆。包覆層由里至外依次套有觸發極、觸發工質、一段陰極，所述觸發極、觸發工質、一段陰極共同組成點火啟動裝置。一段電極、二段電極和點火啟動裝置由各自的儲能電容提供電壓。為避免尾部放電，且為便于各段電極與外部電源的連接，推力器尾部的二段陰極、包覆層、觸發極、觸發工質和一段陰極呈階梯狀。一段陽極、絕緣段和二段陽極通過一端內凸的外部殼體固定，且實現使推力器電極與外部環境隔離的目的。

由于推力器電極分兩段，且各段電極由各自的儲能電容提供電壓，實現將總能量分配給不同的電容器，并在不同位置放電，從而將推進劑燒蝕電離過程和等離子體加速過程分開，使更多的能量用于等離子體加速過程，能夠提高推力器整體的加速效率。

通過觸發極燒蝕電離觸發工質產生少量等離子體，使一段電極間的擊穿電壓大幅降低以利于初始放電的觸發，進而提高推力器工作的可靠性。