[發明專利]一種微陰極電弧推進系統

有效

• 申請號: 201910858139.2
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110486243B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 魏立秋;丁永杰;韓亮;扈延林;于達仁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;B64G1/40
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發明公開一種微陰極電弧推進系統，推進系統包括：電感器，在通電情況下進行充電，在充電完成后斷電形成反壓；電源處理單元，與電感器連接，用于控制電感器的通或斷電；推力器，設置在電感器內部，分別與電源處理單元和電感器連接，當電感器反壓時，在推力器的陰極與陽極之間形成脈沖電壓，推力器在脈沖電壓的作用下擊穿絕緣層，同時陰極被蒸汽化形成等離子體，等離子體在電感器形成的磁場下被引出形成反作用推力。本發明將推力器置于電感器中，利用電感器通電時形成的磁場作為引導和加速離子的磁場，省去了推力器的勵磁電路，減小了微陰極電弧推力器推進系統的總質量和總體積的目的，從而提高了推力器的推重比。

技術領域

本發明涉及電推進技術領域，特別是涉及一種微陰極電弧推進系統。

背景技術

微陰極電弧推力器因其具有微功率化、高效率、高比沖、寬范圍可調控、低成本等優點而成為微納衛星的的理想電推進類型，可以應用于微納衛星的軌道保持和編隊飛行等任務。傳統電推進系統由并車與保護單元(Paralleling and Protection Unit，簡稱PPU)和勵磁電路兩部分組成，PPU的功能為推力器提供數百伏的脈沖電壓，其工作原理為：采用感性能量存儲方式，由20V直流電源供電，通過絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor，簡稱IGBT)控制電感的充電與放電，當開關閉合時，電感充電；開關斷開，電感反壓，在推力器上形成數百伏的瞬態高壓。勵磁電路通過直流線圈為推力器提供數百至數千高斯的磁場環境，用來引導和加速離子。其中電感元件的典型參數在0.5mH以上，其質量和體積較大。另外，微陰極電弧推力器達到最佳性能所需要的磁場較大，導致勵磁線圈匝數較多，線圈體積與質量也較大。這些因素制約了推力器微型化，導致推進系統的推重比不能進一步提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種質量小、體積小、高推重比的電弧推進系統。

為實現上述目的，本發明提供了一種微陰極電弧推進系統，所述推進系統包括：

電感器，在通電情況下進行充電，在充電完成后斷電形成反壓；

電源處理單元，與所述電感器連接，用于控制所述電感器的通或斷電；

推力器，設置在所述電感器內部，分別與所述電源處理單元和所述電感器連接，當所述電感器反壓時，在所述推力器的陰極與陽極之間形成脈沖電壓，所述推力器在所述脈沖電壓的作用下擊穿絕緣層，同時陰極被蒸汽化形成等離子體，所述等離子體在所述電感器形成的磁場下被引出形成反作用推力。

優選地，所述微陰極電弧推進系統還包括：

電源，分別與所述電感器、所述推力器和所述電源處理單元連接，所述電源用于給所述電感器和所述推力器提供電能。

優選地，所述電源處理單元包括：

IGBT，所述IGBT的發射極分別與所述電源的負極和所述推力器的陽極連接，所述IGBT的集電極分別與所述電感器和所述推力器的陰極連接；所述IGBT閉合時，所述電源對所述電感器充電，在充電完成后，所述IGBT斷開，所述電感器反壓，在所述推力器的陰極與陽極之間形成脈沖電壓。

優選地，所述電源處理單元還包括：保護器，設置在所述IGBT與所述電源之間，用于保護所述IGBT。

優選地，所述電源處理單元還包括：

脈沖發生器，與所述IGBT的柵極連接，用于控制所述IGBT的閉合與斷開。

優選地，所述推力器的絕緣層的表面設置有導電薄膜，用于在所述脈沖電壓作用下加熱所述推力器的陰極，使得所述推力器的陰極蒸汽化，進一步加速形成等離子體，所述等離子體在所述電感器作用下被引出形成反作用推力，且所述等離子體有少量沉積在所述推力器的絕緣層表面形成新的導電薄膜。

優選地，所述電感器為空心電感器。