[实用新型]双电极固体脉冲等离子体推进器

说明书

技术领域

本实用新型属于低温等离子体技术领域，具体为一种双电极固体脉冲等离子体推进器。

背景技术

随着微电子技术、微型计算机技术、新型材料研制技术等现代高技术的发展卫星技术一方面向大型化方向发展；另一方面微小卫星也成为发展的热点。现代微小卫星以其重量轻、体积小、价格低、性能高、研制周期短等特点，受到世界各国的重视，得到了迅速发展，广泛应用于通信、遥感、军事侦测等领域。针对微小卫星的姿态控制、位置保持、阻力补偿、轨道提升和维持以及编队飞行等空间任务，目前卫星应用系统正向网络化方向发展，在通常由数颗或数十颗小卫星组成的功能星座中，要求对各个卫星间的轨道相位进行比较精确的控制。这对微小卫星的在轨推进技术提出了新的更高的要求。要求应用于微小卫星的推进技术具有体积小、重量轻、性能优、成本低、易于控制且对环境污染小等特点。而传统化学推进技术由于比冲低、重量大、结构复杂等原因，在微小卫星的应用中受到极大限制。而脉冲等离子体推进器(pulsed plasma thruster，简称PPT)，由于其具有体积小、重量轻、结构紧凑、控制方便灵活的特点，成为小卫星推进技术的重要发展方向。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种推进剂利用率高、比冲高、体积小、性能优、结构简单的脉冲等离子体推进器。

本发明设计的脉冲等离子体推进器其结构如图1所示。它包括以下结构单元：

一个主放电电容1，连接于第一二极管2和第一阳极5之间，主放电电容1与第二阳极12之间连接有可控制高压开关13；

一个第一二极管2，连接于主放电电容1和第一阴极10之间；

一个第二二极管3，连接于第二对电极7和12之间；

一个恒力弹簧4，给聚四氟乙烯推进剂8提供推力；

由第一阳极5和第一阴极10组成的第一对电极，第一阳极5和第二阴极7之间由第一绝缘物质6相连；由第二阳极12和第二阴极7组成的第一对电极，第一阴极10和第二阳极12之间由第二绝缘物质11相连；

一个半导体火花塞9，镶在第一阴极10上。

本实用新型中，所述主放电电容1的大小为1μF～50μF，所加电压范围为1kV～3kV；所述半导体火花塞9点火电压在1kV～3kV之间；所述第二对电极利用主放电电容1剩余能量，电离、离化第一对电极消融剩余中性粒子，形成二次放电，产生推力；所述通过使用第一二极管2防止主放电电容1在第一对电极放电，产生更多的中性粒子；通过所述控制高压开关13的触发时间来延迟主放电电容1的二次放电，延迟时间与主放电电容5储存的能量相关，典型的延迟时间在10μS～50μS之间；通过所述使用第二二极管3，使得主放电电容1不再有反向充电，防止在第一对电极产生放电。

脉冲等离子体推进器运行的基本原理如下：电源转换装置将卫星平台提供的低压直流转换为高压直流，输送到储能电容器和放电点火电路。放电点火回路按照一定的指令(触发信号)产生一个低能量的高压脉冲送到装在阴极紧靠推进剂端面的火花塞，使火花塞点火。推进剂的供应通过一个恒力弹簧产生一个力在推进剂上，保证推进剂能够在所需的速率送到推进器喷口。推进器工作时，首先将储能电容器充电至高压，此时正负极板间虽然存在一个强电场，但在真空情况下不会自行击穿。当点火回路一个触发脉冲时，火花塞点燃，产生少量粒子包括电子、质子、中性粒子和粒子团，这些粒子和推进剂表面碰撞，又从推进剂表面上烧一定量的粒子。带电粒子在强电场作用下分两极加速，同时与推进剂表面及在粒子之间碰撞，使推进剂表面烧蚀，然后分解并离化。随着带电粒子的增加，两极间逐渐形成等离子体。此时电容器、极板和等离子体区构成闭路，并产生感应磁场。于是等离子体受到洛仑兹力加速向外喷出，产生一个推力脉冲。

传统的固体脉冲等离子体推进器，推进效率一般为8％左右，目前报道最大推进效率仅为15％左右。主要是主放电电容放电后，固体推进剂表面仍然有消融现象发生。造成后续消融的推进物只能在气体压力下以低速喷出，推进效率大大降低。本发明在传统固体脉冲等离子体推进器的基础上，改进了推进器的结构。如图1所示，增加了一对电极、两个二极管和一个高压开关。该推进器能进一步提高固体推进剂利用率、比冲以及整体工作效率。该推进器设计简单、成本适中，具有高推进剂利用率、高比冲和相对高的工作效率，可应用于微小卫星，完成姿态控制、位置保持、阻力补偿、轨道提升和维持以及编队飞行等空间任务。

附图说明

图1为双电极固体脉冲等离子体推进器装置示意图。