[发明专利]一种分辨力为微牛级的半椭球型射频离子微推力器

说明书

本发明提供了一种分辨力为微牛级的半椭球型射频离子微推力器，包括：电离室、射频天线、进气系统、屏蔽罩、离子光学系统、电缆夹头；所述电离室为半椭球形,电离室入口连接进气系统，出口连接所述离子光学系统；所述屏蔽罩位于电离室外面；射频天线通上射频电流，用于在所述电离室内产生涡流电场，所述电缆夹头固定在所述屏蔽罩上。本发明具有下列技术效果：1、电离室设计成半椭球形，有效降低离子生成能；2、射频天线绕制在半椭球形电离室外侧，采用LC谐振及调频技术实现阻抗匹配；3、设计前置气体分配器，相较于后置气体分配器，可有效提高气体电离效率及等离子体均匀度。

技术领域

本发明涉及一种空间卫星的电推进系统，具体涉及一种分辨力为微牛级的半椭球型射频离子微推力器。

背景技术

随着中国空间引力波探测计划的启动，急需研制微型电推进系统用以执行卫星等太空飞行器高精度姿态控制、轨道转移以及无拖曳控制等任务。因射频离子推力器原理简单、推力范围宽、调制能力强、无内置阴极和易小型化等特点，被选为重点研究对象。

射频离子微推进系统一般包含七个部分，即微推力器、中和器、电源处理单元、射频发生器、流量控制器、减压阀和Xe贮罐，而微推力器是微推进系统的核心，其工作原理如图1所示。工质Xe气通过气体分配器01进入电离室03。当射频天线02通上射频电流时，在电离室03内部产生轴向磁场，继而感生出涡流电场E。这种电磁场对中性原子和离子的作用可以忽略不计，而电子获得足够能量后撞击中性原子，使其电离，形成射频自持放电，无需额外的电子源。电离室03中的离子被离子光学系统04加速喷出，形成羽流并产生推力。仅需调节射频功率大小即可实现推力快速调节和高精度控制。此外，中和器05发射电子流，中和推力器的离子流，使整个系统维持电中性。

射频离子微推进技术是未来微、小卫星实现高精度姿态与轨道控制的希望之一，如何提高电推进系统的效率和寿命一直以来都是国际电推进行业的研究主题。传统的射频离子推力器电离室多为圆柱形，近些年有人提出将其改为半圆形或锥形，以期望提高推力器的放电效率，取得了一定效果，但微推力器的效率还是偏低。在国内，之前并没有相关单位开展过射频离子微推进技术的研究工作，为了满足空间引力波探测和重力场测量等空间科学任务的微推进需求，亟需一种高精度、低噪声、长寿命和高效率的射频离子微推力器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度、低噪声、长寿命和高效率的射频离子微推力器。

为了解决上述问题，本发明提供一种分辨力为微牛级的半椭球型射频离子微推力器，包括：电离室、射频天线、进气系统、屏蔽罩、离子光学系统、电缆夹头；所述电离室为半椭球形。

进一步，所述射频天线绕制在半椭球形电离室外侧，采用LC谐振及调频技术实现阻抗匹配。

进一步，所述进气系统包括依次连接的Xe气储罐、减压阀、流量控制器、进气钢管、软管、气体分配器；所述气体分配器为前置环形气体分配器。

进一步，所述屏蔽罩为铝合金壳体，用于屏蔽射频天线向外发射的电磁波，以免干扰卫星其他电子系统，同时起到固定、支撑其他部件的作用，所述电缆夹头用以固定正、负高压电缆及射频电缆。

进一步，所述离子光学系统由从内至外的屏栅、碟形加速栅、碟形减速栅三栅极组成，其中屏栅的材料为钼，接正高压(900V～1800V)；碟形加速栅材料为高分子石墨，接负高压(-100V～-300V)；碟形减速栅材料为殷钢并接地。

进一步，所述电离室的材质为氧化铝陶瓷，外表面具有螺旋形凹槽，所述射频天线绕在所述凹槽内。

相对于现有技术，本发明具有下列技术效果：

1、电离室设计成半椭球形，有效降低离子生成能；

2、射频天线绕制在半椭球形电离室外侧，采用LC谐振及调频技术实现阻抗匹配；