[发明专利]一种霍尔推力器离子能量分布测量方法及系统

说明书

本发明公开一种霍尔推力器离子能量分布测量方法及系统。该方法通过测量多栅探针不同制止电压下的离子电流随时间变化曲线，获取同一时刻不同制止电压对应的电流值，得到该时刻电流与电压函数关系，然后求得该时刻的离子平均速度，求得该时刻离子能量；以设定时间间隔获取振荡周期内其它时刻的离子能量，将不同时刻的离子能量按照时间顺序拟合，得到低频振荡周期内离子能量分布随时间的变化曲线。本发明实现了测量羽流区离子能量分布的动态特性，获得羽流区离子能量分布在低频振荡周期内的变化曲线，解决了现有的测量方法无法获得几十微秒量级羽流区离子能量分布随时间动态变化的难题，为研究霍尔推力器羽流区离子能量分布变化提供有效技术途径。

技术领域

本发明涉及离子体推进领域，特别是涉及一种霍尔推力器离子能量分布测量方法及系统。

背景技术

霍尔推力器自1970年成功研制以来，因其具有高效率、高比冲及高可靠性等优点，被广泛应用于卫星位置保持和轨道转移等空间推进任务。霍尔推力器羽流一般由电子、高能离子电荷交换产生的低能离子以及中性原子组成。其中高能量的离子与航天器表面碰撞使其产生溅射和侵蚀，溅射的物质会对航天器上的太阳能帆板等敏感表面产生污染，进而使其性能下降或失效。同时高能离子直接与敏感表面碰撞，使敏感表面被破坏而性能降级或失效，从而导致航天器无法完成预定任务。

霍尔推力器的羽流离子能量分布和通道内的电离过程是一一对应的，因此可以通过离子能量分布分析推力器中性原子的电离机制以及磁场和电势的分布情况，进而可以分析通道内离子束流的加速特性，也被用来评价推力器对飞行器表面相互作用的一个重要参数。因此对霍尔推力器羽流离子能量分布的评估测量是霍尔推力器及航天器总体设计研究的重要内容之一。

霍尔推力器的低频振荡特性会使羽流区离子能量分布发生变化，目前的测量方法只能测量推力器在稳态条件下的羽流离子能量分布，没有实际应用价值，而在低频振荡周期内(通常为几十个微秒)，很难获得羽流中离子能量分布的动态特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种霍尔推力器离子能量分布测量方法及系统，通过霍尔推力器低频振荡的调制作用，获得霍尔推力器的离子能量随低频振荡周期的动态变化特性曲线，为研究放电振荡与羽流区离子能量分布的关系了有效的技术途径。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种霍尔推力器离子能量分布测量方法，所述方法包括：

获取多栅探针接收的离子电流随振荡周期变化的曲线L₁，L₂，L₃,......,L_n；所述多栅探针位于霍尔推力器通道上，所述多栅探针中心轴线上与所述通道中心轴线重合；所述离子电流随振荡周期变化的曲线L₁为所述多栅探针制止电压为U₁时得到的曲线；所述离子电流随振荡周期变化的曲线L₂为所述多栅探针制止电压为U₂时得到的曲线；所述离子电流随振荡周期变化的曲线L₃为所述多栅探针制止电压为U₃时得到的曲线；所述离子电流随振荡周期变化的曲线L_n为所述多栅探针制止电压为U_n时得到的曲线；

根据离子电流随振荡周期变化的曲线L₁，L₂，L₃，......L_n，分别获取振荡周期内时刻T₁的电压值U₁，U₂，U₃,......,U_n对应的离子电流值I₁，I₂，I₃,......,I_n；