[发明专利]一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器及工作方法

说明书

本发明公开的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器及工作方法，属于微小卫星航天推进技术领域。本发明包括恒力弹簧、固定推进剂用的上绝缘板、半导体火花塞、增加元冲量用永磁铁、阴极极板、增加比冲用永磁铁、阳极极板、高压电源、主放电电容器、二极管、固定推进剂用的下绝缘板、固体推进剂；分别在阴极极板、阳极极板上增加用于减慢中性气体前进速度的气体储存腔，在气体储存腔后侧增大极板之间的间距，极板在靠近喷口末端为平行布设；在自感磁场相反方向上添加增加元冲量用永磁铁；在自感磁场相同方向上添加增加比冲用永磁铁。本发明能够提高固体脉冲等离子体推力器的推进剂利用率，具有成本低的优点，适合做微纳卫星的主推力器以及各种大卫星的调节装置。

技术领域

本发明涉及一种固体脉冲等离子体推力器及工作方法，属于微小卫星航天推进技术领域。

背景技术

成本低、研制周期短、发射灵活且有效载荷低是微小卫星的主要优点，目前微小卫星已在通信、遥感、对地观测和空间试验等领域具有广泛应用。近年来，国内外微小卫星的发展十分迅速，其空间发射数量在整体上呈增长趋势。由于微小卫星受到总功率、质量和体积的限制，其推进系统需要具备重量轻、功耗低、体积小、寿命长、推力精确等特点。电推进技术具有推力小、比冲高、推力可控等优点，非常适合作为微小卫星的推进技术。作为最早应用于航天任务的电推力器，脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster)具有比冲高、结构简单、控制方便灵活、能在低功率下稳定工作等特点，可以满足微小卫星，尤其是质量小于100kg的微小卫星对系统提出的低功耗和低质量等严苛要求。目前已成功应用于位置保持、姿态控制以及轨道转移等十余次在轨推进任务，是微小卫星电推进系统发展的重要方向。但目前固体脉冲等离子体推力器由于其极低的工作效率(通常小于10％)而饱受诟病。

发明内容

本发明公开的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器及工作方法要解决的技术问题为提高固体脉冲等离子体推力器的推进剂利用率，具有成本低的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种高推进剂利用率固体脉冲等离子体推力器，包括恒力弹簧、固定推进剂用的上绝缘板、半导体火花塞、增加元冲量用永磁铁、阴极极板、增加比冲用永磁铁、阳极极板、高压电源、主放电电容器、二极管、固定推进剂用的下绝缘板、固体推进剂。恒力弹簧用于给固体推进剂提供恒定推力。主放电电容器一端通过二极管与阳极极板相连接，另一端直接与阴极极板连接，并通过高压电源进行充电。对原有平板极板作如下改进，分别在阴极极板、阳极极板靠近半导体火花塞一侧增加用于减慢中性气体前进速度的气体储存腔，在气体储存腔后侧增大阴极极板与阳极极板之间的间距，且阴极极板与阳极极板在靠近喷口末端为平行布设。半导体火花塞镶嵌在阴极极板内。在等离子体团产生的自感磁场相反方向上添加增加元冲量用永磁铁，所述的增加元冲量用永磁铁固定在气体储存腔上，用于减慢等离子体团的前进速度。在等离子体团产生的自感磁场相同方向上添加增加比冲用永磁铁，所述的增加比冲用永磁铁固定在极板加速区域，用于增大等离子体的前进速度至满足推力器的比冲需求。

为防止中性气体团在未进入气体储存腔前从固体推进剂两侧扩散，将固体推进剂端面设计为半圆形凹槽。

为定位增加元冲量用永磁铁、增加比冲用永磁铁相对于阴极极板与阳极极板的位置，在阴极极板与阳极极板上增加定位圆柱，所述的圆柱用于与增加元冲量用永磁铁、增加比冲用永磁铁进行相互定位与固定。

所述的增加元冲量用永磁铁根据减慢等离子体的前进速度需要而定，优选一组。所述的增加比冲用永磁铁数量根据满足推力器的比冲需求而定，优选一组。

所述的在气体储存腔后侧增大阴极极板与阳极极板之间的间距的方式，优选由两段圆弧组成的过渡段。