[发明专利]一种多模式螺旋波离子推力器

说明书

本发明涉及一种多模式螺旋波离子推力器，属于航空航天电推进领域。所述石英放电室置于Faraday筒内；阳极固定在石英放电室的开孔端；石英放电室的开放端与屏栅接触连接；屏栅、加速栅和减速栅间保持间隔；石英放电室的外筒壁上安装有天线；Faraday筒外壁安装有多个螺线圈；阴极中和器放置在石英放电室的开放端，用于中和静电栅极加速引出的离子束流；阴极中和器和阳极产生轴向电场，可以有效增加电子的行程，提高电离率。本发明的推力器具有中和器，能够中和静电栅极引出离子束流；具有阴极和阳极结构能够提供轴向电场从而提高等离子体的电离率，能够计算离子的产生成本；设计的附加磁场位型可调，可以实现推力器多模式工作的螺旋波离子推力器。

技术领域

本发明涉及一种多模式螺旋波离子推力器，特别涉及一种附加磁场位型可调、具有阴极中和器、阳极、三栅极静电加速系统的螺旋波离子推力器，属于航空航天电推进领域。

背景技术

螺旋波离子推力器是一种二阶加速螺旋波推力器，结合了螺旋波源高密度、高电离率、无电极的优点，和离子推力器中静电栅极光学系统对离子的高效静电加速作用，能够产生高比冲、高推力的电推进装置。

大连理工大学的夏广庆提出了双阶栅极螺旋波离子推进装置(CN201410597251.2)，包括放电室、螺旋波激发天线、金属套筒、电磁线圈和双阶栅极系统，形成了螺旋波离子推力器的基本构成。

但是，上述系统没有添加中和器、阴极和阳极部件，附加磁场位型不可调，推力器系统不够完整，不具备多模式工作的能力。因为栅极系统加速出来的离子带正电荷，由于没有中和器补充带负电的电子，正电荷源源不断的加速离开，会引起推力器自身负电荷的积累，导致航天器表面电位变化，损坏其在轨寿命，引发潜在危险。由于没有阴阳极结构，所以不具备轴向电场，电子的存活时间较短，电离率较低。由于只有一圈附加磁场，附加磁场位型不可调，推力器不具备多模式工作的能力。

中和器的作用是产生大量的热电子，能够有效中和离子推力器加速喷出的离子，从而降低航天器表面电位变化的风险。阴极和阳极产生的轴向电场，能够延长放电室内部等离子体中电子的有效行程，使得电子与中性气体产生的碰撞次数增多，从而显著提高等离子体的电离率。阴极和阳极部件的添加，使得能够计算推力器的离子产生成本，评估推力器的性能。附加磁场位型能够改变射频波与等离子体的能量耦合过程，直接影响推力器的性能。附加磁场位型可变，就可以获得推力器的不同性能水平，从而实现推力器多模式的工作状态。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的推力器负电荷积累过多的问题，提高推力器电离率、评估推力器性能、实现推力器多模式工作的能力，提供了一种多模式螺旋波离子推力器。该推力器具有中和器，能够中和静电栅极引出离子束流；具有阴极和阳极结构能够提供轴向电场从而提高等离子体的电离率，能够计算离子的产生成本；设计的附加磁场位型可调，可以实现推力器多模式工作的螺旋波离子推力器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种多模式螺旋波离子推力器，包括：推进剂供给端口、射频功率源、匹配器、天线、石英放电室、法拉第筒(Faraday筒)、磁线圈、阳极、阴极中和器(中和器接地，可以同时充当阴极)、屏栅、加速栅和减速栅。

石英放电室置于法拉第筒内；石英放电室为一端带有开孔的半封闭式结构；阳极固定在石英放电室的开孔端；石英放电室的开放端与屏栅接触连接；屏栅、加速栅和减速栅间保持间隔；石英放电室的外筒壁上安装有天线；法拉第筒外壁安装有多个螺线圈；阴极中和器放置在石英放电室的开放端，用于中和静电栅极加速引出的离子束流；阴极中和器和阳极产生轴向电场，可以有效增加电子的行程，提高电离率。

在阳极、阴极中和器和屏栅处放置电流表，根据采集到的电流情况计算推力器的离子生成成本。

通过控制所述螺线圈开启和关闭的数量，来调节附加磁场的位置、大小、形态；

所述开孔为推进剂供给端口；