[发明专利]一种应用于真空弧推进器的自触发方法

说明书

本发明实施例提供了一种应用于真空弧推进器的自触发方法。该方法包括：选取碳基材料作为触发电极；设置自触发电极结构，自触发电极结构包括：阴极、阳极、触发电极和绝缘介质；阴极为一端为锥状的圆柱状结构，阳极为喇叭状喷嘴结构，绝缘介质为圆筒状结构，阴极包覆于绝缘介质的内部，阳极固定于绝缘介质的一端；均匀布置多个触发电极穿透绝缘介质，尖端在绝缘介质的内表面突出；在触发电极(和阴极)与阳极之间施加低电压，通过触发电极与阳极之间生成沿面放电，进而生成导通阴极和阳极的等离子体，实现低电压自触发，在阴极与阳极之间建立真空弧。本发明提出的自触发方法可以在没有外部触发电源的情况下实现可靠的低电压触发。

技术领域

本发明涉及真空弧推进器技术领域，尤其涉及一种应用于真空弧推进器的自触发方法。

背景技术

低压真空电弧启动对VATs(vacuum arc thrusters，真空弧推进器)的优化具有重要意义。

真空电弧的触发通常需要特殊的方法，例如熔丝，拖曳电弧和触发电弧。所有用于引发冷阴极电弧的触发方法的目的都是建立一个或多个稳定的阴极点，从而生成大量等离子体使电极连通。引发真空电弧最简单的方法是施加高电压使真空间隙击穿并使用同一电源使电弧维持。对于大多数阴极材料来说这是一种可靠的方法，并且不需要任何其它触发组件。然而，这种方法的不足之处在于它需要一个高电压，因此容易带来绝缘问题。

真空弧推进器在近年来得到广泛开发及使用。它是一种使用真空金属等离子体产生推力的推进器。在所有的触发方式中，真空弧推进器应用最广泛的是使用火花塞的触发方式。火花塞在阴极附近生成微量等离子体并引发真空间隙的击穿，它可以在极间电压为几百伏的情况下实现放电。在这种情况下，放电的触发和电弧电流的维持来自不同的电源。但这种触发方式的缺陷为：由于触发电路和电源电路的设计以及它们之间的相互作用的问题，设计变的比较复杂；此外，火花塞容易受到沉积和腐蚀的影响。

因此，在没有触发电路的情况下的低电压触发具有重要意义。一种“无触发”概念曾经被A.Anders和I.G.Brown提出过。他们在连接阴极和阳极的绝缘介质表面设置了一个导电层。由于阴极和阳极之间的电阻很低，导电层与阴极之间由于焦耳热产生的爆炸效果可生成等离子体。尽管这种方法在大多数情况下是可行的，但是由于沉积和腐蚀问题，它仍然存在一些缺点。导电层通常由与阴极相同的材料制成(不是石墨)，以避免在某些应用中的碳污染问题。然而，一些低熔点的材料(如铅)可能会使阴极和阳极之间的电阻过低，一些容易氧化的材料(如Li，Mg，Ba)容易被腐蚀而导致阴极和阳极之间非常高的阻抗(>100kΩ)；这两种情况都会导致触发失败。而且，对于真空弧推进器来说，阴极和绝缘体之间10μm的特殊要求是一个潜在的缺点，因为在外太空它几乎无法维护。

因此，有必要设计一种使用特殊的沿面放电生成等离子体触发真空弧的方法。采用具有高效场致发射特性的碳纤维材料作为触发电极，在没有外部触发电路的情况下实现较低的触发电压。

发明内容

本发明的实施例提供了一种应用于真空弧推进器的自触发方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明的实施例提供的一种应用于真空弧推进器的自触发方法，其特征在于，该方法包括：

选取具有场致电子发射特性的微米级结构尺寸的碳基材料作为触发电极；

设置自触发电极结构，所述自触发电极结构包括：阴极、阳极、触发电极和绝缘介质；其中，

将所述阴极设置为一端为锥状的圆柱状结构，所述阳极设置为喇叭状喷嘴结构，所述绝缘介质设置为圆筒状结构，所述阴极包覆于所述绝缘介质的内部，所述阳极固定于所述绝缘介质的一端；以及，

均匀布置多个所述触发电极，并将所述触发电极穿透所述绝缘介质，使所述触发电极的尖端在所述绝缘介质的内表面突出；