[实用新型]同轴极板型激光支持的脉冲等离子体推力器

说明书

一种同轴极板型激光支持的脉冲等离子体推力器，包括激光系统，空心圆筒形的电磁加速阳极的一端由隔离板密封，圆柱形的电磁加速阴极的一端固定在隔离板上，另一端伸入电磁加速阳极内且电磁加速阴、阳极同轴设置。在隔离板上且以隔离板上电磁加速阴极的中心为圆心的一圆周上均匀开设有多个通孔，各通孔均分别与一陶瓷管联通，陶瓷管的另一端远离隔离板向外伸出且其端口均设有固体工质，激光系统发射出的激光束烧蚀固体工质产生激光等离子体，激光等离子体进入电磁加速电极之间时会诱导产生放电电弧并使等离子体加热并进一步离子化，等离子体在洛伦兹力和气动力的共同作用下加速喷出，从而产生推力。其具备推力可调、推进效率高、比冲高等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种为微小卫星轨道提升、位置保持、姿态控制和组网飞行等提供精准推力的新型推力器，尤其涉及一种利用激光烧蚀固体工质产生激光烧蚀等离子体，然后利用电磁场加速的推力器。

背景技术

近年来，微小卫星由于其体积小、研制周期短、发射灵活、成本低、组网快和生存能力强等优点而逐渐受到了世界各国的普遍重视，并在通信、导航、对地遥感、空间探测、技术验证和高校培训等领域得到了广泛应用，尤其是在商业和军事方面的应用更是成为世界各国竞相发展的重点，给空间技术开辟了新的应用领域，成为当前航天科技发展的重要方向之一，也必将成为未来航天高技术竞争的热点之一。

基于提高微小卫星工作寿命、完成更多复杂任务以及减少空间轨道碎片等方面的考虑，必须为微小卫星配备推进系统。然而由于微小卫星自身体积、重量等的限制，对其所配备的推进系统提出了一些特殊要求：比如：体积小、质量轻、工作寿命长、低电磁干扰、成本低、比冲高等。因此，传统的化学推进很难满足上述要求，而电推进系统由于具有比冲高、推力小、重量轻等优点而有望成为微小卫星的推进系统。固体烧蚀型脉冲等离子体推力器(ablative pulsed plasma thruster，APPT)是电推进系统的一种，其工作过程为：火花塞点火使暴露在两电极之间的推进剂表面诱导出高温放电电弧，高温放电电弧使推进剂蒸发和电离，形成等离子体；然后等离子体在洛伦兹力和气动力的共同作用下加速喷出，从而产生推力。APPT具有结构简单、比冲较高和重量轻等优势，使其成为微小卫星推进系统的优先选择对象，因此，各航天大国对其进行了长期深入的研究。

虽然APPT具有诸多优点，但是由于其存在滞后烧蚀等问题，从而使得其工质利用率低、能量利用效率低并存在羽流污染等问题。此外，还存在火花塞点火失效和积碳的问题以及性能不精确可控等问题亟待解决。因此，使得APPT的优势不能得到充分发挥，影响了其实际应用进程。

实用新型内容

针对APPT存在的工质利用率低、能量利用效率低、火花塞点火易失效且易积碳、羽流污染和性能不精确可控等问题，在此提出一种同轴极板型激光支持的脉冲等离子体推力器。本实用新型提供的这种推力器具备推进效率高、性能精确可控且可调、比冲高、结构简单、可靠性高和羽流污染小等优点。

为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种同轴极板型激光支持的脉冲等离子体推力器，包括激光系统、电磁加速电极、磁场线圈、固体工质。

电磁加速电极包括电磁加速阳极和电磁加速阴极，电磁加速阳极是由耐烧蚀且导电性能良好的金属制成的空心圆筒形结构或者空心圆台结构(即靠近耐高温隔离板一侧小，出口一侧大的空心圆台结构)，电磁加速阴极是由耐烧蚀且导电性能良好的金属制成的实心圆柱形结构。电磁加速阴极设置在电磁加速阳极内且两者同轴设置，磁场线圈包覆在电磁加速阳极的外壁上，在电磁加速阳极和电磁加速阴极之间产生外加磁场。电磁加速阳极和电磁加速阴极连接电磁加速电极电源以获取工作电源，磁场线圈连接磁场线圈电源以获取工作电源。