[发明专利]一种涡旋共振电离的微牛级离子推进装置

说明书

一种涡旋共振电离的微牛级离子推进装置，属于等离子体推进领域。本发明解决了现有的微牛级推力器无法满足在引力波探测任务中要求的高精度推力控制、大范围推力连续可调、超高推力分辨率以及长寿命在轨工作的微牛级推力器需求的问题。放电腔体内部固设有石英护板，底板上开设有若干第一通孔和若干第二通孔，底板上靠近石英护板的一端面设置有若干盘香形天线，每个盘香形天线上位于中心位置的一端对应通过第一通孔引出高压级并与射频电源的输出级连接，每个盘香形天线上位于外围的一端对应通过第二通孔引出接地级并与射频电源的输出级连接，屏栅接正高电压，加速栅接低负电压，石英护板与屏栅之间的环形侧壁上开设有进气孔。

技术领域

本发明涉及一种涡旋共振电离的微牛级离子推进装置，属于等离子体推进领域。

背景技术

引力波探测是当代物理学和天文学的一项重大突破，决定着国际前沿科学的发展方向；空间引力波探测可以突破地表震动、引力梯度噪声和干涉臂长的限制，研究黑洞天文学中丰富的中低频引力波事件。为此需要发展几十万到百万公里量级基线长度的观测系统，欧洲的LISA计划和我国的“天琴计划”、“太极计划”正是目前这一领域最为重要的科学计划。与此同时，为了航天器超静超稳的姿态和位置需求，空间引力波探测要求的推力器参数为：推力范围要覆盖1-100微牛，推力精度达到0.1微牛，并保持极低的噪声水平和超快速响应能力，这对目前国内外现有的微推进技术而言是一项非常重大的挑战。

以霍尔推力器、离子推力器等为代表的毫牛级电推力器在航天器姿态控制、轨道修正、动力补偿等方面已经得到了越来越广泛的应用。世界各国广泛开展这一领域的研究，以推动和促进技术上的创新。如美国宇航局、空军实验室、欧洲航天局、日本东京大学和我国的哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、北京理工大学、西北工业大学等高校和航天科技集团所属的研究所也在这一领域取得了一系列重要成果。然而，在毫牛级电推进技术完善同时，随着深空探测和空间科学研究的不断开展，世界主要航天强国越来越需要更大推力范围内更高精度的电推进装置。

然而目前的微牛级推力器备选方案中，考夫曼型离子推力器因存在电极侵蚀而无法满足引力波探测长期工作的寿命需求；射频离子推力器因其加热机制上的限制，导致其不能在极低气压下稳定工作，达到推力下限较为困难；电子回旋共振离子推力器的加热机制较有优势但其结构过于单一可设计性低，对推力大范围可调带来了困难。

发明内容

本发明是为了解决现有的微牛级推力器无法满足在引力波探测任务中要求的高精度推力控制、大范围推力连续可调、超高推力分辨率以及长寿命在轨工作的微牛级推力器需求的问题，进而提供了一种涡旋共振电离的微牛级离子推进装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种涡旋共振电离的微牛级离子推进装置，它包括呈筒形结构的放电腔体以及同轴固设在放电腔体开口端的屏栅和加速栅，所述放电腔体包括环形壁板和固设在环形壁板一端部的底板，所述放电腔体内部同轴固设有石英护板，底板上开设有若干第一通孔和若干第二通孔，底板上靠近石英护板的一端面设置有若干盘香形天线，若干所述第一通孔和若干所述第二通孔的数量均与若干盘香形天线的数量相同，且每个盘香形天线上位于中心位置的一端对应通过第一通孔引出高压极并与射频电源的输出级连接，每个盘香形天线上位于外围的一端对应通过第二通孔引出接地极并与射频电源的输出级连接，屏栅与加速栅之间设置有绝缘层，且屏栅位于加速栅与放电腔体之间，所述屏栅接正高电压，所述加速栅接低负电压，石英护板与屏栅之间的环形侧壁上开设有进气孔。

进一步地，底板的外壁与环形壁板的内壁为过盈配合。

进一步地，所述绝缘层为环形陶瓷垫片，且同轴设置在屏栅与加速栅之间。

进一步地，环形陶瓷垫片的厚度为0.5mm。

进一步地，加速栅、绝缘层、屏栅与放电腔体之间采用螺栓连接，且用于螺栓连接的每个螺纹孔均为陶瓷螺纹孔。