[发明专利]双极多模式微阴极弧推力器

说明书

本发明公开了一种双极多模式微阴极弧推力器，其特征在于，包括绝缘圆柱外壳(1)、绝缘板(2)、同轴形阳极(3)、中空同轴形绝缘件(4)、环形阴极(5)、环形阳极(6)、环形绝缘件(7)、电磁线圈(8)和永磁铁(9)。本发明的双极多模式微阴极弧推力器的双阳极结构存在两种不同构型的阳极结构，即同轴形阳极和环形阳极，随着推力器工作寿命的变化，可以切换选择使用同轴形阳极或环形阳极进行工作，从而实现推力器寿命期间内的两种模式的工作状态。

技术领域

本发明属于电推进等离子体应用领域，特别涉及一种应用于微、纳卫星的空间推进任务的双级多模式微阴极弧推力器。

背景技术

电推进是一类利用电能直接加热推进剂或利用电磁作用电离加速推进剂以获得推进动力的先进推进方式，具有较高的比冲、推力和效率，在大型航天器的轨道控制、深空探测和星际航行等空间任务中有广阔的应用前景。微阴极弧推力器(Micro-Cathode ArcThruster简称μCAT)是一种专门为立方星设计的小推力电磁式微型推力器，主要特点为脉冲工作，体积小，能实现低功率(0.1W量级)高比冲(2000-3000s)，能广泛的应用于微、纳、立方星等小体积卫星的姿态调节和轨道保持任务中。

目前已知的微阴极弧推力器存在长时间点火后性能参数下降，放电侵蚀和寿命后期容易出现失效等问题。主要原因是推力器的放电模式单一，在经过长时间点火过后，放电形面和壁面的侵蚀程度都会发生较大变化，但是放电模式无法做出相应的调整，进而导致推力器的性能下降或者失效。

发明内容

为了至少克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有双电极结构的微阴极弧推力器，以实现μCAT的双电极可切换的多模式放电工作。

根据本发明的一方面，提供了一种双极多模式微阴极弧推力器，包括绝缘圆柱外壳、绝缘板、同轴形阳极、中空同轴形绝缘件、环形阴极、环形阳极、环形绝缘件、电磁线圈和永磁铁；

所述绝缘板与所述绝缘圆柱外壳的后端连接形成半封闭式圆筒结构；所述同轴形阳极的放电端插入所述中空同轴形绝缘件，所述中空同轴形绝缘件插入所述环形阴极，所述中空同轴形绝缘件保证所述同轴形阳极和所述环形阴极之间的间距和绝缘性；所述同轴形阳极的放电端延伸突出所述中空同轴形绝缘件；

所述环形阳极、所述环形绝缘件和所述环形阴极紧密堆叠式定位于所述绝缘圆柱外壳的前端内部；所述环形阳极定位于所述绝缘圆柱外壳的最前端；所述环形绝缘件置于所述环形阳极和所述环形阴极之间，保证所述环形阳极和所述环形阴极之间的间距和绝缘性；

所述绝缘圆柱外壳的前端伸入所述电磁线圈和所述永磁铁叠置形成的圆筒结构内，使所述同轴形阳极的放电端恰好位于所述电磁线圈和所述永磁铁形成的磁场范围内。

在一些实施方式中，所述绝缘板的中心可以设置有通孔，所述同轴形阳极的与放电端相对的一端可以通过所述通孔固定连接于所述绝缘板。

在一些实施方式中，所述绝缘板和所述环形阴极可以之间设置有弹簧，保证所述环形阴极、所述环形绝缘件和所述环形阳极始终定位于所述绝缘圆柱外壳的前端内部。

在一些实施方式中，所述环形阳极、所述环形绝缘件和所述环形阴极的外径可以与所述绝缘圆柱外壳的内径间隙配合。

在一些实施方式中，所述绝缘板可以通过环氧树脂胶粘合连接于所述绝缘圆柱外壳的后端。

在一些实施方式中，所述同轴形阳极的外径可以与所述中空同轴形绝缘件的内径过盈配合，所述中空同轴形绝缘件的外径与所述环形阴极的内径间隙配合。

在一些实施方式中，所述绝缘圆柱外壳可以通过环氧树脂胶固定安装于所述电磁线圈和所述永磁铁叠置形成的圆筒结构内。

在一些实施方式中，所述中空同轴形绝缘件的壁厚可以为4～10mm。