[发明专利]一种微阴极电弧推进系统

说明书

本发明公开一种微阴极电弧推进系统，推进系统包括：电感器，在通电情况下进行充电，在充电完成后断电形成反压；电源处理单元，与电感器连接，用于控制电感器的通或断电；推力器，设置在电感器内部，分别与电源处理单元和电感器连接，当电感器反压时，在推力器的阴极与阳极之间形成脉冲电压，推力器在脉冲电压的作用下击穿绝缘层，同时阴极被蒸汽化形成等离子体，等离子体在电感器形成的磁场下被引出形成反作用推力。本发明将推力器置于电感器中，利用电感器通电时形成的磁场作为引导和加速离子的磁场，省去了推力器的励磁电路，减小了微阴极电弧推力器推进系统的总质量和总体积的目的，从而提高了推力器的推重比。

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，特别是涉及一种微阴极电弧推进系统。

背景技术

微阴极电弧推力器因其具有微功率化、高效率、高比冲、宽范围可调控、低成本等优点而成为微纳卫星的的理想电推进类型，可以应用于微纳卫星的轨道保持和编队飞行等任务。传统电推进系统由并车与保护单元(Paralleling and Protection Unit，简称PPU)和励磁电路两部分组成，PPU的功能为推力器提供数百伏的脉冲电压，其工作原理为：采用感性能量存储方式，由20V直流电源供电，通过绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，简称IGBT)控制电感的充电与放电，当开关闭合时，电感充电；开关断开，电感反压，在推力器上形成数百伏的瞬态高压。励磁电路通过直流线圈为推力器提供数百至数千高斯的磁场环境，用来引导和加速离子。其中电感元件的典型参数在0.5mH以上，其质量和体积较大。另外，微阴极电弧推力器达到最佳性能所需要的磁场较大，导致励磁线圈匝数较多，线圈体积与质量也较大。这些因素制约了推力器微型化，导致推进系统的推重比不能进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种质量小、体积小、高推重比的电弧推进系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种微阴极电弧推进系统，所述推进系统包括：

电感器，在通电情况下进行充电，在充电完成后断电形成反压；

电源处理单元，与所述电感器连接，用于控制所述电感器的通或断电；

推力器，设置在所述电感器内部，分别与所述电源处理单元和所述电感器连接，当所述电感器反压时，在所述推力器的阴极与阳极之间形成脉冲电压，所述推力器在所述脉冲电压的作用下击穿绝缘层，同时阴极被蒸汽化形成等离子体，所述等离子体在所述电感器形成的磁场下被引出形成反作用推力。

优选地，所述微阴极电弧推进系统还包括：

电源，分别与所述电感器、所述推力器和所述电源处理单元连接，所述电源用于给所述电感器和所述推力器提供电能。

优选地，所述电源处理单元包括：

IGBT，所述IGBT的发射极分别与所述电源的负极和所述推力器的阳极连接，所述IGBT的集电极分别与所述电感器和所述推力器的阴极连接；所述IGBT闭合时，所述电源对所述电感器充电，在充电完成后，所述IGBT断开，所述电感器反压，在所述推力器的阴极与阳极之间形成脉冲电压。

优选地，所述电源处理单元还包括：保护器，设置在所述IGBT与所述电源之间，用于保护所述IGBT。

优选地，所述电源处理单元还包括：

脉冲发生器，与所述IGBT的栅极连接，用于控制所述IGBT的闭合与断开。

优选地，所述推力器的绝缘层的表面设置有导电薄膜，用于在所述脉冲电压作用下加热所述推力器的阴极，使得所述推力器的阴极蒸汽化，进一步加速形成等离子体，所述等离子体在所述电感器作用下被引出形成反作用推力，且所述等离子体有少量沉积在所述推力器的绝缘层表面形成新的导电薄膜。

优选地，所述电感器为空心电感器。