[发明专利]一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统

说明书

本发明公开了一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统。所述基于加速电极的微阴极电弧推力系统包括：功率处理单元、绝缘栅双极型晶体管、推力器、加速电极和电源；功率处理单元分别与绝缘栅双极型晶体管、推力器连接；绝缘栅双极型晶体管与推力器连接；电源分别与功率处理单元、绝缘栅双极型晶体管、推力器和加速电极连接；加速电极设置在推力器的喷口处；绝缘栅双极型晶体管用于控制电源为功率处理单元充放电以及控制电源为加速电极供电；功率处理单元用于使推力器的两极板间产生瞬态高压，形成等离子体流；加速电极用于对等离子体流加速。本发明能够提高微阴极电弧推力器的推力。

技术领域

本发明涉及卫星微推进技术领域，特别是涉及一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统。

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。传统电推进系统由推力器与保护单元(Paralleling and ProtectionUnit，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(InsulatedGateBipolarTransistor，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，在电感反压，在推力器上形成数百伏的瞬态高压。该传统的电推进系统具有以下缺点：由于推力器结构与尺寸的限制，磁场强度有限，无法进一步提高等离子体羽流聚焦度，导致推进系统的推力有待提高；电压反压过程中，因为电感具有放电不稳定的特性，反压的不稳定将会直接影响推力器工作的特性；由于电感的反压特性，以及电路的布置将会导致PPU电路功耗较大，导致推力器输入功率升高，整体效率降低。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统，以提高微阴极电弧推力器的推力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于加速电极的微阴极电弧推力系统，包括：功率处理单元、绝缘栅双极型晶体管、推力器、加速电极和电源；所述功率处理单元分别与所述绝缘栅双极型晶体管、所述推力器连接；所述绝缘栅双极型晶体管与所述推力器连接；所述电源分别与所述功率处理单元、所述绝缘栅双极型晶体管、所述推力器和所述加速电极连接；所述加速电极设置在所述推力器的喷口处；所述绝缘栅双极型晶体管用于控制所述电源为所述功率处理单元充放电以及控制所述电源为所述加速电极供电；所述功率处理单元用于使所述推力器的两极板间产生瞬态高压，形成等离子体流；所述加速电极用于对所述等离子体流加速。

可选的，所述功率处理单元包括电容和保护器；所述保护器的一端与所述电源的正极连接，所述保护器的另一端与所述电容的一端、所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述电容的另一端与所述电源的负极连接。

可选的，所述推力器包括由内到外依次设置的阳极、第一绝缘层、阴极和磁场产生装置；所述阳极与所述绝缘栅双极型晶体管的发射极连接；所述阴极与所述电源的负极连接。

可选的，所述加速电极设置在所述阴极与所述磁场产生装置之间；所述加速电极与所述电源的正极连接。

可选的，所述加速电极延伸出所述推力器的喷口，且所述加速电极呈喇叭状。

可选的，所述加速电极为导电体，且所述加速电极中与所述阴极、所述磁场产生装置正对的部分的表面设置有第二绝缘层。

可选的，所述微阴极电弧推力系统，还包括：脉冲发生器；所述脉冲发生器与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接；所述脉冲发生器用于控制所述绝缘栅双极型晶体管的断开和闭合。

可选的，所述保护器为电阻。

可选的，所述电源的电压为500V；所述电阻的阻值为50kΩ。

可选的，所述磁场产生装置为励磁线圈或永磁铁。