[发明专利]离子推进器

说明书

本发明公开一种离子推进器，主阴极上有主阴极通道，电离室上有进口通道，推进气体通过主阴极通道和进口通道注入电离室；主阴极用于发射电子到电离室与推进气体碰撞被电离成正离子和电子，电离室内气体为等离子态；加速栅包括电子加速栅和离子加速栅，离子加速栅位于中心位置，电子加速栅位于两侧；在电子加速栅上加正电压，电子从电离室被加速，从屏栅和电子加速栅孔中发射出去；在离子加速栅上加负电压，正离子从电离室被加速，从屏栅和离子加速栅孔中发射出去，以使得正离子加速运动发射时，产生与离子运动方向相反的推力来推动航天器加速运动。减小航天器的体积、质量，减小发射成本，有效提高航天器的有效载荷，提高航天器的使用效率。

技术领域

本发明涉及空间推进器领域，具体地，涉及一种离子推进器。

背景技术

离子推进器，又称离子发动机，为空间电推进技术的一种，具有比冲高、效率高、推力小的特点，广泛用于空间推进，如航天器姿态调整控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。它的原理是将气态工质电离，并在强电场作用下将正离子加速喷出，通过反作用力推动卫星进行姿态调整或轨道转移任务。与传统的化学推进器相比，离子推进器需要的工质质量小，是已经实用化的推进技术中最适合长距离航行的。

离子推进器在工作过程中，通过将带正电荷的离子发射出去获得一个反作用力，从而推动航天器运行。由于带正电荷的离子相互排斥，离子发射形状处于发散状态，降低了离子发动机的效率，这时需要有电子加入到正离子中，抵消正离子之间的斥力，保证离子的电中性，保证正离子的发射形状，提高离子推进器的效率；同时由于航天器在太空处于孤立绝缘状态，航天器本身由于正电荷发射出去，表面正负电荷失去平衡，负电荷将在航天器表面积累，负电荷越积越多，航天器将处于一个负电场状态，正离子电荷将受到负电场影响，将无法正常发射。这时就需要一个电子发射源，将航天器表面的电子发射出去，中和正离子，使航天器处于正负电荷平衡状态，使推进器可以不断工作，航天器持续运行。

由于离子推进器中，起到推力作用的是正离子源，相关的电子源仅起到中和正离子和平衡航天器电中性的辅助作用，电子源及其相关的部件降低了离子推进器的电性能，降低了航天器的有效载荷比例。若能将中和电子源取消，将有效提高离子推进器的性能，在同等有效载荷时，可以减小航天器的体积、质量，减小发射成本；或在同等发射体积、质量的情况下，有效提高航天器的有效载荷，提高航天器的使用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子推进器，该离子推进器原理可行，结构简单，减小航天器的体积、质量，减小发射成本，有效提高航天器的有效载荷，提高航天器的使用效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种离子推进器，包括电离室、设置在电离室前方的主阴极、自前往后依次设置在电离室后方的屏栅和加速栅；主阴极上形成有主阴极通道，电离室上位于主阴极的一侧设有进口通道，以使得推进气体能够通过主阴极通道和进口通道注入电离室；主阴极用于发射电子到电离室与推进气体碰撞以使得推进气体被电离成正离子和电子，电离室内气体为等离子态；其中，

加速栅包括电子加速栅和离子加速栅，离子加速栅位于中心位置，电子加速栅位于离子加速栅的两侧；此时，在电子加速栅上加正电压，电子从电离室被加速，从屏栅和电子加速栅孔中发射出去；在离子加速栅上加负电压，正离子从电离室被加速，从屏栅和离子加速栅孔中发射出去，以使得正离子加速运动发射时，产生与离子运动方向相反的推力来推动航天器加速运动。

优选地，电离室形状、屏栅形状、电子加速栅的形状数量以及离子加速栅的形状数量可根据实际需要改变；其中，电子加速栅和离子加速栅的几何结构具有轴对称性。

优选地，离子加速栅支取的正离子控制离子推进器的推力和比冲。

优选地，电子加速栅支取的电子用于中和支取的正离子和平衡航天器表面的电中性。