[发明专利]一种磁场力/力矩作用投送系统及其地面测试装置

权利要求书

1.一种磁场力/力矩作用投送系统，其特征在于，所述系统包含等离子体收集装置和脉冲等离子体环发射装置，所述脉冲等离子体环发射装置用于产生和发射脉冲等离子体环，包括内轴、外轴、内轴电磁铁、外轴电磁铁、高能电容器、等离子注入口，所述内轴与所述外轴为同轴两套筒，所述内轴电磁铁安装于内轴内壁、外轴电磁铁安装于外轴外壁，所述脉冲等离子体环发射装置产生脉冲等离子体环的步骤为：

将所述内轴和外轴电磁铁通电，得到一个由内轴指向外轴的径向磁场，外环磁场强于内环磁场；

在内轴与外轴之间形成的环形内腔中注入一定质量的等离子体，形成等离子体团，等离子体团冻结于径向磁场；

内轴与外轴通过等离子体团连接，电流经过内轴向上，流经等离子体团后由外轴流出；通过内轴的电流产生一环向磁场，流经等离子体团的电流与环向磁场相互作用，驱使等离子团向上流动，并切割径向磁场；

冻结在等离子体团中的径向磁力线连接成闭合的磁力线，经过微秒量级时间扩散，等离子体团达到能量最小的稳定环状态，得到稳定状态的脉冲等离子体环。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述脉冲等离子体环发射装置加速发射等离子体环的步骤为：

使用高能电容器快速放电在环形内腔产生高压，脉冲等离子体环切割径向磁场产生轴向电磁推力，驱动脉冲等离子体环高速运动并加速发射。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述脉冲等离子体环的加速发射模型为：

其中，L为回路电容、i为回路电流、R为回路电阻，r_内为内轴半径，r_外为内轴半径，μ₀为真空磁导率，γ＝μ₀ln(r_内/r_外)/2π，l为发射端面中心距等离子体环中心的距离、为单位长度等离子体环发射装置的电阻、C₀为高能电容器电容、m为等离子体环质量。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述脉冲等离子体环等效磁矩为：q为脉冲等离子体环中带电粒子电荷、ω为脉冲等离子体环中带电粒子沿环旋转频率、r_内≤r≤r_外为等离子体环半径；增大等离子体环半径、带电粒子沿环速度、带电粒子电荷能提高脉冲等离子体环等效磁矩。

5.根据权利要求4所述系统，其特征在于，所述脉冲等离子体环发射装置发射的脉冲等离子体环的出口扩散角可通过外轴长度及高能电容器的充电电压来约束。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，基于所述脉冲等离子体环的姿轨控制通过改变高能电容器放电的电流大小与流向，来改变等离子体环中带电粒子的密度与旋转方向，进而控制冻结磁场的大小与方向，该磁场与空间目标所带磁场相互作用，达到对空间目标吸引或排斥的期望操控。

7.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述等离子体收集装置可向外套式环状延伸，用于在太空环境中原位收集等离子体。