[发明专利]一种霍尔推力器用固体工质储备式阳极结构及金属流量控制方法

说明书

一种霍尔推力器用固体工质储备式阳极结构及金属流量控制方法，它包含双层气体分配器和阳极环，双层气体分配器固定在放电通道的底面，阳极环固定在双层气体分配器上方的放电通道的两个环形壁面上，双层气体分配器和阳极环相互绝缘并连接各自的阳极电源，双层气体分配器的下层供给气体工质，并具有径向出气孔，双层气体分配器的上层储备有固体金属工质，双层气体分配器的上层表面固定有多孔板，多孔板具有使固体金属工质加热挥发的蒸汽逸出的出气孔。该阳极结构填充有气体工质和固体金属工质，可进行协同工作，以控制金属工质的加热温度；在霍尔推力器低流量放电时，供给部分易电离的金属工质，优化了霍尔推力器电离过程。

技术领域

本发明涉及霍尔推力器阳极结构，具体涉及一种霍尔推力器用固体工质储备式阳极结构及金属流量控制方法。

背景技术

霍尔推力器是一种利用正交电磁场电离加速工质气体产生推力的电推进装置，主要应用于航天推进领域。霍尔推力器在通道内部形成正交的电磁场，阴极发射的电子在到达通道底部阳极的过程中被磁场约束，绕磁力线做拉莫尔回旋运动。推进剂从通道底部注入，中性原子与电子在通道中碰撞电离，产生大量的离子、电子。离子在轴向电场的作用下高速喷出形成羽流，从而产生推力。它具有结构简单、比冲高、工作可靠等优点，可大大提高航天器的有效载荷率。

未来空间任务对电推力器提出了宽参数变化范围内高性能稳定工作的要求。航天器对动力的需求由不同的任务背景、不同的任务段、不同的工作环境以及不同的推力器形态等决定，不同任务背景、不同任务段的输入条件会发生变化。轨道转移和位置保持是航天器在轨机动的两种最主要任务。其中，轨道转移需要推力器工作在大推力状态，而位置保持需要推力器工作在高比冲状态。且随着卫星距地球的远近、或者位于太阳的阴阳两面，推力器的实际工况都需变化。再以火星、小行星探测等深空任务为例，任务期内不仅太阳能供给随时间、距离、位置的变化而变化，而且星际航行、绕飞等不同任务段对推力与比冲的需求差异亦很大，功率变化需达到1：10的比例；又如地球重力场测量、引力波探测等空间精密科学实验要求对卫星实现高精度、低噪声的无拖曳控制，需要推力大范围连续可调。因此，单一的某一个或某几个工作点无法有效适应航天器空间任务的多样性。

然而，基于当前设计理念的霍尔推力器均只能在一个较窄的工况内高效稳定放电。目前推力器在变工况参数运行条件下的效率均具有相同的变化规律：随着放电电压的增大，效率总是先增加再减小；随着工质流量的降低，效率快速下降。在低功率运行以及高比冲(高放电电压)运行时，推力器需要将工质流量维持在较低的数值，而这会导致电离过程不充分，进而影响推力器性能。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种霍尔推力器用固体工质储备式阳极结构及金属流量控制方法，该阳极结构填充有气体工质和固体金属工质，可进行协同工作，以控制金属工质的加热温度，在霍尔推力器低流量放电时，供给部分易电离的金属工质，优化了霍尔推力器电离过程。

一种霍尔推力器用固体工质储备式阳极结构包含双层气体分配器和阳极环，所述双层气体分配器固定在放电通道的底面，并与放电通道的两个环形壁面具有间隙，阳极环固定在双层气体分配器上方的放电通道的两个环形壁面上，双层气体分配器和阳极环相互绝缘并连接各自的阳极电源，双层气体分配器的下层供给气体工质，并具有径向出气孔，双层气体分配器的上层储备有固体金属工质，双层气体分配器的上层表面固定有多孔板，多孔板与固体金属工质非浸润，多孔板上具有使固体金属工质加热挥发的蒸汽逸出的出气孔。