[发明专利]一种离子推力器寿命地面试验设备

说明书

技术领域

本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种离子推力器寿命地面试验设备。

背景技术

离子推力器是目前最为先进的空间推进系统之一，国外航天技术发达国家已广泛应用于航天器飞行任务。其特点是推力小、比冲高、寿命长，2012年10月，我国实践九号卫星发射升空，对多种电推进技术方案的正确性、在轨工作性能、与航天器的相容性以及长期在轨工作能力进行了成功验证，意味着我国全电推进系统已经初步具备在轨应用能力。但其要其在航天器上成熟应用，一般还需要在地面验证其寿命试验，考核其可靠性。美国“深空一号”(DS-1)探测卫星采用的30cm氙推力器在飞行应用之前进行了高达30000余小时的地面寿命验证试验，同样我国也需建造离子推力器寿命验证试验设备，做寿命的地面寿命考核工作。目前国内外的该类试验设备，大流量气体负载单纯靠传统常规真空泵抽气，抽气效率较低，试验设备与离子推力器试验控制系统相对独立，集成度低，试验操作复杂，离子推力器的性能及状态，例如发散角、栅极表面状况(尤其是2台及以上离子推力器试验时)等测试手段简单，设备溅射沉积物大等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器寿命地面试验设备，能够满足离子推力器寿命试验对试验设备抽气能力强、返回溅射沉积物小、可靠性高、设备集成度高等特殊要求。

本发明的离子推力器寿命地面试验设备包括：主舱真空容器、插板阀、副舱真空容器、真空抽气系统、离子束靶、防溅射屏、推力器移动机构、石英晶体微量天平QCM、推力器发散角测量系统、栅极腐蚀在线监测系统、地面试验电源系统、设备控制系统、氙气供气系统、复压系统、冷却水系统、气动元件供气系统、液氮储供系统和摄像照明系统；

其中，主舱真空容器一端设有主舱舱门，另一端通过插板阀与副舱真空容器相连，副舱真空容器一端设有副舱舱门，另一端通过插板阀与主舱真空容器相连；主舱真空容器为离子推力器地面寿命试验的工作舱，副舱为离子推力器的放置舱；

真空抽气系统由用于抽空气的普通大口径低温泵和用于抽氙气的氙气大口径低温泵组成，每台低温泵与主舱真空容器之间设有插板阀，用于将地面试验设备抽至要求的真空度；

离子束靶安装在主舱真空容器的主舱舱门内表面上，离子束靶外表面设有高纯石墨靶板；

防溅射屏安装在主舱真空容器直线段的内圆周面上，防溅射屏材料为纯钛Ta1；

栅极腐蚀在线监测系统包括机械臂以及安装机械臂上的照相机，通过照相获得试验过程中离子推力器栅极的腐蚀状况；所述栅极腐蚀在线监测系统安装在主舱真空容器内的检测室中；

推力器发散角测量系统安装在主舱真空容器前段距离离子推力器前方，可上下翻转和水平平移，参与离子推力器束流发散角检测时，推力器发散角测量系统水平平移至离子推力器端面前方，并将推力器发散角测量系统的检测端面翻转为竖直态，使得推力器发散角测量系统的测试面中心与离子推力器中心对齐、且测试面与离子推力器的喷出口端面平行；不参与检测时，将推力器发散角测量系统的测试面翻转为水平态，测试面向下；

QCM安装在推力器移动机构上，位于推力器的前端面前上方，用于监测溅射沉积物污染状况；

主舱真空容器和副舱真空容器上各自设有复压系统，用于试验停止时，向主舱真空容器和副舱真空容器真空室充入洁净气体；

冷却水系统用于向真空抽气系统提供冷却水；

气动元件供气系统向真空抽气系统的气动元件提供压缩气；

液氮储供系统储存并向离子束靶、真空抽气系统中的大孔径低温泵提供冷氮气，用于降低离子束靶和大孔径低温泵的温度；

摄像照明系统安装在主舱真空容器顶部，用于实时监测和记录地面试验过程中主舱真空容器内推力器的实时图像；

推力器移动机构位于副舱真空容器内，用于安装和自动控制移动离子推力器；

地面试验电源系统通过副舱真空容器上的穿舱法兰用导线与离子推力器相连，为推力器提供试验电源；

设备控制系统用于对各设备工作状态进行实时监控和记录，负责推力器电源的控制管理和试验测试数据的分析处理，具有报警系统；

氙气供气系统通过副舱真空容器上的穿舱管接头与离子推力器相连，为推力器提供气源。

进一步地，主舱真空容器和副舱真空容器均由0Cr18Ni9材料制成。