[发明专利]一种测量离子推力器内部沉积溅射的方法

说明书

一种测量离子推力器内部沉积溅射的方法，步骤为：1、将离子推力器安装在真空系统内，将用覆盖物遮蔽半边的盖片安装在离子推力器内部的指定位置；2、离子推力器累积引束流工作至少100h；3、离子推力器停止点火开启真空舱，将盖片取下，剥离覆盖的保护装置；4、利用台阶仪或三维轮廓仪，量取盖片两边的厚度差；根据推力器点火时间计算出单位时间的真空罐体的溅射速率和溅射物质的分布区域，利用X射线光电子能谱分析或能谱分析仪进行成分检测,以确定溅射物质的来源。本发明判定出离子推力器内部不同位置沉积物的溅射来源，半定量分析出核心部件的溅射产额及磨损速率，用于验证离子推力器放电室的溅射模型，也可进行离子推力器连续工作情况下的寿命估计。

技术领域

本发明涉及离子推力器使用评价技术领域，尤其涉及其内部关键部组件连续工作磨损程度的内部沉积溅射的测量方法。

背景技术

Kaufman氙离子推力器是电推进技术的一种，其比冲高、寿命长等突出优势可以有效提高卫星的有效载荷比，延长卫星的在轨寿命。为有效评估离子推力器的寿命和关键部组件的可靠性，需要开展与卫星工作寿命1：1时长的寿命考核试验，所需时间较长，对技术应用和评价造成了较大的影响。放电室内部关键部组件的磨损是离子推力器的主要失效模式之一，但对其的寿命和可靠性评估受到其结构和离子推力器的工作机理的限制，无法单独进行放电室关键部组件的寿命考核，且与整机一同验证所需时间非常长。因此提出本测试方法，可以在短期工作验证下快速有效评估离子推力器放电室关键部组件的寿命和的磨损机理。

发明内容

本发明针对离子推力器寿命考核验证周期长（数年），代价大等难点，提供一种测量离子推力器内部沉积溅射的方法，通过数据分析反推出放电室的溅射来源和关键部组件的磨损速率，以解决推力器放电室寿命和可靠性无法快速评估的难题。

本发明的技术解决方案是：

一种测量离子推力器内部沉积溅射的方法，包括下列步骤：

1)将离子推力器安装在真空系统内，连接好电路和气路管路，将用覆盖物遮蔽半边的盖片安装在离子推力器内部的指定位置且该盖片的被测试面要外露在试验环境中；

2)离子推力器在固定稳态工作点状态下累积引束流工作至少100h，使盖片上留有累计的沉积物；

3)离子推力器停止点火开启真空舱，将盖片取下，剥离覆盖的保护装置，盖片上一半为沉积区域，一半为无沉积的洁净区域；

4）利用台阶仪或三维轮廓仪，量取盖片两边的厚度差；根据推力器点火时间计算出单位时间的真空罐体的溅射速率和溅射物质的分布区域，利用X射线光电子能谱分析或能谱分析仪进行成分检测,以确定溅射物质的来源。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）采用本发明可在短期内对离子推力器的放电室内关键部组件的磨损机理进行分析，且由于盖片为无机非金属制成，不会对推力器的高压绝缘性能产生影响，同时能对磨损情况进行评估，可快速对推力器的整体寿命进行初步的评估。

（2）针对多工况工作的推力器，可以在不同工况下进行短时间的测量以用于评估不同工况下的寿命，缩短了寿命验证的周期，也大幅降低了成本。

（3）利用本发明可半定量分析放电室内部关键部组件磨损的情况，验证放电室内部关键部组件的材料选取的适用性，结构设计的可靠性，对于推力器产品的寿命优化和性能优化提供支持。

（4）现有技术通常采用石英晶体微量天平（QCM）测量，由于需要外部信号和供电线路，因此在推力器内部不适用，而且QCM的量程有限，无法测量长时间（超过500h）连续工作下的推力器内部沉积。

附图说明

图1为本发明盖片的安装位置示意图；