[发明专利]一种电推进羽流试验评估方法

权利要求书

1.一种电推进羽流试验评估方法，其特征在于，包括：

步骤1，对主束流羽流区域和返流羽流区域的离子束流密度、电子浓度和空间等离子电势进行测量，得到羽流对卫星太阳翼的力效应和热辐射效应评估结果；包括：

根据公式(1.1)，计算得到电子温度T_e：

其中，e表示电子的电荷量，V表示探针电位，V_sp表示空间等离子电势，I表示探针电流，I_e0表示空间电位对应的采集电流；

根据公式(1.2)，计算得到电子浓度n_e：

其中，A表示探针表面积，k表示波尔兹曼常数；

根据公式(1.3)，计算得到粒子速度v_i：

其中，j表示离子束流密度，n_i表示粒子数密度；

根据公式(1.4)，计算得到粒子在边界面积S上的单位时间能量通量

其中，V表示目标表面的体积，ε_i表示单个粒子能量，表示垂直于边界面S的法向速度，m_i表示第i种粒子的质量；

根据公式(1.5)，计算得到单一粒子的能量流量密度

根据公式(1.6)，计算得到全部粒子的总能量流量密度：

其中，N表示实际粒子总数，n表示网格粒子数；

根据公式(1.7)，计算得到力效应F：

其中，m表示粒子质量；

步骤2，对太阳电池阵表面不同材料在羽流等离子体环境中的充电电压和泄露电流，以及太阳电池阵在羽流等离子体环境中的表面电位进行测量，得到羽流对卫星太阳翼及星本体表面的充放电效应评估结果；包括：

将模拟太阳电池试件安装在设定的羽流试验区域；

对模拟太阳电池试件进行试验前的电性能测试，记录测试结果；

将非接触式表面电位计探头与模拟太阳电池试件的表面材料相连接，并通过线缆穿舱至真空舱外部与采集设备相连；其中，非接触式表面电位计探头，用于对模拟太阳电池试件的表面电位进行测试；

抽真空使真空度优于5.0×10^-3Pa，电推进工作并形成稳定的羽流等离子体环境；

将模拟电源设定在恒压状态，限制电流设定为4.0A；打开非接触式表面电位计，监测试验样品表面电位，并实时记录数据和曲线；

调节模拟电源的串间工作电压，并通过电流表监测回路内电流，实时记录数据和曲线；其中，串间工作电压的初始调节电压为50V、最大调节电压为200V，调节策略为每隔10min串间工作电压增加10V；

重复两次测量后，关闭非接触式表面电位计，关闭模拟电源，电推进停止工作；

对模拟太阳电池试件输出电流和电位计电压的监测结果进行判读；其中，若测量结果未超出恒定状态值1％的电流波动，则确定未发生电流泄漏现象；

在试验结束后，对模拟太阳电池试件进行电性能复测，并与试验前的电性能测试结果对比，若输出电流性能下降幅度超过1％，则确定等离子羽流对太阳电池试件性能存在影响；

步骤3，对卫星太阳翼及星本体表面敏感设备测试样品的等离子羽流污染量进行测量，得到羽流对卫星太阳翼及星本体表面敏感设备的沉积污染效应评估结果；包括：

根据公式(2.1)，计算得到石英晶体微量天平的谐振频率变化Δf：

其中，f₀表示石英晶体微量天平的基频，表示石英压电强化剪切模量，ρ_q表示石英密度，A表示探头电极面积，Δm表示污染质量刻蚀的质量，S_f表示表示传感器的灵敏度；

根据石英晶体微量天平的谐振频率变化，确定石英晶体微量天平上的物质的污染质量，以及能量离子刻蚀表面损失的质量。

2.根据权利要求1所述的电推进羽流试验评估方法，其特征在于，还包括：

通过法拉第诊断探针，测量得到主束流羽流区域和返流羽流区域的离子束流密度；

通过朗缪尔诊断探针，测量得到主束流羽流区域和返流羽流区域的空间等离子电势。

3.根据权利要求1所述的电推进羽流试验评估方法，其特征在于，还包括：

在推力器后端布置测试样品以及石英晶体微量天平；其中，测试样品，包括：太阳电池玻璃盖片试件、光学太阳反射镜片试件和太阳翼银互联片；

在推力器上侧侧板和下侧侧板上布置测试样品以及石英晶体微量天平，其中，石英晶体微量天平的收集面法线保持与推力器轴向和出口面交叉点重合，测点布置角度在推力器主束流区外依次按先密后疏的方式布置，测点到推力器出口面的距离不低于1.2m，推力器轴向为零度，测量角度不低于110°；

在推力器远端应布置防溅射分子沉，其中，防溅射分子沉，用于吸收高能粒子，防止高速粒子冲刷真空舱底部溅射出粒子污染测试对象；

在英晶体微量天平外表面应包覆防护套，以防止真空舱本体污染对测试误差的影响。