[发明专利]基于栅极腐蚀形貌和电子返流的离子推力器寿命评估方法

说明书

基于栅极腐蚀形貌和电子返流的离子推力器寿命评估方法，首先采集加速栅下游表面凹槽腐蚀深度、加速栅栅孔直径，建立栅极腐蚀退化模型，并确定栅极腐蚀退化模型参数，并得到栅极腐蚀拟合退化模型，然后预估离子推力器寿命，采集不同试验时间下电子返流极限电压数据，建立电子返流极限电压退化模型，确定栅极腐蚀退化模型参数，并得到栅极腐蚀拟合退化模型，进而预估离子推力器寿命，最后综合评估离子推力器寿命。

技术领域

本发明涉及离子推力器寿命评估技术领域，特别是基于栅极腐蚀形貌和电子返流的离子推力器寿命评估方法。

背景技术

电推进系统是一种先进的空间推进系统，具有高比冲、高效率、小推力的特点，能够有效提高卫星在轨服务寿命和承载能力，近年来在空间推进中的应用越来越普遍。电推进相对于化学推进具有高比冲的突出优势，可大幅降低卫星推进剂携带量，从而提高卫星有效载荷比、延长在轨寿命和降低发射重量。

氙离子推力器是电推力器家族的重要成员，比冲和效率都高于其它电推进系统。离子推力器是离子电推进系统的核心单机之一，同时也是影响电推进系统寿命和可靠性的主要薄弱环节。为达到总冲量要求，离子推力器的寿命指标通常较长，达到数千小时甚至上万小时。如果按照常规的寿命指标验证方法，离子推力器寿命试验时间一般要求达到1.5～2倍任务时间，受限于研制进度、试验经费等因素，无论是在产品研制阶段还是批产阶段，寿命与可靠性能力的地面验证困难重重，因此，用较短的试验数据对离子推力器寿命进行评估具有重要意义。

通过国外相关研究报道与前期工作发现，离子推力器的关键失效部件主要为空心阴极与加速栅。目前，国内对于空心阴极已积累了少量的试验数据，而对于加速栅相应的试验研究还存在不足。由于离子推力器制造成本昂贵，同时受试验条件限制，试样样本有限；同时，由于寿命指标长，受研制周期制约，难以进行全寿命周期的验证。加速栅失效包括结构失效、电子返流失效等多种失效模式，难以用单一模型进行评价。基于此，本发明提出了一种基于栅极腐蚀形貌和电子返流等特征量退化规律的离子推力器寿命评估方法，用较短的寿命试验数据评估离子推力器寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于栅极腐蚀形貌和电子返流的离子推力器寿命评估方法，解决了离子推力器寿命评估试验时间较长、寿命预测精度较差的问题。

本发明的技术解决方案是：基于栅极腐蚀形貌和电子返流的离子推力器寿命评估方法，包括如下步骤：

步骤一，采集加速栅下游表面凹槽腐蚀深度、加速栅栅孔直径；

步骤二，建立栅极腐蚀退化模型；

步骤三，确定栅极腐蚀退化模型参数，并得到栅极腐蚀拟合退化模型；

步骤四，预估离子推力器寿命；

步骤五，采集不同试验时间下电子返流极限电压数据；

步骤六，建立电子返流极限电压退化模型；

步骤七，确定栅极腐蚀退化模型参数，并得到栅极腐蚀拟合退化模型；

步骤八，预估离子推力器寿命；

步骤九，综合评估离子推力器寿命。

所述的加速栅下游表面凹槽腐蚀深度d(t)为离子推力器栅极中心区域3个栅孔的平均凹槽腐蚀深度的最大值，其中d_ij(t)为第i个栅孔与周围第j个相邻栅孔的凹槽腐蚀深度，i＝1,2,…,n_d，n_d≥3，j＝1,2,…,6；加速栅栅孔直径D(t)为中心区域3个栅孔的直径的平均值，其中D_i(t)为第i个栅孔的栅孔直径，i＝1,2,…,nD，n_D≥3。