[发明专利]基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置

说明书

本发明公开了一种基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，正负极板，QCM安装支架和前挡板以及左右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正负极板分布在测量室上下，前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，负极板为主要承担带电粒子偏转轰击的侧板，其内表面添加石墨片。本发明可有效过滤到返流的CEX离子对测试基材的溅射作用，且采用磁偏转不会增加CEX的能量，同时在右侧支板安装石墨防溅射材料，大大减小二次溅射对污染测量的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于电场偏转的电推进羽流沉积效应的测量装置，属于电推进羽流污染效应测量技术领域，具体涉及一种测量电推进羽流沉积污染分布的实验测量装置。

背景技术

电推进羽流会对航天器造成力、热、溅射、沉积污染、充放电等效应。其中沉积污染效应主要指电推力器本身的溅射产物(离子推力器的栅极Mo，霍尔推力器的放电通道BN)沉积到太阳电池片、光学镜头等光学仪器上从而导致的太阳功率下降、镜头模糊等一系列的问题。有研究表明，仅仅几艾米的沉积厚度，就会对太阳电池的功率造成严重的影响，降幅可达50％之多。然而，电推进的沉积污染效应还不同于化学推进，化学推进的沉积污染物多见为气相沉积和液相沉积，这些污染物有的在阳光的照射下会挥发，而电推进的沉积污染物如离子推力器的Mo元素、霍尔推力器的B元素则是固态沉积，一般不会挥发。因此电推力器沉积污染的研究对航天器的设计及技术评估有重要的意义。

目前，对电推力器的沉积污染的仿真研究还不成熟，在目前常用的电推力器羽流输运算法PIC-DSMC算法中沉积污染的初始分布还是采用简单的余弦分布代替的。因此采用实验方法得到沉积污染物的分布规律是研究电推进羽流污染的一个关键问题。然而，国内外对污染分布的测量一般都是采用添加套筒的方式来屏蔽干扰污染物对实验结果的影响，但是套筒并不能对来流的高速离子产生影响，并且该部分的高速离子还会对测试基材(玻璃片或QCM等)及其上面沉积的污染物造成溅射，严重影响实验结果的正确性。因此需要一种过滤掉带电离子(主要是交换电荷CEX离子)对测试基材溅射的实验技术及实验方法。本发明就是针对电推进污染分布的测量提供了一种电推进羽流沉积污染分布的实验测量装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电推进羽流沉积污染分布的测量装置。该测量装置可以有效过滤到返流的CEX离子对测试基材的溅射作用，而对中性的可凝沉积物没有影响，因此可以更精确的测量电推进羽流污染的分布规律。

本发明的基于电场偏转的电推进羽流沉积效应测量装置，包括QCM污染测量传感器，平行相对设置的正极板和负极板，平行相对设置的QCM安装支架和前挡板，以及平行相对设置的左挡板和右挡板，其中正极板和负极板分别通过绝缘垫和前后左右四个支撑挡板连接形成封闭的测量室，其中，QCM污染测量传感器设置在QCM安装支架上，正极板和负极板分布在测量室上下，所述前挡板中间设置有测量限制孔，该孔大小需要通过QCM测量有效面积和被测推力器视野连线与前挡板的交点确定，保证测量限制孔通过推力器来流的沉积污染物，同时阻挡其他方向来的干扰物；负极板为主要承担带电粒子偏转轰击的侧板，其内表面添加石墨片，且QCM安装支架的侧板内壁也设置石墨片防止部分沉积污染。

其中，所述正极板和负极板的中间安装有电极接线端子用于连接导线，施加电场。

其中，石墨片采用螺纹固定方式设置在支架上。

其中，中性的可凝沉积物自由地穿过磁场区域到达QCM测量表面，因此在有效过滤CEX离子的同时，而不影响中性可凝沉积物的测量。