[发明专利]一种大发射电流空心阴极地面试验装置

说明书

本发明公开了了一种大发射电流空心阴极地面试验装置，包括由磁场模拟装置、阳极组件、阴极组件、辅助供气系统和供电系统组成；阳极组件包括圆柱形阳极筒和冷却系统；阴极组件包括阴极安装底座和安装在阴极安装底座上的圆筒形的阴极磁靴；磁场模拟装置安装在阴极磁靴外围；辅助供气系统位于空心阴极与阳极筒之间，向空心阴极羽流区注入与空心阴极工作温度相比温度较低的气体。本装置在小型真空系统中即可运行，试验周期短、成本低，仪器设备简化，对试验操作人员要求相对较低，能够有效测试空心阴极在离子推力器复杂放电环境中的放电性能。

技术领域

本发明属于空间电推进技术、真空电子领域，尤其涉及一种大发射电流空心阴极筛选、性能测试和寿命考核试验装置。

背景技术

空心阴极筛选测试是空心阴极产品质量控制的关键技术环节，其主要目的是暴露早期故障、剔除有缺陷的产品，同时筛选出符合离子推力器技术要求的空心阴极产品。

空心阴极性能表现与离子推力器放电环境紧密相关，在现行空心阴极筛选测试方案下筛选试验在空心阴极和平板阳极组成的简单放电环境中进行，而离子推力器联试试验时空心阴极工作在内部复杂放电环境中，筛选试验结果一致性较好的空心阴极安装在技术状态相同的离子推力器上，性能表现离散，空心阴极在简单放电环境中单独进行筛选试验得到的性能参数与离子推力器联试时的性能参数没有明显的相关性，现行空心阴极筛选试验方法获取到的试验数据无法全面反映空心阴极与离子推力器的匹配性。

以兰州空间技术物理研究所研制的30cm离子推力器为例，相同工况参数条件下，其空心阴极在简单放电环境中单独测试时的放电电压在20V±4V范围，而在离子推力器复杂放电环境中联合测试时放电电压在35V±5V范围，并且多批次空心阴极试验结果表明在两种放电环境中的放电电压高低没有明显关联性。此外，国内外已开展的空心阴极寿命考核试验表明，在由空心阴极和平板阳极组成的简单放电环境中开展空心阴极寿命考核试验，空心阴极结构溅射腐蚀形式、溅射腐蚀速率、性能演化规律、失效模式等与在离子推力器寿命考核试验或长期服役过程中的规律相差较大。

离子推力器内部是由中性气体、原初电子、二次电子、一价离子、高价离子、外加电场和磁场、带电粒子的自洽场组成的复杂放电环境，直接在离子推力器中开展空心阴极性能测试试验是最能反映空心阴极产品性能的试验方案，但是这种试验需要在大型真空系统中进行，试验周期长、成本高，对试验操作人员要求高，不能满足有一定批量的空心阴极产品筛选试验要求，需要设计一种简化的能够模拟空心阴极在离子推力器内放电环境的试验装置，该装置在小型真空系统中即可运行，试验周期短、成本低，仪器设备简化，对试验操作人员要求相对较低，能够有效测试空心阴极在离子推力器复杂放电环境中的放电性能，通过在试验装置中开展空心阴极寿命考核试验还能够有效预示空心阴极产品在离子推力器中的性能演化规律和失效模式。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大发射电流空心阴极地面试验装置，该装置在小型真空系统中即可运行，试验周期短、成本低，仪器设备简化，对试验操作人员要求相对较低，能够有效测试空心阴极在离子推力器复杂放电环境中的放电性能。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种大发射电流空心阴极地面试验装置，该装置由磁场模拟装置、阳极组件、阴极组件、辅助供气系统和供电系统组成；供电系统为装置中的用电器件提供电源；

阳极组件包括圆柱形阳极筒和冷却系统，冷却系统用于控制圆柱形阳极筒的温度；

阴极组件包括阴极安装底座和安装在阴极安装底座上的圆筒形的阴极磁靴，阴极安装底座与阴极磁靴等电位；被测空心阴极安装在阴极磁靴内部，与阴极安装底座相连；

磁场模拟装置安装在阴极磁靴外围，用于模拟离子推力器内空心阴极附近磁场环境；

辅助供气系统位于空心阴极与阳极筒之间，向空心阴极羽流区注入与空心阴极工作温度相比温度较低的气体。