[发明专利]一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器

说明书

一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器，属于航天微电推进领域，本发明为解决传统针尖式场发声发射推力器通过调节流量改变推力存在响应速度慢的问题。本发明方案：高压电极组设置在上部外壳、下部外壳交界处，k个发射极的根部均穿过高压电极组并浸入至对应的推进剂储罐中，每个推进剂储罐设置一个流量控制器；k个发射极分为m组阵列，高压电极组由m个高压电极板堆叠而成，每相邻两层高压极板之间均设置一层高压绝缘板以实现绝缘；同一阵列中的发射极统一由一块高压电极板实现外部供电，不同阵列中的发射极由不同的高压电极板实现外部供电；通过对m个高压电极板的电压等级的独立调节来实现推力的大范围连续输出。

技术领域

本发明属于航天微电推进领域，涉及一种在不调节流量的情况下就可以实现推力大范围连续可调且可以快速响应的场发射推力器。

背景技术

场发射推力器是一种可以产生高分辨率、低噪声的微牛级电推力器，可以应用于引力波探测等对推力要求极高的科研任务。其主要包括吸极、发射极、工质储罐和一些支撑结构。工质一般采用具有低蒸气压的流体，通过发射极中微米级别的细孔产生的毛细作用将工质引导到针尖，发射极的电位较高，一般高达1000V以上，吸极为低电位，二者距离在1mm-5mm，由此可以产生极大的电场，针尖的工质在此场强作用下被电离、加速，然后从吸极孔离开推力器产生推力。场发射推力器可以精确的补偿航天器平台微牛级别的残余干扰力，为高精度空间科研任务如引力波探测提供支撑，实现无拖曳控制。

结合图11对传统场发射推力器的基本原理进行说明，工质被发射极的毛细作用引导向针尖，发射极与高压电极提供的高电位连接，吸极是低电位，在未通电状态下针尖上的工质不会被加速产生推力，由于其低蒸气压在真空环境下被蒸发的工质有限，因此可以在针尖维持工质的通流状态，而不是将流量供应切断。当接通电源后，吸极与发射极之间建立起强电场，工质被电离然后沿着吸极孔被加速出推力器，产生推力。

传统的针尖式场发射推力器有单针尖、多针尖形式，图11给出了多针尖形式，且多个针尖由一个高压电极统一供电，由一个储罐统一供气，多针尖形式除了与单针尖的针尖数量不同之外，其他原理基本是一致的，如果要改变推力，可以通过改变电压和工质流量来增加推力。在高精度的科研任务中，不仅要求推力具备高的分辨率和低噪声，也会对其推力的响应速度提出高要求。传统的针尖式场发射器调节推力只有两个方法：提高电压和改变流量。由于电压本身已是1000V量级，可以调节的倍率在5倍左右。通过流量控制器进行的流量调节也可以达到10倍左右，由此产生的推力调节倍数小于50倍。但是，调节流量时会由于工质本身的粘度、较小的运动速度引入长的时间延迟，响应速度较慢。

发明内容

本发明目的是为了解决传统针尖式场发声发射推力器通过调节流量改变推力存在响应速度慢的问题，提供了一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器。

本发明所述一种推力大范围连续可调的微牛级快速响应场发射推力器包括上部外壳2、下部外壳5、吸极1和k个发射极11，其特征在于，还包括高压电极组、k个推进剂储罐6和k个流量控制器7，k为正整数；

高压电极组设置在上部外壳2、下部外壳5交界处，k个发射极11的针尖与吸极1之间存在放电间隙，k个发射极11的根部均穿过高压电极组并浸入至对应的推进剂储罐6中，每个推进剂储罐6设置一个流量控制器7；

k个发射极11分为m组阵列，高压电极组由m个高压电极板堆叠而成，m为正整数，且m＝2～k，每相邻两层高压极板之间均设置一层高压绝缘板8以实现绝缘；

同一阵列中的发射极11统一由一块高压电极板实现外部供电，不同阵列中的发射极由不同的高压电极板实现外部供电；

通过对m个高压电极板的电压等级的独立调节来实现推力的大范围连续输出。

优选地，m组阵列所包含的发射极11的数量相同或不相同。