[发明专利]一种微波增强辅助电离的会切场推力器

说明书

本发明提出了一种微波增强辅助电离的会切场推力器，属于电推力器领域，特别是涉及一种微波增强辅助电离的会切场推力器。解决了会切场推力器小型化过程中难以克服的工质利用率不足、效率低下、调节精度低等的问题。它包括SMA微波输入接口、阳极、供气管、谐振天线、永磁环、放电通道、微波谐振腔和磁尖端导磁环。它主要用于会切场推力器的微波增强辅助电离。

技术领域

本发明属于电推力器领域，特别是涉及一种微波增强辅助电离的会切场推力器。

背景技术

电推进系统具有比冲高、效率高、寿命长的优势，在太空任务中受到了越来越多的重视，正在逐步取代传统的化学推进。近年来，微纳卫星的兴起，以及新一代太空科学任务对小推力、低噪声、高矢量精度的推力提出了进一步的需求。但由于目前国际上主流的几种微推力器——射频离子推力器、场发射推力器、胶体推力器以及冷气推力器分别存在着复杂度高、可调范围窄、寿命不足等关键问题，有必要对新型的微推力器展开研究。

会切场推力器是国际上出现的一种新型电推进概念，其由于特殊的磁场位型，具有复杂度低、可调范围宽、噪声小、寿命长的优点。其工作原理是，会切场推力器陶瓷通道内具有会切磁场，除磁尖端外，大部分磁场为平行于壁面方向，电子主要沿磁力线做螺旋漂移运动，很难跨越磁场到达壁面。粒子在磁镜力作用下来回反弹，直至与中性粒子碰撞发生电离，产生离子在轴向电场作用下被喷出通道，并与电子中和，产生推力。但在对小型化的会切场推力器的研究发现其仍然存在两方面的不足：首先，推力器尺寸过小，致使电离空间不足，工质利用率较低；第二，推力只能通过流量和电压进行调节，调节手段较少，并且调节精度不高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种微波增强辅助电离的会切场推力器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种微波增强辅助电离的会切场推力器，它包括SMA微波输入接口、阳极、供气管、谐振天线、永磁环、放电通道、微波谐振腔和磁尖端导磁环，所述SMA微波输入接口与微波谐振腔外底面相连，呈一体化结构，所述SMA微波输入接口空腔内填充SMA接口绝缘介质，所述阳极安装在微波谐振腔内底面，所述阳极与微波谐振腔之间通过阳极绝缘套相互绝缘，所述谐振天线从SMA微波输入接口端贯穿至微波谐振腔内部并固定在微波谐振腔轴心处，所述微波谐振腔侧壁与供气管相连，供中性气体工质进入微波谐振腔，所述放电通道与微波谐振腔同轴相连，所述放电通道外壁套接三个永磁环，所述相邻永磁环之间均安装有磁尖端导磁环，所述三个永磁环的充磁方向均为轴向，所述三个永磁环的极性方向为NS-SN-NS或SN-NS-SN。

更进一步的，所述微波谐振腔外壁套接绝缘补偿环，所述绝缘补偿环与推力器底板和推力器外壳均相连，所述推力器底板和推力器外壳之间通过螺栓固定连接，所述推力器外壳内壁与永磁环和磁尖端导磁环均相连，所述推力器外壳出口处与推力器顶板通过螺栓固定相连，所述供气管贯穿推力器外壳和绝缘补偿环后与微波谐振腔侧壁相连。

更进一步的，所述SMA微波输入接口、阳极、推力器底板、谐振天线、推力器外壳和微波谐振腔均采用非导磁材料或弱导磁材料。

更进一步的，所述绝缘补偿环、放电通道、推力器顶板和阳极绝缘套均采用氮化硼陶瓷材料。

更进一步的，所述磁尖端导磁环采用电工纯铁DT4C材料。

更进一步的，所述中性气体工质为氙气或氪气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在推力器通道上游馈入微波的方式，使磁场内被捕获的电子在天线和谐振腔之间形成回旋共振，增强了放电通道上游的电离作用，在保持了会切场推力器长寿命的同时，大大提高了推力器的工质利用率和整体效率，实现推力器在低工质密度、低功率下的充分电离和加速，提高推力器的效率和比冲，提高会切场推力器性能。同时，引入了微波调节电离过程的推力器调控手段，使推力器可以通过改变输入微波的功率、频率等参数实现推力器工况的有效调节，为星上推力调节策略提供了更多选择。在推力器寿命、系统复杂度、总体性能上均较目前主流的小型电推进系统有优势。