[发明专利]一种用于电推力器点火试验的可替换式耐溅射真空腔体及装配方法

说明书

一种用于电推力器点火试验的可替换式耐溅射真空腔体及装配方法，包括：真空腔体、耐溅射保护板、槽钢、进出水管道。n块耐溅射保护板周向均布拼接形成横截面为n边形结构，耐溅射保护板通过槽钢固定连接真空腔体的内壁，真空腔体的内壁为弧面。槽钢朝向真空腔体的端面加工有凹槽。凹槽和真空腔体内壁封闭而成的腔体作为冷水管路；真空腔体壁面在开有通孔，进出水管道的一端通过真空腔体壁面的通孔连通冷水流道，进出水管道的另一端连接外部冷水循环系统。本发明提供了一种可替换式耐溅射散热装置，具有结构简单、制造成本低、可靠性风险低、维护简单等多方面优点。

技术领域

本发明涉及一种用于电推力器点火试验的可替换式耐溅射真空腔体及装配方法，属于真空试验技术领域。

背景技术

为了提高人造航天器推进系统的比冲，从而降低航天器的重量、提高航天器的寿命，人们提出了电推进的概念。电推进是航天器利用电能转化为推进剂的动能的推进技术。与化学推进技术相比，电推进不受推进剂化学能的限制，主要靠电能给推进剂提供能量，摆脱了化学能的限制，因此通过增加向单位质量的推进剂提供的能量，有可能产生比化学推进大的多的排气速度或比冲。因此电推进系统可节省推进剂，提高航天器的有效载荷。电推进系统的排气速度可以达到几十千米每秒。电推进的高比冲使得航天器对推进剂的需求量大大减少，在同样工作寿命条件下能增加卫星的有效载荷，或在由效载荷不变的条件下，可以提高航天器寿命。

目前，发展最为成熟的电推力器有离子推力器和霍尔推力器两种，这两种电推力器通常采用氙作为推进剂，通过将电能转化为氙离子的动能，使得航天器获得与氙离子运动方向相反的动量。

电推力器的地面点火试验必须在无油大型高真空腔体内进行。无油大型高真空系统，一般采用低温泵作为主抽泵。

电推力器排出的高能氙离子以极高的速度轰击真空腔体内表面，由于真空腔体通常为钢或不锈钢材料，铁元素在高能氙离子的轰击下，会出现严重的溅射和沉积过程，被溅射出的金属原子会大量沉积在真空腔体内所有物体的表面，如果沉积到电推力器上，会导致产品绝缘失效等严重后果。而且，电推力器排出的高能氙离子轰击真空腔体内壁的过程，实际上就是将电能转化为热能的过程，会导致真空腔体壁温度升高，长时间点火甚至可能会严重影响真空系统主泵——低温泵的正常工作。

目前比较常见的真空系统内部温度控制技术为热沉系统。传统热沉系统包括制冷机、制冷剂循环管路、真空腔体内热沉等组成。应用于电推力器点火试验的热沉系统的制冷剂循环管路通常用设计成“鸟笼”状，由大量不锈钢管焊接而成，内侧敷设钛板作为耐溅射层，避免高能氙离子直接轰击真空腔体不锈钢内表面。传统热沉最初并不是为电推力器点火试验所设计，其本来目的是进行高低温热真空试验，其具有变温范围宽、结构复杂、生产及维护成本高等特点，但是其较宽的变温范围对于电推力器地面点火试验来说并没有太大意义，因为电推力器地面点火试验所需的散热功率只需大于等于电推力器自身的电功率即可，没必要达到零下几十度的极低温度，因此电推力器点火试验真空腔体内采用传统热沉方案实际上是一种极大的浪费。为了避免不必要的浪费，需要针对电推力器地面点火试验的特殊性，重新设计散热结构，以达到大幅节省成本、提高性价比、降低制造难度、缩短生产周期、降低维护成本等目的。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种用于电推力器点火试验的可替换式耐溅射真空腔体及装配方法，解决了传统“鸟笼”式热沉系统结构复杂、生产成本高、生产时间长等问题。

本发明的技术方案是：

一种用于电推力器点火试验的可替换式耐溅射真空腔体，包括：真空腔体、耐溅射保护板、槽钢、进出水管道；

n块耐溅射保护板周向均布拼接形成横截面为n边形结构，所述耐溅射保护板通过槽钢固定连接所述真空腔体的内壁，所述真空腔体的内壁为弧面；n为正整数；

所述槽钢朝向所述真空腔体的端面加工有凹槽，所述凹槽和所述真空腔体内壁封闭而成的腔体作为冷水流道；