[发明专利]百瓦级航天电推进空心阴极结构

说明书

百瓦级航天电推进空心阴极结构，属于霍尔推力器领域，本发明提供一种低功耗、低重量、小尺寸要求的百瓦级小霍尔推力器制造工艺。本发明包括阴极管、发射体、石墨环、钨顶、加热丝、隔热屏和触持极；阴极管内并列设置发射体和钨顶，阴极管内设置内凸台对发射体进行轴向定位，通过发射体与阴极管之间设置的石墨环对发射体进行径向定位；阴极管外壁缠绕加热丝，加热丝与触持极之间设置隔热屏。

技术领域

本发明属于霍尔推力器领域，涉及空心阴极的制造工艺。

背景技术

近年来商业航天发展迅速，急需大量的百瓦级低功率霍尔电推进作为动力系统，用于完成小卫星或微小卫星的入轨、编队、离轨等任务。空心阴极是霍尔电推进的关键核心部件，其主要作用包括：(1)为使霍尔推力器成功启动，空心阴极需要作为电子源，提供足够多的种子电子；(2)在霍尔推力器运行过程中，喷射出的羽流包含大量离子，为降低其对推力器造成的伤害，空心阴极需要作为中和器产生电子，中和羽流；(3)作为负极，与推力器之间形成加速电场。因此，工作性能良好的低功耗空心阴极是霍尔推力器正常运行必不可少的元器件。

长寿命、高可靠是空心阴极航天应用的首要需求，必须保证整个寿命期间空心阴极的放电稳定性、抗力学性能、抗热交变形能以及电绝缘特性，阴极航天级空心阴极通常采用耐高温难熔金属作为结构材料，并采用真空钎焊或者真空电子束焊进行连接，形成结构紧凑、强度高、质量轻的飞行产品，但钎焊和电子束焊组装工艺复杂、生产周期长，导致空心阴极产品生产成本较高。而百瓦级小霍尔推力器同时还提出了低功耗、低重量、小尺寸等特殊要求，导致空心阴极在原有结构和工艺条件下必须缩减尺寸，使加工、焊接等成本继续增加，难以满足商业航天对低成本、批量化和快速装配的需求。

发明内容

本发明目的是为了提供一种低功耗、低重量、小尺寸要求的百瓦级小霍尔推力器制造工艺。

本发明所述百瓦级航天电推进空心阴极结构包括阴极管1、发射体2、石墨环3、钨顶4、加热丝5、隔热屏6和触持极7；

阴极管1内并列设置发射体2和钨顶4，阴极管1内设置内凸台1-1对发射体2进行轴向定位，通过发射体2与阴极管1之间设置的石墨环3对发射体2进行径向定位；

阴极管1外壁缠绕加热丝5，加热丝5与触持极7之间设置隔热屏6。

优选地，阴极管1内设置的内凸台1-1位于靠近阴极管1上游端的内部，发射体2上游端卡在内凸台1-1处，发射体2下游端与钨顶4上游端面紧贴，钨顶4下游端通过点焊与阴极管1下游端固连。

优选地，阴极管1内设置的内凸台1-1位于阴极管1下游端出口处，钨顶4的下游端卡在内凸台1-1处，钨顶4的上游端紧贴发射体2下游端面，发射体2上游端通过弹簧8进行支撑。

优选地，内凸台1-1的形状为直角、锥形或圆弧形。

优选地，当内凸台1-1为圆弧形时，内凸台1-1和钨顶4的下游端之间通过点焊固定。

优选地，隔热屏6的层数由3～4层钽箔层和钽箔支架构成，多层钽箔层的一端分别通过点焊连接至钽箔支架上，多层钽箔层的另一端通过点焊钨丝将各层分隔开。

优选地，还包括隔台，隔台位于相邻两层钽箔层之间，且位于与钽箔支架连接端。

优选地，钽箔支架具有一个或多个分层环，所述分层环位于相邻两层钽箔层之间。

优选地，加热丝5的一端在阴极管1下游端直接焊接或通过钽管9焊接，加热丝5中段制成螺旋状，与阴极管1外壁呈悬空未接触状态，加热丝5的另一端通过陶瓷管将加热丝导出到引出电极上。