[发明专利]一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置

说明书

本发明提出了一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置，属于等离子体推进领域，特别是涉及一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置。解决了现有的微牛级推力器无法满足在空间引力波探测、空间重力场探测等重大任务中的推力大范围可调、高精度推力控制等需求的问题。它包括放电腔体、屏栅和加速栅，所述屏栅和加速栅固定在放电腔体的开口端，所述放电腔体内部同轴固定设置有石英护板，所述放电腔体包括环形壁板和底板，所述底板固定设置在环形壁板的一端，所述底板上靠近石英护板的一端面设置有多个盘香形天线，盘香形天线在底板上形成周期性拓扑结构阵列，所述环形壁板的侧壁设置有多级环形永磁铁。它主要用于等离子体的推进。

技术领域

本发明属于等离子体推进领域，特别是涉及一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置。

背景技术

随着空间科学的发展，新一代太空任务对超稳超静平台的需求与日俱增，如引力波探测任务、重力场测量任务等，其姿轨控制系统需要高精度、低噪声、推力大范围连续可调、推力精度达到0.1微牛的推进装置。近年来开展的LISA、“太极计划”、“天琴计划”和“阿里实验计划”正是目前这一领域最为重要的科学计划。但在现有的微牛级推力器备选方案中，推力器高精度控制、推力范围连续可调和长寿命在轨工作等都存在优化：如考夫曼型离子推力器存在电极侵蚀、射频离子推力器受加热机制限制不能在极低气压下稳定工作、电子回旋共振离子推力器推力大范围可调存在困难。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种涡旋共振多级会切场的微牛级离子推进装置，它包括放电腔体、多级环形永磁极、屏栅和加速栅，所述屏栅和加速栅固定在放电腔体的开口端，且屏栅位于加速栅和放电腔体之间，所述放电腔体包括环形壁板和底板，所述放电腔体内部同轴固定设置有石英护板，所述底板固定设置在环形壁板的一端，所述底板上开设有多个第一通孔和第二通孔，所述底板上靠近石英护板的一端面设置有多个盘香形天线，所述第一通孔和第二通孔的数量与盘香形天线的数量均相同，每个盘香形天线上位于中心位置的一端通过对应的第一通孔引出高压极并与射频电源的输出级连接，每个盘香形天线上位于外围的一端通过对应的第二通孔引出接地极并与射频电源的输出级连接，盘香形天线在底板上形成周期性拓扑结构阵列，所述环形壁板的侧壁设置有多级环形永磁铁，多级环形永磁铁之间相同极性的端面对接。

更进一步的，所述多级环形永磁铁的内径为22mm，外径26mm，材料为钐钴，级数大于等于两级。

更进一步的，所述屏栅和加速栅之间同轴设置有绝缘层，所述绝缘层为环形陶瓷垫片，厚度为0.5mm。

更进一步的，所述屏栅和加速栅的材料均为钼，所述屏栅上开设有若干个第三通孔，所述加速栅上开设有若干个第四通孔，所述第三通孔和第四通孔位置对应。

更进一步的，所述屏栅接正千伏高压，所述加速栅接负百伏的低电压。

更进一步的，所述石英护板与屏栅之间的环形壁板上开设有进气孔，所述进气孔的直径为1.5mm，所述石英护板与屏栅之间距离为12mm。

更进一步的，所述盘香形天线微加工刻蚀的方式与底板固接，所述放电腔体呈圆筒形结构，内径为20mm，材质为金属材料，所述底板的外壁与环形壁板的内壁为过盈配合。

更进一步的，所述盘香形天线的外圈直径为2.96mm，所述盘香形天线均布在底板上，且最外层的盘香形天线呈六边形分布。

更进一步的，所述加速栅、绝缘层、屏栅和放电腔体之间采用螺栓连接，且用于螺栓连接的每个螺纹孔均为陶瓷螺纹孔。

更进一步的，所述放电腔体的开口端固定设置有定位环，所述屏栅、绝缘层和加速栅与放电腔体之间均通过定位环固定连接。