空心陰極微推力器是一種通過空心陰極放電產(chǎn)生高密度的等離子體,并將其噴出產(chǎn)生相應(yīng)推力的電推力器,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、研制難度小、成本低的優(yōu)點,非常適合作為微小衛(wèi)星的電推進系統(tǒng)。概述了空心陰極微推力器的系統(tǒng)組成和工作原理,介紹了國內(nèi)外空心陰極微推力器的研究進展和發(fā)展現(xiàn)狀,分析了不同結(jié)構(gòu)的空心陰極微推力器的性能參數(shù)和特點,并對其關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢進行了初步討論。 

【文章來源】：真空與低溫. 2020,26(02)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

HCT實驗室模型

美國NASA的格倫研究中心（NASA GRC)[7]在2000年建立了空心陰極微推力器（HCMT）實驗室樣機。GRC開發(fā)的HCMT在陰極下游采用離子加速引出裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由空心陰極（放電內(nèi)部）、放電室和雙柵極離子光學(xué)組件組成，所有組件都置于等離子屏中，其中的放電室表面處于陽極電位。實驗研究方案的基本原則包括：從優(yōu)化的空心陰極中產(chǎn)生離子電流；利用靜電反射，使離子以最小損耗膨脹；利用小直徑離子光學(xué)系統(tǒng)加速離子；采用額外的陰極實現(xiàn)束流中和。與典型的離子產(chǎn)生方法相比，從空心陰極直接產(chǎn)生離子免去了對單獨放電（電離）室和相關(guān)電源以及磁場的需要。產(chǎn)生的低離子束電流（10 mA）將允許使用比傳統(tǒng)離子推力器更簡單的中和方案。確定的最終研制目標(biāo)是實現(xiàn)在50 W的輸入功率下，比沖大于1 500 s，總效率大于25%。

此外，研究人員給出了在不同束流電壓下，能夠產(chǎn)生25%的推力器效率時最大可接受的放電損失與工質(zhì)利用率的關(guān)系，如圖3所示。當(dāng)束流電壓超過2 000 V時，理論上，空心陰極的放電損失和工質(zhì)利用率能夠使HCMT達到比沖大于1 500 s，效率高于25%的性能目標(biāo)，驗證了HCMT方案的可行性。根據(jù)GRC的研究結(jié)論，采用離子引出結(jié)構(gòu)的空心陰極微推力器能夠?qū)崿F(xiàn)微牛級的推力，通過離子光學(xué)加速離子，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的比沖，且推力采用間接計算，避免了直接測量帶來的誤差和微牛級測量技術(shù)的限制。理論計算下，性能能夠達到目標(biāo)要求，而在實際的實驗操作中，由于離子光學(xué)系統(tǒng)透明度等各種原因，實現(xiàn)較高性能具有一定的難度。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3115694