專利名稱：鎵離子場發(fā)射微推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種場發(fā)射離子的微推進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
近年來，地球重力場及空間引力波探測等空間任務(wù)中，對衛(wèi)星的微推進(jìn)系統(tǒng)提出更高的要求微沖量、微推力。同時對其功率、體積、和重量提出苛刻的限制。而場發(fā)射電推進(jìn)器是目前眾多電推進(jìn)器最具優(yōu)勢和代表性的方案。國外相關(guān)研究機構(gòu)及公司雖然研究較早，但其場發(fā)射電推進(jìn)器的設(shè)計都是基于金屬銫和銦的推進(jìn)劑，相關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性低，具體設(shè)計等過程未給出詳細(xì)報道。 國內(nèi)而言，未見將場發(fā)射原理應(yīng)用于狹縫式推進(jìn)器設(shè)計的文獻(xiàn)報道，未見將金屬鎵用于電推進(jìn)器的應(yīng)用報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供ー種使用液態(tài)金屬鎵作為推進(jìn)劑的鎵離子發(fā)射推進(jìn)器，能夠提供能產(chǎn)生毫牛至微牛級推力。本發(fā)明提供的一種鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器包括發(fā)射部，具有毛細(xì)通道和毛細(xì)尖端；屏蔽部，位于發(fā)射部周圍，用于屏蔽所述加速部發(fā)射的電子流；加速部，位于所述發(fā)射部的前端，并與所述毛細(xì)尖端相鄰，所述加速部的與所述毛細(xì)尖端相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵ロ，在所述毛細(xì)尖端和加速部之間施加有預(yù)定電壓的電場；存儲部，與所述毛細(xì)通道相連通，用于存儲金屬鎵；金屬鎵通過毛細(xì)作用，由所述存儲部經(jīng)由所述毛細(xì)通道流到所述毛細(xì)尖端，在施加的所述電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。優(yōu)選地，所述加速部為大致I毫米厚的金屬板，所述柵ロ開設(shè)在金屬板的中間，所述柵ロ斷面處倒角形成尖端，并且所述柵ロ表面形成為光潔面。優(yōu)選地，所述發(fā)射部包括対稱的兩塊板狀金屬塊構(gòu)成，在兩塊金屬塊之間經(jīng)鍍膜構(gòu)成微流結(jié)構(gòu)層，從而形成所述毛細(xì)通道，在所述金屬塊上開設(shè)有導(dǎo)通所述毛細(xì)通道和存儲部的通孔。優(yōu)選地，所述板狀金屬塊的材料為高溫合金。優(yōu)選地，所述毛細(xì)通道高度為大致I μ m，寬度為2 20毫米，深度為10 15毫米。優(yōu)選地，所述存儲部的材料為鑰合金。本發(fā)明通過將良好浸潤性的鏡面金屬材料對稱配合，中間墊以微米級鍍膜結(jié)構(gòu)層，構(gòu)成推進(jìn)劑的毛細(xì)通道，在毛細(xì)通道尖端及加速部間施加高壓電場，直接電離液態(tài)金屬鎵產(chǎn)生推力。本發(fā)明中可以根據(jù)需要改變通道寬度而調(diào)節(jié)推進(jìn)器最大推力，通過改變電勢差調(diào)節(jié)推力大小。此外，本發(fā)明還具有如下優(yōu)點I)選取金屬鎵作為推進(jìn)劑，熔點低降低額外功消耗；2)處理工藝使得推進(jìn)劑良好浸潤，推進(jìn)劑自動供給；3)結(jié)構(gòu)極大地簡化，沒有運動機構(gòu)。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的截面示意圖。
具體實施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明包括發(fā)射部I、加速部2、存儲部3和殼體4。發(fā)射部I、加速部2和存儲部3通過絕緣體5安裝在殼體4內(nèi)。發(fā)射部I具有毛細(xì)通道11和毛細(xì)尖端12 ;加速部2位于發(fā)射部I的前端，并與毛細(xì)尖端12相鄰，加速部2的與毛細(xì)尖端12相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵ロ 21，在毛細(xì)尖端12和加速部2之間施加有預(yù)定電壓的電場。存儲部3的材料為鑰合金材料做成的具有腔體33的金屬盒31，用于存儲金屬鎵，金屬盒上開設(shè)有與毛細(xì)通道11相連通的通道32。金屬鎵通過毛細(xì)作用，由存儲部3經(jīng)由通道32、毛細(xì)通道11流到毛細(xì)尖端12，在施加的預(yù)定的電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。在本發(fā)明實施例中，加速部2為大致I毫米厚的金屬板，柵ロ 21開設(shè)在金屬板21的中間，柵ロ 21斷面處倒角形成尖端，并且柵ロ表面形成為光潔面。在本發(fā)明實施例中，發(fā)射部I包括対稱的兩塊板狀金屬塊13、14構(gòu)成，在兩塊金屬塊13、14之間夾持有鍍膜層15，從而形成毛細(xì)通道11，在金屬塊13、14上開設(shè)有導(dǎo)通毛細(xì)通道11和存儲部2的通孔16。板狀金屬塊13、14的材料為高溫合金，這樣使得尖端具有良好的壽命。毛細(xì)通道11高度為大約I μ m,寬度為2 20毫米，深度為10 15毫米。在本發(fā)明實施例中，毛細(xì)通道約為Iym,通道寬8mm,深14_。另外，在發(fā)射部I的周圍還形成有屏蔽部7，該屏蔽部7采用高溫金屬材料制成，用于屏蔽加速部2發(fā)射的電子流轟擊發(fā)射部I而造成發(fā)射部I升溫?zé)龤?。在存儲?的外圍還設(shè)置有加熱器6，加熱器6用于加熱除去發(fā)射部I內(nèi)表面氧化污染物等，利于毛細(xì)通道11的初次浸潤，以及使推進(jìn)劑金屬熔化，但是不需要為液態(tài)金屬保溫而工作，因為金屬鎵具有過冷趨勢，即使低于熔化溫度也不會凝固。在本發(fā)明實施例中，加熱器6為電阻加熱器、高溫陶瓷加熱器或者聚酰亞胺薄膜加熱器。本發(fā)明通過將良好浸潤性的鏡面金屬材料對稱配合，中間墊以微米級厚度的金屬鍍膜層，構(gòu)成推進(jìn)劑的毛細(xì)通道11，在毛細(xì)通道11尖端及加速部間施加高壓電場，直接電離液態(tài)金屬鎵產(chǎn)生。本發(fā)明中可以根據(jù)需要改變通道寬度而調(diào)節(jié)推進(jìn)器最大推力，通過改變電勢差調(diào)節(jié)推力大小，推進(jìn)器推力范圍在O. I μ N 1000 μ N。
權(quán)利要求
1.一種鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，包括 發(fā)射部，具有毛細(xì)通道和毛細(xì)尖端； 加速部，位于所述發(fā)射部的前端，并與所述毛細(xì)尖端相鄰，所述加速部的與所述毛細(xì)尖端相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵口，在所述毛細(xì)尖端和加速部之間施加有預(yù)定電壓的電場； 屏蔽部，位于發(fā)射部周圍，用于屏蔽所述加速部發(fā)射的電子流； 存儲部，與所述毛細(xì)通道相連通，用于存儲金屬鎵，與所述發(fā)射部之間具有預(yù)定的間距； 金屬鎵通過毛細(xì)作用，由所述存儲部經(jīng)由所述毛細(xì)通道流到所述毛細(xì)尖端，在施加的所述電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。
2.如權(quán)利要求I所述的鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，所述加速部為大致I毫米厚的金屬板，所述柵口開設(shè)在金屬板的中間，所述柵口斷面處倒角形成尖端，并且所述柵口表面形成為光潔面。
3.如權(quán)利要求I所述的鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，所述發(fā)射部包括對稱的兩塊板狀金屬塊構(gòu)成，在兩塊金屬塊之間經(jīng)鍍膜構(gòu)成微流結(jié)構(gòu)層，從而形成所述毛細(xì)通道，在所述金屬塊上開設(shè)有導(dǎo)通所述毛細(xì)通道和存儲部的通孔。
4.如權(quán)利要求3所述的鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，所述板狀金屬塊的材料為向 fjnL 口 W. o
5.如權(quán)利要求4所述的鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，所述毛細(xì)通道高度為大致I U m，寬度為2 20毫米，深度為10 15毫米。
6.如權(quán)利要求I所述的鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，其特征在于，所述存儲部的材料為鑰合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎵離子場發(fā)射推進(jìn)器，包括發(fā)射部，具有毛細(xì)通道和毛細(xì)尖端；屏蔽部，位于發(fā)射部周圍，用于屏蔽及保護(hù)發(fā)射部；加速部，位于所述發(fā)射部的前端，并與所述毛細(xì)尖端相鄰，所述加速部的與所述毛細(xì)尖端相對應(yīng)的位置開設(shè)有加速條狀柵口，在所述毛細(xì)尖端和加速部之間施加有預(yù)定電壓的電場；存儲部，與所述毛細(xì)通道相連通，用于存儲金屬鎵，與所述發(fā)射部之間具有預(yù)定的間距；金屬鎵通過毛細(xì)作用，由所述存儲部經(jīng)由所述毛細(xì)通道流到所述毛細(xì)尖端，在施加的所述電場的作用下產(chǎn)生離子羽流，從而獲得推力。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)選取金屬鎵作為推進(jìn)劑，熔點低降低額外功消耗；2)處理工藝使得推進(jìn)劑良好浸潤，推進(jìn)劑自動供給；3)結(jié)構(gòu)極大地簡化，沒有運動機構(gòu)。
文檔編號F03H99/00GK102678501SQ201210164419
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者康琦, 段俐, 胡良, 高輝 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所