一種空間電推力器羽流中和器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬航天領(lǐng)域，具體的，涉及一種空間電推力器羽流中和器，適用于霍爾、離子、微波和場發(fā)射等電推力器的羽流中和。
【背景技術(shù)】
[0002]電推進(jìn)具有很高的噴氣速度，相對化學(xué)推進(jìn)具有比沖高的顯著特點，可廣泛應(yīng)用于航天器軌道轉(zhuǎn)移、軌道維持、姿態(tài)控制、無拖曳控制、深空探測主推進(jìn)等任務(wù)，顯著節(jié)省推進(jìn)劑、增加航天器壽命或減小運(yùn)載需求。隨著空間推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，電推進(jìn)從上世紀(jì)九十年代開始商業(yè)應(yīng)用，成功應(yīng)用于上百個航天器，美、歐、俄、日等航天大國已將電推進(jìn)作為空間力量競爭、深空探測和商業(yè)應(yīng)用的標(biāo)志性因素，他們視電推進(jìn)技術(shù)為未來航天器的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域包括航天器的姿態(tài)控制、阻力補(bǔ)償、位置保持、軌道轉(zhuǎn)移及戰(zhàn)時軌道機(jī)動與重新定位等。霍爾、離子、微波等離子體和場發(fā)射等電推力器是目前空間應(yīng)用較廣、研究較多的幾種推力器。它們的工作原理類似，都是先將推進(jìn)劑電離為離子，然后通過高壓電場加速離子使其高速噴出產(chǎn)生反作用力，加速產(chǎn)生的離子需要外部提供電子流中和，使推力器噴出的羽流為電中性，避免航天器帶電。
[0003]載人空間站等大型航天器在中低軌道環(huán)境中受冷稠等離子體和二次電子等因素的誘發(fā)，大型高壓光伏太陽陣的使用，會引起航天器表面嚴(yán)重的不等量充電。電推進(jìn)中和器可以作為一個低能等離子體源，在航天器表面與空間等離子體之間建立一個低阻抗的等離子體橋，形成一個電荷泄放通道，控制航天器相對于空間環(huán)境的電位，確保空間站運(yùn)行和航天員的出艙活動的安全。
[0004]傳統(tǒng)真空電子技術(shù)領(lǐng)域電子源的工作原理與電推力器中和器相似，都必需在真空環(huán)境下工作，通過外部電源加熱發(fā)射體達(dá)到工作溫度發(fā)射熱電子，依靠外部高電壓形成的電場引出電子。但是，真空電子源中壽命上萬小時產(chǎn)品的發(fā)射電流一般為微安或毫安級，需要工作在真空度優(yōu)于I X 10-4Pa的超高真空環(huán)境，發(fā)射電流達(dá)到幾安培或幾十安培的產(chǎn)品需要數(shù)千伏高壓和數(shù)千瓦的持續(xù)供電，發(fā)射的電子電流等效電位較高?？臻g電推進(jìn)領(lǐng)域的推力器工作時必需通入一定流量的推進(jìn)劑介質(zhì)，地面試驗環(huán)境真空度一般為5X10—3Pa左右，推力器的局部真空度達(dá)到幾百到上千帕，推進(jìn)劑對發(fā)射體材料有一定的污染，因此真空電子技術(shù)領(lǐng)域的電子源不適合空間電推進(jìn)系統(tǒng)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種空間電推力器羽流中和器，采用一種新型結(jié)構(gòu)，通過熱電子電離氣體放電的方式產(chǎn)生大量的電子，持續(xù)發(fā)射的電子電流密度高，氣體放電穩(wěn)定后可自加熱維持放電，節(jié)省系統(tǒng)功耗;等效電位低，推力器有效加速電壓較高，推力器的比沖高;可用于霍爾、離子、微波和場發(fā)射等電推力器的羽流中和，完成衛(wèi)星等航天器的軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制和阻力補(bǔ)償?shù)瓤臻g推進(jìn)任務(wù);還可以用于空間站等大型低軌航天器，作為等離子體接觸器控制表面電位，保證航天器安全。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供一種空間電推力器羽流中和器，中和器包括點火極、頂孔板、加熱器、熱屏蔽筒、發(fā)射體和支撐管，發(fā)射體安裝在支撐管的內(nèi)部，頂孔板擋在發(fā)射體外并與支撐管固定連接，加熱器安裝在支撐管外部與發(fā)射體相對應(yīng)的位置，加熱區(qū)包覆整個發(fā)射體，加熱器外包裹有絕緣陶瓷層;熱屏蔽筒罩設(shè)在加熱器外部，并與加熱器及其絕緣陶瓷層之間設(shè)有間隙，減少熱傳導(dǎo)，提高防輻射效率，點火極安裝在頂孔板的下游，并與頂孔板的小孔之間設(shè)有間隙，點火極的中心孔與頂孔板的小孔同軸。
[0007]其中，所述的中和器為氣體放電型電子源，工作環(huán)境真空度優(yōu)于5X10—3Pa。
[0008]其中，所述發(fā)射體采用低逸出功函的電子發(fā)射材料。
[0009 ]其中，所述發(fā)射體為氧化物發(fā)射體、鋇鎢發(fā)射體或硼化鑭發(fā)射體中的一種。
[0010]其中，所述的熱屏蔽筒采用耐高溫材料制備，比如鉬、鉭、鈮、鈦。
[0011]其中，所述加熱器采用耐高溫材料，比如鎢、鉭。
[0012]其中，點火極為開放式或封閉式，必需與其它部分絕緣，同時與頂孔板2保持適當(dāng)距離，點火極上可施加正電壓形成局部強(qiáng)電場，利于電子引出。
[0013]本發(fā)明中氣體工質(zhì)必需采用與霍爾或離子推力器主放電室相同的推進(jìn)劑為工質(zhì)，嚴(yán)格控制水、氧等對發(fā)射體材料有害成份含量，優(yōu)選氙和氪等高純度惰性氣體，發(fā)射體工作溫度維持方式，必需是氣體電離后，離子受電場吸引向發(fā)射體運(yùn)動的能量轉(zhuǎn)換作為主要能量來源，如果無法保持放電后持續(xù)溫度工作，可以保留一定比例的加熱功率作為能量補(bǔ)充，一般維持放電的加熱功率為點火過程加熱功率的1?30 %。
[0014]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0015]可以用于空間霍爾、離子、微波和場發(fā)射等電推力器的羽流中和，避免對航天器產(chǎn)生有害影響，提高系統(tǒng)效率和可靠性，完成航天器的軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制和阻力補(bǔ)償?shù)瓤臻g推進(jìn)任務(wù)，節(jié)省推進(jìn)劑，提高我國衛(wèi)星的在軌工作時間。本發(fā)明的中和器還可以作為等離子體接觸器，用于空間站等大型航天器在空間運(yùn)行的表面電位主動控制，防止航天器表面局部電荷積累造成靜電放電，保證航天器對接、宇航員出艙等活動的安全。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例一種空間電推力器羽流中和器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實施例一種空間電推力器羽流中和器一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實施例一種空間電推力器羽流中和器的工作原理圖。
[0019]圖中，1:點火極;2:頂孔板，3:加熱器；:4:熱屏蔽筒;5:發(fā)射體;6:支撐管;η:中性離子;i+:離子;e_:電子；
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，中和器包括點火極1、頂孔板2、加熱器3、熱屏蔽筒4、發(fā)射體5和支撐管6，發(fā)射體5安裝在支撐管6的內(nèi)部，頂孔板2擋在發(fā)射體5外并與支撐管6固定連接，加熱器3安裝在支撐管6外部與發(fā)射體5相對應(yīng)的位置，加熱區(qū)包覆整個發(fā)射體5，加熱器3外包裹有絕緣陶瓷層;熱屏蔽筒4罩設(shè)在加熱器3外部，并與加熱器3及其絕緣陶瓷層之間設(shè)有間隙，減少熱傳導(dǎo)，提高防輻射效率，點火極I安裝在頂孔板2的下游，并與頂孔板2的小孔之間設(shè)有間隙，點火極I的中心孔與頂孔板的小孔同軸，中和器的發(fā)射極材料采用鋇鎢發(fā)射體，支撐管和熱屏蔽筒采用鎢，頂孔板采用鎢，加熱器采用鎢絲，加熱器陶瓷采用電泳氧化鋁陶瓷，點火極采用不銹鋼材料、圓筒封閉式結(jié)構(gòu)，點火極與頂孔板的距離為3_。
[0023]中和器測試采用三極管方式工作，工作原理圖見圖3，工作環(huán)境真空度不低于5X
10一 3Pa。當(dāng)氙氣工質(zhì)流量為0.15?0.411^/8，加熱功率40?701，點火電壓為50?300￥時，加熱4?7分鐘中和器放電，發(fā)射電子電流達(dá)到2?3A時實現(xiàn)自加熱穩(wěn)定工作(加熱器功率可以完全關(guān)閉)，可以滿足功率660W的霍爾推力器或離子推力器