一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置的制作方法

本发明属于等离子体推进器领域，尤其是涉及一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置。

背景技术：

近年来，随着深空探测、空间科学研究和商业小卫星的不断发展，对高精度、推力大范围可调的微牛级推力器需求越来越大，对于微小卫星的主推进系统、执行各型卫星的精确轨道控制以及需要快速启动和关闭过程的姿态控制任务等，微型电子回旋共振离子推力器(简称ecr离子推力器)因其比冲高、无阴极烧蚀、可实现低流量低微波功率下产生等离子体、寿命长等特点脱颖而出。但在实际操作中发现ecr离子推力器点火困难，特别是在低流量低微波功率情况下,分析是由于“种子”电子和中性气体少，产生的等离子体密度低，使得ecr推力器点火困难。点火启动过程是推力器在轨运行的第一步，也是最关键的一步，解决ecr离子推力器点火可靠稳定性问题对空间任务至关重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置，增大了ecr离子推力器放电腔体中的电子数，使其在特定的磁场下更多地与中性气体碰撞，增大了等离子密度，从而使ecr离子推力器点火容易。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置，包括圆柱形放电腔体、磁轭、天线、放射性薄片、屏蔽环、屏栅和加速栅，所述的磁轭位于圆柱形放电腔体的底部，所述的屏栅和加速栅依次固定在圆柱形放电腔体的顶部，在磁轭内部装有内磁环和外磁环，磁轭底部有导气管伸出，气体经导气管进入磁轭内部，再由磁轭上的小孔均匀进入圆柱形放电腔体，所述的磁轭中心与波导相连接，在波导靠近屏栅的一端拧有天线，且天线伸出内磁环设置，波导的另一端与微波电源连接，微波通过波导馈入天线产生电磁波；

在所述的天线与屏栅之间的圆柱形放电腔体的内壁面上平行设置两个屏蔽环，且两个屏蔽环之间设有间隙，两个屏蔽环均与圆柱形放电腔体同轴线布置，在两个屏蔽环之间的间隙处放置放射性薄片；在所述屏栅与加速栅之间设置有绝缘层。

进一步的，所述放射性薄片为环形结构。

进一步地，所述圆柱形放电腔体的内径为20mm，外径为22mm，高度为11mm，材质为不锈钢。

进一步地，在圆柱形放电腔体的内壁面的距离天线端面的0.5mm-1mm位置处点焊一个屏蔽环，两个屏蔽环之间的间隙宽度为2mm，且每个屏蔽环的内径均为18mm，外径均为20mm，宽均为0.5mm，且材质均为铝；在两个屏蔽环的间隙处放置外径为20mm，厚度为0.1mm，宽度为2mm的放射性薄片，远离天线的屏蔽环与屏栅之间设有间隙，且此间隙宽度为1mm。

进一步地，所述磁轭与圆柱形放电腔体过盈配合。

进一步地，所述内磁环和外磁环均为永磁铁，且由钐钴制成。

进一步地，所述磁轭由软铁制成，在所述磁轭上位于双环磁铁间环向均布有12个直径为1mm的小孔。

进一步地，所述屏栅和加速栅构成离子光学系统，且屏栅和加速栅结构相同，均为直径为30mm，厚度为0.5mm，材质为不锈钢的圆盘形结构，在屏栅和加速栅上均设有直径为20mm的中心孔区，且在中心孔区内均布有若干小孔，屏栅上的中心孔区开设的若干小孔和加速栅上的中心孔区开设的若干小孔孔径不同，但一一对应设置。

进一步地，所述绝缘层为环形陶瓷垫片，厚度为0.25mm，且与屏栅和加速栅同轴布置。

进一步地，所述加速栅、绝缘层和屏栅与放电腔体之间均采用螺栓连接，且用于螺栓连接的每个螺纹孔均为陶瓷螺纹孔。

相对于现有技术，本发明所述的一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置具有以下优势：

本发明将放射性同位素技术应用于等离子体推进领域，提供一种稳定可靠的微型电子回旋共振离子推力器点火装置，利用放射性元素衰变产生电子，使放电腔体内电子增多，这些电子在特定的磁场下运动，当电子回旋频率与微波输入频率相等时，电子发生共振并被加速，更多地与中性气体碰撞，将能量耦合到等离子体中，从而使ecr离子推力器点火容易。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置的结构示意图；

图2为本发明去掉屏栅、加速栅及绝缘层后的一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置的结构示意图；

图3为放射性薄片和屏蔽环的局部放大图。

附图标记说明：

1-放电腔室，2-磁轭，3-内磁环，4-外磁环，5-天线，6-导气管，7-屏蔽环，8-放射性薄片，9-屏栅，10-加速栅，11-绝缘层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图3所示，一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置，包括圆柱形放电腔体1、磁轭2、天线5、放射性薄片8、屏蔽环7、屏栅9和加速栅10，所述的磁轭2位于圆柱形放电腔体1的底部，所述的屏栅9和加速栅10依次固定在圆柱形放电腔体1的顶部，在磁轭2内部装有内磁环3和外磁环4，以产生特定的磁场，磁轭2底部有导气管6伸出，气体经导气管6进入磁轭2内部的气体均化腔，再由磁轭2上的小孔均匀进入圆柱形放电腔体1，所述的磁轭2中心与波导相连接，在波导靠近屏栅9的一端拧有天线5，且天线5伸出内磁环3设置，波导的另一端与微波电源连接，微波通过波导馈入天线5产生电磁波；

在所述的天线5与屏栅9之间的圆柱形放电腔体1的内壁面上平行设置两个屏蔽环7，且两个屏蔽环7之间设有间隙，两个屏蔽环7均与圆柱形放电腔体1同轴线布置，在两个屏蔽环7之间的间隙处放置放射性薄片8。

在两个屏蔽环7之间放置放射性薄片8，衰变产生的电子在特定磁场下运动，当电子运动回旋频率与外加微波频率相等时发生共振被加速，并与中性气体碰撞电离。在圆柱形放电腔体1内壁面点焊两个屏蔽环7，一是为了防止放射性薄片8产生的β射线腐蚀推力器内部其他元件，二是固定放射性薄片8。

在所述屏栅9与加速栅10之间设置有绝缘层11，所述的屏栅9接正高压，所述的加速栅10接负电压，屏栅一般接正高压为：1kv-1.5kv，加速栅接负电压，一般为-300v，屏栅与加速栅之间形成的电势差，一方面引出放电腔体内部等离子体中的离子，并加速喷出产生推力；另一方面可以阻止放电腔体内的电子溢出和避免羽流中和电子进入放电室形成短路。

放射性薄片8为环形结构。圆柱形放电腔体1的内径为20mm，外径为22mm，高度为11mm，材质为不锈钢。在圆柱形放电腔体1的内壁面的距离天线5端面的0.5mm-1mm位置处点焊一个屏蔽环7，两个屏蔽环7之间的间隙宽度为2mm，且每个屏蔽环7的内径均为18mm，外径均为20mm，宽均为0.5mm，且材质均为铝；在两个屏蔽环7的间隙处放置外径为20mm，厚度为0.1mm，宽度为2mm的放射性薄片8，远离天线5的屏蔽环与屏栅9之间设有间隙，且此间隙宽度为1mm，也就是环形的放射性薄片8距离的屏栅9内端面1.5mm设置。通过设置放射性薄片8与天线5尽可能的接近，使得放射性薄片8衰变产生的电子能更多的参与特定磁场的运动，从而与中性气体碰撞电离，生成的离子高速喷出；通过设置放射性薄片8与屏栅9有一定距离，为电子电离提供缓冲的空间，使得更多电子电离完成，生成更多的离子使得离子推力器点火容易。

磁轭2与圆柱形放电腔体1过盈配合。磁环3和外磁环4均为永磁铁，且由钐钴制成。磁轭2由软铁制成，在所述磁轭2上位于双环磁铁间环向均布有12个直径为1mm的小孔。

屏栅9和加速栅10构成离子光学系统，且屏栅9和加速栅10结构相同，均为直径为30mm，厚度为0.5mm，材质为不锈钢的圆盘形结构，在屏栅9和加速栅10上均设有直径为20mm的中心孔区，且在中心孔区内均布有若干小孔，屏栅9上的中心孔区开设的若干小孔和加速栅10上的中心孔区开设的若干小孔孔径不同，具体为：屏栅9上的中心孔区开设的若干小孔的直径大于加速栅10上的中心孔区开设的若干小孔直径，且一一对应设置。

绝缘层11为环形陶瓷垫片，厚度为0.25mm，且与屏栅9和加速栅10同轴布置，绝缘层11的设置防止击穿离子光学系统，保证推力器的正常运行。

加速栅10、绝缘层11和屏栅9与圆柱形放电腔体1之间均采用螺栓连接，且用于螺栓连接的每个螺纹孔均为陶瓷螺纹孔。

本发明的工作原理：

将微波通过天线5馈入圆柱形放电腔体1，由放射性薄片8衰变产生的电子沿由内磁极3和外磁极4产生的特定磁场作回旋运动，当输入的微波频率与电子回旋频率相等时，微波与磁场中的电子发生共振，电子被加速，与中性气体碰撞电离，生成的离子在屏栅9接正高压、加速栅10接负压的电势差作用下，高速喷出。本申请提出的将放射性核素衰变应用于电推进领域，增大了ecr离子推力器放电腔体中的电子数，使其在特定的磁场下更多地与中性气体碰撞，增大了等离子密度，从而使ecr离子推力器点火容易，这为空间任务的实施提供了稳定可靠的解决方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。