中和器辅助的微波离子推力器点火方法

本发明涉及一种中和器辅助的微波离子推力器点火方法，属于空间电推进领域。

背景技术：

1、空间基础设施建设给各式空间电推进系统都提出了小型化系统。电子回旋共振(electron cyclotron resonance，ecr)离子推力器因为采用交流电场共振加热围绕磁感线回旋运动的电子、电离所需空间尺度小的特点，能够有效规避传统直流电推进系统在小型化后无法有效电离的问题，正在受到更多青睐。

2、然而，ecr离子推力器通常存在的点火困难问题，严重制约了它的实际应用。目前的解决方案一般是提供数倍于稳态工作的微波脉冲和工质流量脉冲，利用更稠密的本底中性原子获得更多的种子电子，来引发击穿。这会导致两个问题。一是作为代偿，微波电源和储供系统的裕度就需要很大，尺寸和重量显著增大，与小型化的目标背道而驰。二是脉冲场的随机性会导致点火可靠性降低，通常需要数次脉冲才能建立放电，这又与低轨卫星星座所需要的更高可靠性背道而驰。因此，尽管存在很多优势，ecr离子推力器目前仍然应用有限。

技术实现思路

1、针对ecr离子推力器通常存在的点火困难的问题，本发明提供一种中和器辅助的微波离子推力器点火方法。

2、本发明的一种微波离子推力器点火方法，包括：

3、s1、预热中和器，施加触持极电压，使中和器进入额定的发射电子状态；

4、s2、设置点火参数，点火参数包括推力器栅极电压、推力器流量和点火时馈入的微波源功率，利用电子反流的方式将中和器发射的电子引入推力器内部作为种子电子，推力器供给工质流量，其中，屏栅的电压与推进器需要馈入微波源功率有对应关系；

5、s3、馈入微波源功率，进行点火。

6、作为优选，点火参数中的推力器流量低于额定流量，点火时馈入的微波源功率低于额定功率。

7、作为优选，s2中，设置推力器栅极电压的方法为：

8、设置屏栅电位高于加速栅电位、加速栅电位高于中和器电位，在屏栅、加速栅、中和器之间形成极性相同的两个电场。

9、作为优选，s3中，采用连续多次馈入微波源功率，进行点火。

10、作为优选，所述s3还包括：

11、若连续n次馈入微波源功率，还没有点火成功，则提高微波源功率，转入s2；

12、n为大于2的整数。

13、作为优选，相邻两次馈入微波源功率的时间间隔为0.5s，n为5。

14、作为优选，本申请的方法还包括：

15、s4、绘制点火成功几率与点火参数的关系曲线，结合点火边界和任务要求裕度制定点火参数选取范围。

16、作为优选，点火边界为取点火成功率跌破100％的临界参数组合。

17、本发明的有益效果，本发明使用中和器进入发射电子状态，通过施加正偏压的屏栅电压和加速栅电压来引发电子反流，施加微波脉冲触发电离雪崩过程建立正常放电，完成点火；本发明无需增大微波电源功率和储供系统的尺寸，也能完成点火，本发明可以使推力器在数倍低于额定微波功率和流量的工况下实现点火，能够有效减小点火过程对栅极的腐蚀；另外，本发明可通过连续施加多次微波脉冲的方式提高点火可靠性。

技术特征：

1.微波离子推力器点火方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，点火参数中的推力器流量低于额定流量，点火时馈入的微波源功率低于额定功率。

3.根据权利要求1所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，s2中，设置推力器栅极电压的方法为：

4.根据权利要求2所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，s3中，采用连续多次馈入微波源功率，进行点火。

5.根据权利要求4所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，所述s3还包括：

6.根据权利要求5所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，相邻两次馈入微波源功率的时间间隔为0.5s，n为5。

7.根据权利要求1所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的微波离子推力器点火方法，其特征在于，所述点火边界为取点火成功率跌破100％的临界参数组合。

技术总结
中和器辅助的微波离子推力器点火方法，解决了ECR离子推力器通常存在的点火困难的问题，属于空间电推进领域。本发明包括：S1、预热中和器，施加触持极电压，使中和器进入额定的发射电子状态；S2、设置点火参数，点火参数包括推力器栅极电压、推力器流量和点火时馈入的微波源功率，利用电子反流的方式将中和器发射的电子引入推力器内部作为种子电子，推力器供给工质流量，其中，屏栅的电压与推进器需要馈入微波源功率有对应关系；S3、馈入微波源功率，进行点火。本发明使用中和器进入发射电子状态，通过施加正偏压的屏栅电压和加速栅电压来引发电子反流，施加微波脉冲触发电离雪崩过程建立正常放电，提高点火可靠性。

技术研发人员：孟天航,蓝立强,曾德迈,刘辉,宁中喜,于达仁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15