一种同轴脉冲等离子体微推力器的研制与测试

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现代微、小卫星以其重量轻、体积小、价格低、易于控制等特点,得到了迅速发展,广泛应用于通信、遥感等领域。对于微、小卫星上的主推进,轨道控制,高精度姿态控制等任务,要求应用于微、小卫星的推进技术具有重量轻、体积小、比冲高等特点。脉冲等离子体推力器(PPT)是一种比较合适的推进器。针对应用于微小卫星的电推进技术,各国争相开展相关的研究,其中一种经由传统的平行板电极PPT改进的同轴型脉冲等离子体微推进器(以下简称同轴型微PPT)由于其尺寸小、比冲高、效率高、工作可靠等特点尤其受到关注。本文在中国科学院空间科学与应用研究中心(以下简称空间中心)开展了高性能微推进的研究,制造出一种采用工质为固体聚四氟乙烯(Teflon)的同轴型微PPT。该推进器的基本原理是通过真空中对工质的高压放电使工质电离为等离子体,等离子体在电磁场的作用下加速排出形成推力。该推进器的核心工作部件直径小于5mm,重量不到200g;由于采用了比传统的平行板电极PPT更有效率的同轴放电结构和更高的放电电压,该推进器应该比传统的平行板电极PPT具有更高的比冲和效率;并且取消了传统的平行板电极PPT的半导体点火部件,采用了点火和放电一体的自触发系统,其工作的可靠性大大提高。本文针对这种同轴型PPT进行了样机设计、研制。在不同的尺寸下进行了放电电压和放电电流的测量,研究了不同的样机尺寸和储能电容对应的放电电压和电流参数的关系。结果表明采用同轴结构的微PPT具有比传统的平行板电极PPT更加明显的优势,在微小卫星上应用具有很现实的应用意义。
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