中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (5): 24-.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0080

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微脉冲等离子体推力器放电过程和性能初探

 王尚民, 田立成, 张家良, 张天平, 冯玮玮, 陈新伟, 高军   

  1. 1.兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，兰州730000
    2.大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室，大连116024
  • 收稿日期:2017-05-04 修回日期:2017-08-09 出版日期:2017-10-25 发布日期:2017-09-12

Elementarystudyonthedischargeprocessandperformanceofmicropulsedplasmathruster

 WANG  Shang-Min, TIAN  Li-Cheng, ZHANG  Jia-Liang, ZHANG  Tian-Ping, FENG  Wei-Wei, CHEN  Xin-Wei, GAO  Jun   

  1. 1.ScienceandTechnologyonVacuumTechnologyandPhysicsLaboratory,LanzhouinstituteofPhysics,Lanzhou730000,China
    2.KeyLaboratoryofMaterialsModificationbyLaser,IonandElectronBeamsofMinistryofEducation，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China
  • Received:2017-05-04 Revised:2017-08-09 Published:2017-10-25 Online:2017-09-12

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摘要： 针对平板烧蚀型微脉冲等离子体推力器（μPPT），开展了放电过程研究和性能表征。根据放电过程的电学测量和等离子体区域的发光行为分析，研究了μPPT的基本放电特点和放电形态演变。从空间分布看，μPPT放电空间可分为3个区域（阴极区、弧柱区和阳极区），随着放电间隙的减少，阳极区逐渐消失。从时间分布看，μPPT放电是由多个幅度不同的脉冲放电构成，放电回路和放电间隙的阻抗分布决定放电脉冲的数量，一定条件下可以发生单脉冲放电。根据μPPT等离子体区的电流片模型，估算了μPPT元冲量和推力等基本性能参数。结果表明，放电间隙和烧蚀量对μPPT性能参数有重要的影响，相同脉冲放电能量时，放电间隙越大，元冲量越大，烧蚀量也越大，导致比冲越小。放电时空形态是影响μPPT的元冲量和比冲的关键因素，因此，开展放电回路和放电间隙的阻抗优化研究是提高μPPT性能的有效途径。

关键词: 微脉冲等离子体推力器, 电学特性, 光学特性, 性能预估, 微电推进

Abstract: Thedischargeprocess〖JP+2〗andperformancecharacterizationofaplanarablationmicropulsedplasmathruster(〖WT〗μ〖WTF2〗PPT) 〖HJ5.5p〗 wereinvestigated.Basedontheelectricalmeasurementsofthedischargeprocessandopticalbehavioroftheplasmaregion,thebasicdischargecharacteristicsandtheevolutionofthedischargepatternofμPPTwerestudied.Fromthespatialpattern,μPPTdischargegapcanbedividedintothreeregions(cathoderegion,arccolumnregionandanoderegion);withthedischargegapdecreasing,theanodeareagraduallydisappears.Fromthetemporalbehavior,μPPTiscomposedofseveralpulsedischargeswithdifferentamplitude.Thenumberofdischargepulsesisdeterminedbytheimpedancedetailofthedischargecircuitanddischargegap.Singlepulsedischargecanoccurundersuitableconditions.BasedonthecurrentsheetmodeloftheμPPTplasmaregion,thebasicperformanceparameterssuchasimpulsebitandspecificimpulseofμPPTwereestimated.TheresultsshowthatthedischargegapandablationvolumehaveanimportanteffectontheμPPTperformanceparameters.Withsamedischargeenergypulse,thelargerthegapis,thelargertheimpulsebitis,leadingtolargerablationamountandsmallerspecificimpulse.DischargetimespacemorphologyisthekeyfactorthataffectstheimpulsebitandspecificimpulseofμPPT.Therefore,itisaneffectivewaytoimprovetheμPPTperformancebystudyingtheoptimizationofdischargecircuitanddischargegapimpedance.

Key words: micropulsedplasmathruster, electricalcharacteristics, opticalproperties, performanceprediction, microelectricpropulsion