霍尔推力器羽流离子能量实验研究

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1、第36卷第3期2010年6月火箭推进JOURNAl．OFROCKETPROPULqlONV01．36．№．3Jun．2010霍尔推力器羽流离子能量实验研究张乾鹏，康小录，余水淋(上海空间推进研究所，上海200233)摘要：霍尔推力器羽流中的离子能量分布情况对于评估推力器羽流影响，优化推力器在航天器上的布局具有重要意义。本文使用阻滞势分析器对霍尔推力器羽流的离子能量分布进行了实验研究，获得了推力器在不同工况下羽流场中关注位置的离子能量分布状况。实验结果表明：霍尔推力器羽流离子主要由电荷交换碰撞产生的低能量离子和高能量源离子组成；高能量源离子的分布在推力器轴线达到最大值，低能量离子的分布随着与

2、推力器轴线夹角的减小呈先增后减态势；随着霍尔推力器放电电压的提高，羽流源离子能量分布会相应向高能量方向偏移。关键词：霍尔推力器；羽流；离子能量；RPA中图分类号：V439文献标识码：A文章编号：(2010)03—0010-06Expenmental1nvestlgatlonso士ionenergydistribution一·’●●，'●'一一’一。th,plasmaexhaustplumeofhallintheplasmaexhaustplumeotahallt。hrusterZhangQianpeng，KangXiaolu，YuShuilin(ShanghaiInstituteofSpa

3、cePropulsion，Shanghai200233，China)Abstract．Theionenergydistributionintheplasmaexhaustplumeofahallthrusterisimpor-tanttoevaluatetheinfluenceofthehallthrusterplumeandoptimizethethrusterpositiononthespacecraft．Retardingpotentialanalyzer(RPA)hadbeenusedtomeasuretheionenergydistribu-tionatacertainlocat

4、iondownstreamofthelow-powerhallthrusteratvariousstatus．Theseexperi-mentalresultsindicatethatthehallthrusterplumeiscomprisedofbothlowenergychargeexchange(CEX)andhighenergySO[1iCeions．Thehighenergyionsdistributionismostlyatthecenterlineofthethruster，thelowenergyiondistributionfirstlyincreasesandthen

5、decreasesalongwiththede-creaseofanglebetweentheanalyzerandaxesofthruster．Whenincreasingthrusterdischargevolt-age，theionenergydistributionwillmovetothedirectionofhighenergy．Keywords：hallthruster；plume；ionenergy；RPA收稿日期：2010-02—01；修回日期：2010-03—19。作者简介：张乾鹏(1985--)，男，硕士，研究领域为空间电推进技术。第36卷第3期张乾鹏．等：霍尔推力器

6、羽流离子能量实验研究110引言霍尔推力器羽流一般由电子、高能离子、电荷交换产生的低能离子以及中性原子组成。羽流对航天器的影响是多方面的111，其中羽流对推力器自身结构及对航天器部件的溅射腐蚀是电推进和航天器总体设计师共同关注的焦点之一，如：高能量的离子与航天器表面碰撞使其产生溅射和侵蚀，溅射的物质会对航天器上的太阳帆板等敏感表面产生污染，进而使其性能下降或失效，同时高能离子直接与敏感表面碰撞，使敏感表面被破坏而性能降级或失效，从而造成航天器无法完成预定任务。为了有效评估霍尔推力器羽流对航天器的影响，优化推力器在航天器上的布局，有必要在霍尔推力器研制过程对推力器羽流的离子能量分布进行实验测量

7、，获得推力器羽流离子能量的分布数据。本文使用阻滞势分析器(retardingpotentialanalyzer，RPA)对亚千瓦级霍尔推力器羽流的离子能量分布进行了实验测量，获得了推力器羽流的离子能量分布规律和信息，为霍尔推力器的工程应用积累基础数据。1阻滞势分析器(RPA)RPA是用来测量等离子体中离子电流密度和离子能量的常用诊断工具，其基本原理是通过阻滞势的设置达到筛选离子的目的。绝缘陶瓷垫片图l阻滞势分析器典型结构