螺旋波等離子體推力器地面實(shí)驗(yàn)原理樣機(jī)設(shè)計(jì).pdf

1、螺旋波等離子體是一種高密度，高離子化率的低溫等離子體，其數(shù)密度可以達(dá)到1018-1020每立方米的量級(jí)。在半導(dǎo)體工業(yè)中，應(yīng)用螺旋波等離子體對(duì)材料進(jìn)行沉積和刻蝕處理。同樣，螺旋波等離子體也用于廢棄物治理系統(tǒng)中，用來(lái)分解復(fù)雜污染物。在空間推進(jìn)領(lǐng)域，螺旋波等離子體推力器(HPT)是一種新型的電磁式推力器，其基于螺旋波等離子體在發(fā)散磁場(chǎng)中存在的無(wú)電流雙層效應(yīng)，加速離子形成高速離子束噴流，從而產(chǎn)生推力。螺旋波等離子體推力器作為一種無(wú)電極，高密度，

2、高比沖（比沖可以達(dá)到4000s）的推力器，正逐漸得到各航天強(qiáng)國(guó)的重視。
　　作為螺旋波等離子體推力器研究及應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)——地面實(shí)驗(yàn)原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。作者從現(xiàn)有文獻(xiàn)入手，分析總結(jié)了國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，自行設(shè)計(jì)了一套螺旋波等離子體推力器地面試驗(yàn)系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)作者對(duì)比了化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了一種新型電推進(jìn)系統(tǒng)——螺旋波等離子體推力器。HPT的無(wú)電極結(jié)構(gòu)可以使其具有更長(zhǎng)的使用壽命。作者總結(jié)了各

3、研究機(jī)構(gòu)的研究方向，指導(dǎo)作者接下來(lái)的工作。
　　(2)作者對(duì)螺旋波等離子體的基本理論進(jìn)行了分析，介紹了螺旋波等離子體源的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)（包括射頻天線、放電室等）。對(duì)螺旋波等離子體形成過(guò)程開展機(jī)理分析，提出了幾種與螺旋波等離子體源相結(jié)合的加速方案，為之后的數(shù)值仿真做準(zhǔn)備。
　　(3)作者使用PIC方法，對(duì)不同長(zhǎng)度的放電區(qū)進(jìn)行模擬，得出了電勢(shì)和電子數(shù)密度的變化曲線，從而印證了雙層效應(yīng)的存在。數(shù)值仿真的結(jié)果對(duì)于原理樣機(jī)天線的設(shè)計(jì)具有

4、重要的指導(dǎo)作用。
　　(4)作者根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)了射頻饋入機(jī)構(gòu)，磁場(chǎng)系統(tǒng)，RF天線等部件，以上述各部件為基礎(chǔ)搭建螺旋波等離子體推力器地面實(shí)驗(yàn)原理樣機(jī)。通過(guò)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)磁場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并添加法拉第電磁屏蔽套筒裝置。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)方案獲得業(yè)內(nèi)多位專家的認(rèn)可。
　　(5)最后，作者總結(jié)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)原理樣機(jī)設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)改進(jìn)方案:①設(shè)計(jì)探針系統(tǒng)用于等離子體參數(shù)的診斷;②設(shè)計(jì)出一種新的磁場(chǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供更