基于Langmuir探針系統(tǒng)的稀薄等離子體羽流特性測(cè)量.pdf

1、隨著航天技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的化學(xué)推力器已經(jīng)難以滿足深空探測(cè)的需要,具有比沖高、質(zhì)量輕、推力小和控制精度高等優(yōu)點(diǎn)的電推力器逐漸受到航天大國(guó)的青睞，被廣泛應(yīng)用于航天器的姿態(tài)控制、位置保持、阻力補(bǔ)償、軌道提升、軌道修正、軌道轉(zhuǎn)移、重新定位、離軌處理、深空探測(cè)和星際航行等任務(wù)。 但是電推力器的羽流污染比普通的化學(xué)推力器更加嚴(yán)重，其羽流污染主要包括電磁污染、熱污染、機(jī)械污染和化學(xué)污染等，這些污染將會(huì)影響航天器的正常工作和使用壽命、降低航天

2、器與空間站的對(duì)接精度，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故，特別是羽流中高能離子產(chǎn)生的濺射和沉積，會(huì)使推力器和周圍設(shè)備材料的光、電、熱特性產(chǎn)生意象不到的改變。只有對(duì)等離子體羽流特性和機(jī)理有了清楚了解，才能抑制和避免等離子體羽流污染，提高電磁推力器性能。 為了獲得Hall推力器羽流等離子體的特性，建立Langmuir探針系統(tǒng)，在真空艙內(nèi)應(yīng)用Langmuir單探針和雙探針系統(tǒng)依次測(cè)量了羽流中等離子體的伏安特性，得到了電子溫度、電子數(shù)密度等參數(shù)，并考察了

3、電子數(shù)密度、電子溫度和飽和電流隨放電能量的變化趨勢(shì)，測(cè)量范圍為：距離推力器出口截面30cm～70cm，偏離中心軸-30o～30o。 實(shí)驗(yàn)表明，距離推力器出口截面30cm到100cm的區(qū)域內(nèi)，電子溫度的變化不大，電子數(shù)密度隨著偏離中心線的角度和距離推力器出口截面距離的增大而減??；在恒定流率下，電子飽和電流、溫度和數(shù)密度隨著放電功率的增加而增加，離子飽和電流對(duì)電子數(shù)密度的影響很大，它們之間幾乎成線性變化。比較Langmuir單探針和

4、雙探針實(shí)驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，雙探針實(shí)驗(yàn)得到的伏安特性曲線對(duì)稱性好，等離子體參數(shù)曲線趨勢(shì)合理，實(shí)驗(yàn)精度比單探針高，同國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)照后發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。從實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)可以用來與羽流控制區(qū)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較，也可作為數(shù)值模擬的邊界條件。 實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)濺射對(duì)推力器表面的材料有明顯的沖刷和侵蝕痕跡，并伴有電磁和信號(hào)干擾。對(duì)羽流濺射的影響不能忽視，只有對(duì)濺射的影響進(jìn)行正確的估計(jì)和分析，才能為今后推力器強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、材料的選擇、飛行器周圍設(shè)備