用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路制造技术

本发明专利技术提供了一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，采用多级放电方式为推力器提供放电能量，实现了对推力器工作过程中激光点火、电离击穿和放电加速的分别控制，可依据实际需求对三部分进行能量分配，增强了推力器的控制能力，有效提高了推力器的能量效率。

Multistage discharge circuit for magnetically excited plasma thruster with laser support

The invention provides a multistage discharge circuit for magnetic plasma thruster laser supported by multistage discharge, discharge energy to provide thruster, can separately control of thruster during laser ignition, ionization and discharge acceleration, according to the actual needs of the energy distribution of the three part, enhance the ability to control thruster, effectively improve the energy efficiency of the thruster.

【技术实现步骤摘要】
用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路
本专利技术属于电推进领域，涉及磁等离子体推力器，具体涉及一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路。
技术介绍
磁等离子体推力器是一种电磁加速式电推进系统，以其比冲高、效率高、推力大等特点在大型航天器轨道提升、行星际航行和深空探测等方面具有显著优势。依据工作模式不同，可分为稳态磁等离子体推力器和准稳态磁等离子体推力器，其中准稳态磁等离子体推力器具有效率更高、寿命更长的特点。准稳态磁等离子体推力器中的放电电路,具有提供准稳态放电能量的作用。CN201610273464.9中公开了一种激光支持的磁等离子体推力器，此装置采用激光烧蚀固体材料作为推力器的工质。解决了传统磁等离子体推力器供气系统复杂、动态响应慢、阴极烧蚀严重和大电流振荡等问题，为航天器提供了一种动态响应快、工质利用率高、能量转化效率高的激光支持的磁等离子体推力器。该激光支持的磁等离子体推力器采用固体工质，其工作过程为：在推力器两电极间施加高压电场，当激光烧蚀固体工质时，烧蚀产物被两电极间高压电场电离产生部分等离子体，激光在两电极间形成击穿放电产生电离和加速等离子体。现有的放电电路为一级放电，其中仅有一个充电电源，为一组电容充电，达到可击穿电压(大于2000V)时击穿和放电同时发生，形成强电弧。将该放大电路用于该推力器时，在击穿放电方时会产生强电弧，从而产生大量热量，烧蚀固体工质，形成严重的滞后烧蚀，造成工质和能量的浪费。而且强电弧会烧蚀电极材料，降低推力器的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，该专利技术解决了现有放电电路用于该磁等离子体推力器时，在放电过程中工质存在严重的滞后烧蚀的技术问题。本专利技术提供一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，磁等离子体推力器包括阳极、阴极、隔离段和用于接受激光入射的工质，隔离段的两相对侧分别设置阳极和阴极，工质横向穿透设置于隔离段中间；包括串联于阴极和阳极上的脉冲击穿电路、串联于阴极和阳极上的准稳态放电电路和与一端与阳极相连接另一端接地的保护电路，脉冲击穿电路包括高压充电电源、与高压充电电源并联的小容量电容和线路电感，高压充电电源与小容量电容并联后正极与线路电感的一端相连接，负极与阴极相连接；线路电感的另一端与阳极相连接；准稳态放电电路包括大功率充电电源、多个充电单元和二极管，阳极、二极管、充电单元依序串联；多个充电单元并联后与大功率充电电源并联；充电单元包括依序串联的整流电感、整流电阻和大容量电容；保护电路包括功耗电阻和继电器，功耗电阻一端与阳极相连接，另一端与继电器相连接；继电器的另一端接地。进一步地，小容量电容为μF量级，充电电压高于2000V。。进一步地，准稳态放电电路中的电容容量和整流电感值按下式计算得到其中，电容量Cq，整流电感Lq，特征放电时间τq，电容数量n，电容初始电压Vini，等离子体电阻Rp，放电电流Iq，回路电感Lq。进一步地，脉冲击穿电路与准稳态放电电路通过二极管并联连接。进一步地，继电器的限定电流大于阳极电压与功耗电阻的比值。本专利技术的优点在于：1.本专利技术提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，通过两个电路将点火、击穿、放电过程分开，两个电路通过二极管并联，使其中脉冲击穿电路的高压不能向准稳态放电电路传输。以激光方式点火，通过对推力器工作过程中激光点火、脉冲击穿和准稳态放电的分别控制，从而依据实际需求对三部分进行能量分配，增强了推力器的控制能力，有效提高了推力器的能量效率。2.本专利技术提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，可依据推力器放电需求通过公式(5)计算获得准稳态放电电路中的电容量和电感值，方便调节推力器放电特性。脉冲击穿电路中的小容量电容两端电势高，容易在推力器两极板之间形成击穿放电，增加了推力器放电的成功率。3.本专利技术提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，其中的准稳态放电电路中的大容量电容两端电势低，降低了对于电容器和大功率充电电源的要求，从而降低了整个装置的制造成本。增加了保护电路，提高了整个装置的用电安全性。结构简单、安装方便、稳定性高，能量效率高。具体请参考根据本专利技术的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述和其他方面显而易见。附图说明图1是本专利技术提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路示意图；图2是本专利技术中脉冲击穿放电原理示意图；图3是本专利技术优选实施例脉冲击穿放电原理下脉冲击穿放电电压—电流随时间变化曲线示意图；图4是本专利技术中准稳态放电原理示意图；图5是本专利技术优选实施例准稳态放电原理下的脉冲击穿放电电压—电流随时间变化曲线示意图。图例说明：1、磁等离子体推力器；11、阳极；12、阴极；13、隔离段；14、工质；2、脉冲击穿电路；21、高压充电电源；22、小容量电容；23、线路电感；3、准稳态放电电路；31、大功率充电电源；32、大容量电容；33、整流电阻；34、整流电感；35、二极管；4、保护电路；41、功耗电阻；42、继电器。具体实施方式构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。本专利技术提供的放电电路，仅能用于CN201610273464.9中公开的激光支持磁等离子体推力器。参见图1，本专利技术提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，包括：脉冲击穿电路2、准稳态放电电路3和保护电路4。所用磁等离子体推力器1包括阳极11、阴极12、隔离段13和工质14。阳极11和阴极12分别设置于隔离段13的两相对侧。工质14设置于隔离段13的中间。激光束正对工质14入射。脉冲击穿电路2串联于阴极11和阳极12上。脉冲击穿电路2包括高压充电电源21、与高压充电电源21并联的小容量电容22和与高压充电电源21串联的23。高压充电电源21为小容量电容22充电。高压充电电源21与小容量电容22并联后的正极与线路电感23的一端串联。线路电感23的另一端与阳极11连接。高压充电电源21与小容量电容22并联后的负极与阴极12连接。从而通过脉冲击穿电路2在推力器1的阳极11和阴极12之间形成高压电场。当激光点火时在阳极11和阴极12之间形成击穿放电，建立等离子体通道，进而诱导准稳态放电电路3工作。准稳态放电电路3，包括大功率充电电源31、至少一个充电单元和二极管35，阳极11、二极管35和充电单元依序串联；多个充电单元之间并联后与大功率充电电源31并联。充电单元包括依序串联的整流电感34、整流电阻33和大容量电容32。多个充电单元之间并联。第一个充电单元的整流电感34与二极管35串联。大功率充电电源31用于对大容量电容32充电。同时阴极12与大地连接。；大功率充电电源31的另一端与阴极12串联；准稳态放电电路3用于为推力器1提供放电能量，在推力器1的阳极12和阴极11之间形成大电流放电，为工质提供强电磁加速作用。二极管35能阻止脉冲击穿电路2的高电势流向准稳态放电电路3，避免高电势造成大容量电容32充电超过限定电压。保护电路4包括依序连接的功耗电阻41和继电器42，功耗电阻41一端与阳极11相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，所述磁等离子体推力器包括阳极、阴极、隔离段和用于接受所述激光入射的工质，所述隔离段的两相对侧分别设置所述阳极和所述阴极，所述工质横向穿透设置于所述隔离段中间；其特征在于，包括串联于所述阴极和所述阳极上的脉冲击穿电路、串联于所述阴极和所述阳极上的准稳态放电电路和与一端与所述阳极相连接另一端接地的保护电路，所述脉冲击穿电路包括高压充电电源、与高压充电电源并联的小容量电容和线路电感，所述高压充电电源与所述小容量电容并联后正极与所述线路电感的一端相连接，负极与所述阴极相连接；所述线路电感的另一端与所述阳极相连接；所述准稳态放电电路包括大功率充电电源、多个充电单元和二极管，所述阳极、所述二极管、所述充电单元依序串联；多个所述充电单元并联后与所述大功率充电电源并联；所述充电单元包括依序串联的整流电感、整流电阻和大容量电容；所述保护电路包括功耗电阻和继电器，所述功耗电阻一端与所述阳极相连接，另一端与所述继电器相连接；所述继电器的另一端接地。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，所述磁等离子体推力器包括阳极、阴极、隔离段和用于接受所述激光入射的工质，所述隔离段的两相对侧分别设置所述阳极和所述阴极，所述工质横向穿透设置于所述隔离段中间；其特征在于，包括串联于所述阴极和所述阳极上的脉冲击穿电路、串联于所述阴极和所述阳极上的准稳态放电电路和与一端与所述阳极相连接另一端接地的保护电路，所述脉冲击穿电路包括高压充电电源、与高压充电电源并联的小容量电容和线路电感，所述高压充电电源与所述小容量电容并联后正极与所述线路电感的一端相连接，负极与所述阴极相连接；所述线路电感的另一端与所述阳极相连接；所述准稳态放电电路包括大功率充电电源、多个充电单元和二极管，所述阳极、所述二极管、所述充电单元依序串联；多个所述充电单元并联后与所述大功率充电电源并联；所述充电单元包括依序串联的整流电感、整流电阻和大容量电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，吴建军，何振，程玉强，黄强，李健，何兆福，欧阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43