【技术实现步骤摘要】
一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法
本专利技术涉及一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法，属于航天等离子体推进领域。
技术介绍
离子推力器和霍尔推力器作为主流的等离子体推进装置在空间推进领域得到了广泛的应用。随着国家加大在空间科学研究领域的投入、商业航天的蓬勃发展以及新一代卫星平台开发的飞速推进，对等离子体推进系统提出了可变推力可变比冲的多模式需求，引力波探测、地球重力场测量等空间科学任务更是对推进系统提出了推力大范围连续可调的需求，给推力器在变工况条件下的性能提出了挑战。对于一个几何参数确定的离子推力器栅极系统而言，只有当等离子体密度和引出电压满足一定的关系时，栅极系统的引出聚焦效果才能得到保障；否则会导致栅极系统工作在欠聚焦或过聚焦状态，引出离子被栅极系统大量截获，严重影响栅极系统寿命和推力器效率。在给空间推进任务带来隐患的同时，削弱电推进系统相对于其他系统所具有的高比冲带来的优势。当前航天等离子体推进领域对推力器变工况时栅极系统聚焦状态的控制尚属空白。...
【技术保护点】
1.一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一、利用光学实时在线监测方法，通过在栅极离子推力器放电腔内靠近栅极的加速引出区布置光学探头，实时监测栅极离子推力器引出加速区的离子密度n
【技术特征摘要】
1.一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、利用光学实时在线监测方法，通过在栅极离子推力器放电腔内靠近栅极的加速引出区布置光学探头，实时监测栅极离子推力器引出加速区的离子密度ni；
步骤二、推力调节指标分配方案，通过联立求解离子密度ni与引出电压Ut的控制方程组，获得能够同时满足推力指标和栅极聚焦状态最优化的离子密度ni*和引出电压Ut*，
其中，离子密度与引出电压的控制方程组由聚焦状态控制方程和推力调节控制方程组成，
推力调节控制方程为：
Ttar＝1.2566×10-19·ni·Ut·ds2，(N)
其中，Kopt为最佳引出状态对应的归一化导流系数，Lg表示栅极间距，ds表示屏栅孔径；Ttar表示推力调节目标，由卫星控制系统给出；
步骤三、将ni*作为离子密度目标参数，以供气流量mg和电离功率P作为控制量，并以光学监测获得的离子密度ni′作为反馈量，实现对离子密度ni的闭环控制；
步骤四、利用实时获取的加速引出区离子密度ni′，结合最佳聚焦状态对应的归一化导流系数Kopt确定引出电压调节量，给出引出电压调控指令实现对聚焦状态的实时优化控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法，其特征在于，所述栅极离子推力器为以氙气作为工质的电子回旋共振推力器或射频离子推力器。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚焦状态实时优化的方法，其特征在于，在步骤一中，光学实时在线监测方法获得离子密度的具体方法为：
利用所布置的两个光学探头分别监测波长为828.011nm和788.739nm的氙原子谱线的谱线强度I1，I2，
计算谱线比R：
计算离子密度ni：
4.根据权利要求3所述的一种基于光学监测的栅极离子推力器栅极聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱悉铭，王彦飞，孟圣峰，宁中喜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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