一种会切场低推力射频离子推力器制造技术

本发明专利技术提出了一种会切场低推力射频离子推力器，属于航天器推进技术领域，特别是涉及一种会切场低推力射频离子推力器。解决了现有射频离子推力器推力下限较高的问题。它包括射频天线、工质输送通道、电离室、铁氧体、永磁铁、直流电源、射频电源和栅极装置，所述电离室为圆柱形放电腔体，所述工质输送通道与电离室相连，中性气体通过工质输送通道进入电离室，所述射频电源设置于电离室的外部，所述射频天线设置在电离室的顶部，并与铁氧体配合相连，所述射频天线的两端分别连接射频电源的两极，所述永磁铁环绕电离室布置，为多级结构且极性相对，所述栅极装置分别与直流电源的正极和负极相连。它主要用于射频离子推力器。

A low thrust RF ion thruster

【技术实现步骤摘要】
一种会切场低推力射频离子推力器
本专利技术属于航天器推进
，特别是涉及一种会切场低推力射频离子推力器。
技术介绍
目前随着各国空间引力波探测任务的开展，对于空间电推进技术的提高也逐渐变得紧迫。例如，以空间引力波探测为目的的天琴计划对微推力器的要求主要有以下几个方面：1、微小推力和宽可调范围(1-30微牛)；2、高分辨率(≤0.1微牛)；3、快速响应能力(≤50毫秒)；4、低噪声；5、长寿命(≥10000h)。由于离子推力器具有比冲高、寿命长、推力小且控制精度高的特点，因此具有作为空间引力波探测任务推力器的潜力。射频离子推力器是离子推力器的一种，最先由德国的吉森大学开展研究，之后美国的Busek公司、英国的南安普顿大学以及国内的中科院力学所等单位也在这方面开展了较多的工作，射频离子推力器无内置阴极，结构简单，易小型化，拥有传统离子推力器高比冲、羽流准直等优点，目前世界上比较成功的射频离子推力器主要有Busek公司研制BIT-3(推力范围在0.66-1.24毫牛)、BIT-1(推力范围在30-150微牛，分辨率可达0.1微牛且模拟寿命超过20000h)和中科院力学所研制的μRIT-2(推力范围在20-250微牛，分辨率0.2微牛)。对于空间引力波探测任务所需求的1微牛推力下限而言，目前的射频离子推力器推力下限较高。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的问题，提出一种会切场低推力射频离子推力器。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种会切场低推力射频离子推力器，它包括射频天线、工质输送通道、电离室、铁氧体、永磁铁、直流电源、射频电源和栅极装置，所述电离室为圆柱形放电腔体，所述工质输送通道与电离室相连，中性气体通过工质输送通道进入电离室，所述射频电源设置于电离室的外部，所述射频天线设置在电离室的顶部，并与铁氧体配合相连，所述射频天线的两端分别连接射频电源的两极，所述永磁铁环绕电离室布置，为多级结构且极性相对，所述栅极装置分别与直流电源的正极和负极相连。更进一步的，所述栅极装置包括加速栅和屏栅，所述加速栅位于屏栅的外侧，所述屏栅通过电阻与直流电源的正极相连，所述加速栅与直流电源的负极相连。更进一步的，所述加速栅和屏栅均为不锈钢材质，形状均为圆形，直径为20mm。更进一步的，所述加速栅和屏栅上均匀开设有多个直径为0.5mm的引出孔。更进一步的，所述加速栅和屏栅之间的间距为2mm。更进一步的，所述射频天线为盘香射频天线。更进一步的，所述永磁铁的级数为三级。更进一步的，所述中性气体为氙气。更进一步的，所述射频天线的频率范围为1-15MHz。更进一步的，所述电离室直径为20mm，长度为60mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术解决了现有射频离子推力器推力下限较高的问题。本专利技术利用会切磁场对等离子体约束减少损失，有效降低射频离子推力器的推力下限。放电通道壁面由多级永磁铁包围，相邻两个永磁铁极性相反，在会切磁场中，除了磁镜尖端以外的大部分区域，磁场主要是平行于壁面方向，由于电子主要沿磁力线做螺旋漂移运动，因此受到磁力线约束的电子很难横越平行磁场达到壁面。电子沿磁力线向磁尖端运动时，会在磁镜效应的作用下反弹，从而使得电子在两个磁尖端之间一直做往复螺旋运动，直至与中性原子发生碰撞，如果电子能量足够大也会使中性原子发生电离。基于会切场的特性，本专利技术可以最大限度的约束等离子体，减少由于壁面溅射导致的等离子体损失，同时提高推力器的电离率，因此可以在射频功率较小的情况下维持推力器的工作，大大降低推力器推力下限、延长寿命。多级会切永磁铁产生会切磁场约束等离子体，极大地降低了由于壁面溅射所导致的等离子体损失，使得推力器可以在等离子体密度极低的情况下推力下限下降至1微牛，同时提高了推力器的工作寿命。附图说明图1为本专利技术所述的一种会切场低推力射频离子推力器结构示意图；图2为本专利技术所述的盘香射频天线结构示意图。1-盘香射频天线，2-工质输送通道，3-电离室，4-铁氧体，5-永磁铁，6-加速栅，7-屏栅，8-直流电源，9-电阻，10-射频电源。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。参见图1-2说明本实施方式，一种会切场低推力射频离子推力器，它包括射频天线1、工质输送通道2、电离室3、铁氧体4、永磁铁5、直流电源8、射频电源10和栅极装置，所述电离室3为圆柱形放电腔体，所述工质输送通道2与电离室3相连，中性气体通过工质输送通道2进入电离室，所述射频电源10设置于电离室3的外部，所述射频天线1设置在电离室3的顶部，并与铁氧体4配合相连，所述射频天线1的两端分别连接射频电源10的两极，所述永磁铁5环绕电离室3布置，为多级结构且极性相对，所述栅极装置分别与直流电源8的正极和负极相连。本实施例工作时，中性气体通过工质输送通道2均匀送入电离室3，中性气体一般为氙气，电离室3采用圆柱形腔体，直径为20mm，长度为60mm，为等离子体产生提供密闭区域，射频天线1为盘香射频天线，射频天线1通过耦合射频电源10的能量至中性气体使之发生电离产生等离子体，采用铁氧体4增强射频天线1的平耦合系数，进而提高推力器效率。射频天线1受到电离室3腔体尺寸的限制，可适用的频率范围为1-15MHz。永磁铁5的级数为三级，多级永磁铁5在电离室3中产生会切磁场，会切磁场中，除了磁镜尖端以外的大部分区域，磁场主要为平行于壁面方向，由此等离子体主要沿着磁力线做螺旋漂移运动，很难横越平行磁场到达壁面，因此可以达到约束等离子体、减少壁面溅射的目的。栅极装置包括加速栅6和屏栅7，所述加速栅6位于屏栅7的外侧，所述屏栅7通过电阻9与直流电源8的正极相连，所述加速栅6与直流电源8的负极相连，均为不锈钢材质，形状均为圆形，直径为20mm，其上均匀开设有多个直径为0.5mm的引出孔，加速栅6和屏栅7之间的间距为2mm，二者配合产生电场用于加速等离子体向外喷射产生推力。本实施例射频离子推力器通过在哈尔滨工业大学先进动力研究所进行地面试验验证，实测推力范围在1-100微牛连续可调。可以很大程度的降低离子推力器推力下限并提高推力器寿命，整体提高推力器性能，可极好的应用于空间引力波探测等任务。以上对本专利技术所提供的一种会切场低推力射频离子推力器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本专利技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本专利技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本专利技术的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种会切场低推力射频离子推力器，其特征在于：它包括射频天线(1)、工质输送通道(2)、电离室(3)、铁氧体(4)、永磁铁(5)、直流电源(8)、射频电源(10)和栅极装置，所述电离室(3)为圆柱形放电腔体，所述工质输送通道(2)与电离室(3)相连，中性气体通过工质输送通道(2)进入电离室，所述射频电源(10)设置于电离室(3)的外部，所述射频天线(1)设置在电离室(3)的顶部，并与铁氧体(4)配合相连，所述射频天线(1)的两端分别连接射频电源(10)的两极，所述永磁铁(5)环绕电离室(3)布置，为多级结构且极性相对，所述栅极装置分别与直流电源(8)的正极和负极相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种会切场低推力射频离子推力器，其特征在于：它包括射频天线(1)、工质输送通道(2)、电离室(3)、铁氧体(4)、永磁铁(5)、直流电源(8)、射频电源(10)和栅极装置，所述电离室(3)为圆柱形放电腔体，所述工质输送通道(2)与电离室(3)相连，中性气体通过工质输送通道(2)进入电离室，所述射频电源(10)设置于电离室(3)的外部，所述射频天线(1)设置在电离室(3)的顶部，并与铁氧体(4)配合相连，所述射频天线(1)的两端分别连接射频电源(10)的两极，所述永磁铁(5)环绕电离室(3)布置，为多级结构且极性相对，所述栅极装置分别与直流电源(8)的正极和负极相连。


2.根据权利要求1所述的一种会切场低推力射频离子推力器，其特征在于：所述栅极装置包括加速栅(6)和屏栅(7)，所述加速栅(6)位于屏栅(7)的外侧，所述屏栅(7)通过电阻(9)与直流电源(8)的正极相连，所述加速栅(6)与直流电源(8)的负极相连。


3.根据权利要求2所述的一种会切场低推力射频离子推力器，其特征在于：所述加速栅(6)和屏栅(7)均为不锈钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱悉铭，孟圣峰，金泉，宁中喜，王彦飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23