螺旋波等離子體推力器地面實驗原理樣機設計.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)密度可以達到1018-1020每立方米的量級。在半導體工業(yè)中，應用螺旋波等離子體對材料進行沉積和刻蝕處理。同樣，螺旋波等離子體也用于廢棄物治理系統(tǒng)中，用來分解復雜污染物。在空間推進領域，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)散磁場中存在的無電流雙層效應，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電極，高密度，

2、高比沖（比沖可以達到4000s）的推力器，正逐漸得到各航天強國的重視。
　　作為螺旋波等離子體推力器研究及應用的重要環(huán)節(jié)——地面實驗原理樣機的設計至關重要。作者從現(xiàn)有文獻入手，分析總結了國外的先進技術，自行設計了一套螺旋波等離子體推力器地面試驗系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)作者對比了化學推進和電推進各自的優(yōu)缺點，介紹了一種新型電推進系統(tǒng)——螺旋波等離子體推力器。HPT的無電極結構可以使其具有更長的使用壽命。作者總結了各

3、研究機構的研究方向，指導作者接下來的工作。
　　(2)作者對螺旋波等離子體的基本理論進行了分析，介紹了螺旋波等離子體源的幾項關鍵技術（包括射頻天線、放電室等）。對螺旋波等離子體形成過程開展機理分析，提出了幾種與螺旋波等離子體源相結合的加速方案，為之后的數(shù)值仿真做準備。
　　(3)作者使用PIC方法，對不同長度的放電區(qū)進行模擬，得出了電勢和電子數(shù)密度的變化曲線，從而印證了雙層效應的存在。數(shù)值仿真的結果對于原理樣機天線的設計具有

4、重要的指導作用。
　　(4)作者根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，設計了射頻饋入機構，磁場系統(tǒng)，RF天線等部件，以上述各部件為基礎搭建螺旋波等離子體推力器地面實驗原理樣機。通過初步實驗結果對磁場系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，并添加法拉第電磁屏蔽套筒裝置。優(yōu)化后的實驗方案獲得業(yè)內(nèi)多位專家的認可。
　　(5)最后，作者總結了實驗過程中出現(xiàn)的問題，對原理樣機設計提出幾點改進方案:①設計探針系統(tǒng)用于等離子體參數(shù)的診斷;②設計出一種新的磁場系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供更