基于Langmuir探針系統(tǒng)的稀薄等離子體羽流特性測量.pdf

1、隨著航天技術不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的化學推力器已經難以滿足深空探測的需要,具有比沖高、質量輕、推力小和控制精度高等優(yōu)點的電推力器逐漸受到航天大國的青睞，被廣泛應用于航天器的姿態(tài)控制、位置保持、阻力補償、軌道提升、軌道修正、軌道轉移、重新定位、離軌處理、深空探測和星際航行等任務。 但是電推力器的羽流污染比普通的化學推力器更加嚴重，其羽流污染主要包括電磁污染、熱污染、機械污染和化學污染等，這些污染將會影響航天器的正常工作和使用壽命、降低航天

2、器與空間站的對接精度，甚至出現嚴重事故，特別是羽流中高能離子產生的濺射和沉積，會使推力器和周圍設備材料的光、電、熱特性產生意象不到的改變。只有對等離子體羽流特性和機理有了清楚了解，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)，在真空艙內應用Langmuir單探針和雙探針系統(tǒng)依次測量了羽流中等離子體的伏安特性，得到了電子溫度、電子數密度等參數，并考察了

3、電子數密度、電子溫度和飽和電流隨放電能量的變化趨勢，測量范圍為：距離推力器出口截面30cm～70cm，偏離中心軸-30o～30o。 實驗表明，距離推力器出口截面30cm到100cm的區(qū)域內，電子溫度的變化不大，電子數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小；在恒定流率下，電子飽和電流、溫度和數密度隨著放電功率的增加而增加，離子飽和電流對電子數密度的影響很大，它們之間幾乎成線性變化。比較Langmuir單探針和

4、雙探針實驗結果后發(fā)現，雙探針實驗得到的伏安特性曲線對稱性好，等離子體參數曲線趨勢合理，實驗精度比單探針高，同國外相關文獻對照后發(fā)現實驗結果可靠。從實驗中得到的數據可以用來與羽流控制區(qū)的數學模型進行比較，也可作為數值模擬的邊界條件。 實驗過程中發(fā)現濺射對推力器表面的材料有明顯的沖刷和侵蝕痕跡，并伴有電磁和信號干擾。對羽流濺射的影響不能忽視，只有對濺射的影響進行正確的估計和分析，才能為今后推力器強度的設計、材料的選擇、飛行器周圍設備