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  • 1 # 吳楓楓

    霍爾推進器是基於霍爾效應(就是高中物理學過的那個霍爾效應)產生正交場放電形成等離子體,然後利用靜電場對離子加速而利用磁場約束電子運動。而磁等離子體推進器則是利用脈衝放電的方法使得推進劑電離然後利用Lorentz力對其加速。離子推進的原理是利用工質電離產生離子,在靜電場的作用下加速噴出產生推力。為了定量研究離子推進器引入了幾個重要的衡量指標,並且引入了波姆電流和有效透明度兩個重要的引數。在離子推進器之中我認為比較重要的部分是對於電離室(Discharge Chamber)內部的引數描述。

    首先引入了理想電離室模型,這種模型的主要建模特點是:能量透過不同的方式注入充滿中性氣體的電離室之內以激發和電離工質,之後離子束被加速柵極引出,而相同數目的電子到達壁面,保持電量的守恆。

    然而這種理想電離室模型之中沒有考慮離子運動以及能量輸運機制,因此引入廣義零維會切等離子體推力器模型:考慮了離子運動以及能量輸運機制。同時假定等離子體分佈是均勻的,這個假設除了在陰極羽流區不適用以外在其他的區域都有著良好的應用。

    廣義零維會切等離子體推力器模型建模過程之中採用了動理學方程以及能量平衡方程,有效的求解了電離室內部的電子約束、離子約束,以及激發態中性氣體的產生和電離室內部中性粒子、原初電子的密度等,並解決了電離室內部功率以及能量平衡的問題,同時也涉及到了放電損失以及穩定性的問題,但是這種模型在存在著空心陰極時候會失去一些準確性,同時模型之中假設的單能的原初電子能量不能準確的模擬二價離子的產生。同時不能反映離子推進器內部等離子體分佈非常不均勻的情況。

    但是零維模型的計算模擬結果仍然不能完全在誤差範圍內模擬實驗,因此為了更加準確而引入了二維計算模型,這種模型沒有像零維模型之中所展現的那樣,將電離室之中的等離子氣體描述成為各項同性完全均勻的離子體。

    在離子的引出以及加速的問題上,目前是利用柵極進行加速。要求柵極具有高的離子透明度以及低的中性氣體透明度,目前柵極結構比較主流的有雙柵極和三柵極兩種型別。為了準確的預測離子推力器的柵極加速下的離子的執行軌跡,引入了離子光學模型,透過計算離子密度以及求解泊松方程來預測。

    在離子推進器之中電子返流也是比較重要的一個研究熱點,利用建立勢阱的方法可以有效地避免電子返流。

    在離子推進器的壽命問題上,主要影響壽命的部件有離子光學系統的柵極、主陰極和中和器的陰極。加速柵極的腐蝕是離子推進器最主要的腐蝕機制,這種機制主要分為柵極孔腐蝕以及柵極下游電荷交換碰撞。

    離子推力器的發展前景在高功率(電離室模擬)、高比衝(柵極材料 柵極間距)、長壽命(腐蝕機制 羽流效應)、多模式等幾個領域,在這幾個領域之中還存在著一些沒有解決的問題,值得我們深入地去探索。

    上面基本介紹了離子推力器,對於離子推力器的主要研究方法是模擬和實驗兩種。模擬中目前常用的是PIC(Particle in cell)的方法,對於電子有的文獻也採用了流體模型利用MHD方程組(Magnetohydrodynamics)進行計算。

  • 2 # 為人排憂解難

    霍爾推力器是一種先進的電推進裝置,被廣泛應用在衛星位置保持和恣態控制領域。它的結構簡單,高比衝,高效率等優點,成為未來空間飛行器的首選推進裝置。

    霍爾推力器可使用多種推進劑。最長用的元素是氙,其它還包括鉍,鎂,鋅,氡,氬,碘等元素。

    霍爾推力器最大速度可達到每秒80公里。隨著現代長壽命衛星平臺和宇宙探測等專案的開展,在現有基礎上進一步提高比衝。比衝是單位時間內消耗單位推進劑所產生的推力。發動機的比衝越高,射程越遠,火箭獲得的總動力越大。

    中國研製的磁聚焦霍爾推力器,具有高比衝,高效率,理論壽命更長等特點。適用於中國大型衛星平臺對電推進的效能需求,中國在這方面的發展,已經走在世界前列。

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