技术领域
[0001] 本发明涉及一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，属于微纳卫星微推进领域。
相关背景技术
[0002] 近年来，随着航天技术的快速发展，微纳卫星因具有体积小、功耗低、发射周期短、重量轻、成本低、功能扩展性等特点受到了越来越多的关注，应用前景广阔。以若干颗微纳卫星编队组成一个大的“虚拟卫星”，通过微纳卫星间的协同信号处理，可完成对地观测、通信导航、目标侦察等任务。因此，微纳卫星的任务需求和飞行空间环境使其推进系统需满足以下要求：重量轻、低功耗、体积小、推力精确。传统的推进技术因推力精细度和推力输出相对粗糙，很难满足高精度的推力要求。脉冲等离子体推力器具有比冲高、结构简单紧凑、控制方便灵活、能在低功率下稳定工作等特点，可以满足微纳卫星推力需求。但是随着新型电推进技术的不断发展，传统的脉冲等离子体推力器其可靠性低、推进效率低的缺点逐渐显露。
具体实施方式
[0018] 为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
[0019] 实施例1：
[0020] 本实施例公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器，推力器结构主要由一段阳极10、一段阴极3、二段阳极7、二段阴极8、绝缘段5、触发极1、触发工质2、储能电容组11、推进剂4、包覆层9和外部壳体6组成。
[0021] 推力器整体呈同轴状结构,电极共分为两段，第一段电极主要用于将推进剂烧蚀电离过程，第二段电极主要用于等离子体加速过程。第一段电极由一段阳极10和一段阴极3组成，一段阳极10和一段阴极3均为黄铜材质的同轴圆环，其中，一段阳极10，内径为9mm,外径10mm，长度为25mm,一段阴极3，内径为3mm,外径4mm，长度为22mm。圆环形推进剂4材质为聚四氟乙烯，内径为4mm,外径9mm，长度为20mm，位于一段阳极圆环10和一段阴极圆环3之间，一段阳极圆环10位于推进剂4外侧，一段阴极圆环3位于推进剂4内侧。一段阳极10与二段阳极7间由圆环形的玻璃材质的绝缘段5隔开，绝缘段5内径为9mm,外径10mm，长度为5mm。二段阳极7为与一段阳极10同轴径的黄铜材质圆环，二段阳极7内径为9mm,外径10mm，长度为20mm。二段阴极8为黄铜材质的实心圆柱体，直径为1mm,长度为55mm，二段阴极8穿过一段阴极3内环。为隔离二段阴极8对一段电极和绝缘段5的影响，二段阴极8外部由橡胶材质的包覆层9包覆，包覆层9内径为1mm,外径2mm，长度为38mm。包覆层9由里至外依次套有触发极
1、触发工质2、一段阴极3，其中,触发极1为与阳极同轴的紫铜材质的圆环,内径为2mm,外径
2.5mm，长度为27mm，触发工质2材质为聚四氟乙烯，内径为2.5mm,外径3mm，长度为24mm。所述触发极1、触发工质2、一段阴极3共同组成点火启动装置。一段电极、二段电极和点火启动装置由各自的储能电容11提供电压，储能电容组11，两主放电电容容量为5μF,触发电路电容为3000pF。为避免尾部放电，且为便于各段电极与外部电源的连接，推力器尾部的二段阴极8、包覆层9、触发极1、触发工质2和一段阴极3呈阶梯状，其中，二段阴极8距离尾部推进剂
4表面伸出10mm,包覆层9伸出8mm,触发极1伸出6mm，触发工质2伸出4mm,一段阴极3伸出
2mm。一段阳极10、绝缘段5和二段阳极7通过一端内凸的外部壳体6固定，且实现使推力器电极与外部环境隔离的目的，外部壳体6材质为绝缘塑料，尾部内径为10mm,外径11mm，内部深为50mm，前端内径为9mm,外径11mm，内部深为2mm，外部壳体6整体长度为52mm。
[0022] 由于推力器电极分两段，且各段电极由各自的储能电容11提供电压，实现将总能量分配给不同的电容器，并在不同位置放电，从而将推进剂烧蚀电离过程和等离子体加速过程分开，使更多的能量用于等离子体加速过程，能够提高推力器整体的加速效率。
[0023] 通过触发极1烧蚀电离触发工质2产生少量等离子体，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。
[0024] 本实施例公开的一种多段式高效率脉冲等离子体推力器的工作方法为：首先，分别为一段电极、二段电极和点火启动装置提供电压的储能电容11充电，由于一段电极间在真空条件下缺少导通条件，无法自行击穿；由于触发极1击穿电压很小，先于一段电极击穿，触发极1与一段阴极3间的电流烧蚀触发工质2，烧蚀产生的中性气体在电场中电离，从而产生少量等离子体；产生的等离子体充斥于一段电极间，使一段电极间的击穿电压大幅降低以利于初始放电的触发，进而提高推力器工作的可靠性。因此，一段电极间击穿从而产生大电流，电流烧蚀推进剂产生中性气体，在高电压的作用下，烧蚀出的中性气体被电离成等离子体团；产生的等离子团脱离推进剂4表面后，在一段电极间的电场和自感磁场的作用下加速沿绝缘段5向二段电极喷出；当等离子团到达二段电极后，由于二段电极间存在高电压，等离子团在电场和自感磁场的作用下再次沿轴向加速直至被推出，产生脉冲推力。
[0025] 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
