摘要：微阴极电弧推力器具有体积小、重量轻、功耗低、比冲高等优点,是微纳卫星空间推进的理想选择。为了研究其关键特性以及基本性能,设计了一套环形微阴极电弧推力器样机,包括推力器本体和功率处理单元。高速摄影对推力器点火的观测验证了磁场存在时阴极斑点的旋转,并获得了阴极斑点旋转速度与磁场强度的关系。通过飞行时间法、打靶法分别对离子速度、元冲量进行了测量,测量结果表明:推力器出口离子的轴向平均速度在15~30km/s,没有磁场时,元冲量为0.132μN·s,磁场强度为0.0457T时,达到0.262μN·s,推力器平均推力大小在μN量级。通过研究得到:微阴极电弧推力器烧蚀均匀,性能易于调节,适用于微纳卫星。

摘要：微阴极电弧推力器是一种利用真空条件下放电电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的高速等离子体,并在外加磁场作用下喷出以产生推力的微型电推力器。微阴极电弧推力器磁场设计是推力器设计中的重要工作之一,将影响推力器工作稳定性和工作性能。分别采用多匝通电螺线管计算公式、二维和三维数值仿真完成磁路设计,磁感应强度随线圈电流和线圈匝数增加而变大;当线圈电流15A、线圈匝数为600匝时,放电通道中心线磁感应强度最大值超过0.3T;采用特斯拉计测量磁感应强度,仿真结果与测量结果吻合较好。最后采用时间飞行法(TOF)测得等离子体速度随磁场增强而增加。

摘要：相对于大型卫星,微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器(μ-CAT)是一种适用于微纳卫星的推进装置,具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理,对推力器结构进行了设计,并利用高真空电推进实验平台,完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验,测试了推力器放电时的伏安特性曲线,分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下,采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况,实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。

摘要：为提高微阴极电弧推力器(μCAT)的总冲,本文提出了一种圆柱形推力器结构设计,增加了推进剂的填充空间。由于结构发生了较大的变化,本文对新型μCAT在不同工作点下的性能进行了研究。在实验工作中采用扭摆测力台架测量实际推力,采用了数字滤波的方法消除了推力器点火对测力台架传感器信号的干扰。本研究使用了新研制的大功率可调电源,测试了电源功率、放电频率、外加磁场强度对推力的影响,探究了铜、钨、钼阴极的特性。当输入功率较小时,铜是理想的阴极材料,且该条件下,对于这三种金属,推力与放电频率均呈负相关性。可通过外加磁场增加圆柱形μCAT的推力,但是采用钼阴极时,过高的磁感应强度会造成推力下降。

摘要：介绍一种适用于微纳卫星的新型微电推进方式——微阴极电弧推力器,其利用真空条件下放电电弧烧蚀阴极材料产生较高电离度的高速等离子体喷出产生推力,并利用外加磁场聚焦等离子体以减小羽流扩散角、提高比冲。总结了国外相关机构大量的研究工作,并实现了在轨验证。北京控制工程研究所及其研究团队已攻克了阴极工质均匀烧蚀、低电压放电击穿、磁场设计等关键技术,完成原理样机点火验证工作,并采用实验手段研究磁场对推力器影响;采用PIC/MCC方法开展数值仿真,获得推力器内部及羽流区相关参数分布,对其工作过程及工作机理开展研究,为工程应用奠定了基础。

摘要：微阴极电弧推力器(μCAT)具有体积小、重量轻、功耗低、比冲高等优点,使其逐渐在越来越多的微纳卫星推进系统中被采用。目前,寿命是制约μCAT走向工程化应用的关键因素,而μCAT放电特性决定着其工作寿命及可靠性,因此对其放电特性开展研究,对于μCAT的设计具有重要意义。本文搭建了能够自动采集放电数据和记录点火次数的μCAT寿命试验系统。对其放电特性数据进行了分析,发现基于击穿电压和峰值电流的寿命变化规律可以分为起始段、稳定段、失效段等三个阶段,并建立了相应的数学模型,提出了当峰值电流下降到初始峰值电流的80%时μCAT失效的判据。

摘要：为了给微纳卫星在轨动作提供合适的推力,研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(CA-μCAT),采用同轴布置的棒状阳极和圆筒形阴极,利用真空环境下电弧放电产生的高温烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场耦合作用下高速喷出推力器产生推力。文章分别对该推力器的放电特性、推进剂烧蚀速率、等离子体离子电流、元冲量等多个参数进行了测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,电离率在4%～7%;无外加磁场下,元冲量和比冲分别为0.485μN·s和195.6 s;在磁感应强度为0.044 T时,元冲量和比冲分别为1.285μN·s和518.2 s;平均推力在10μN量级。

摘要：微阴极真空电弧推力器具有结构简单、重量轻、功耗低、比冲高等优点,因而在航天推进领域有着广阔应用前景.当前推力器设计研制、可靠性和寿命的提高等方面遇到的一些关键问题均与微阴极真空电弧放电过程的基本物理问题密切相关.对微阴极电弧推力器运行中涉及的电子发射、电极间起弧过程、阴极斑点形成及特点、烧蚀和形貌变化、电极间等离子体射流加速过程进行了梳理,相关认识可以为今后进一步开展微阴极电弧推力器的设计优化、性能提高奠定基础.