《新型寬範圍自適應熱發射空心陰極研究》是依託哈爾濱工業大學，由寧中喜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型寬範圍自適應熱發射空心陰極研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：寧中喜
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新一代同步衛星平台對電推進動力系統提出了變工況和長壽命的任務需求。空心陰極作為電推進系統的心臟，卻在大範圍變電流工作時出現了放電模式轉變和壽命下降的問題，嚴重製約了電推進系統的在軌套用。傳統定工況電推進空心陰極發射體結構比較簡單，電子發射位置固定，在變電流時頂孔電流密度和發射體溫度變化較大，從而影響了放電模式並降低了工作壽命。本課題擬利用改變發射體結構的方式，通過研究電子發射機制與電漿耦合規律，尋找空心陰極變電流時改變電子總有效面積發射比例，降低發射體溫度變化的方法，形成利用自洽改變電子發射位置和有效發射面積的方法，來拓展空心陰極在變電流時的點模式工作範圍，提高工作壽命，為電推進器完成軌道轉移和位姿保持任務提供有力的空心陰極技術保障。
結題摘要
我國新一代衛星平台對電推進動力系統提出了變工況和長壽命的任務需求。例如，我國最新的東方紅-5平台採用了多模式全電推技術，大推力模式用於大範圍軌道轉移與高比沖模式用於長壽命位置保持；我國天基網際網路與物聯網星座由上千顆小衛星組網構成，入軌和離軌也都需要大推力，而軌道維持與相對位置調整則需要微推力精確控制。空心陰極作為電推進系統的心臟，在電推進多模式大範圍變電流工作時會出現放電模式轉變和壽命快速下降的問題，嚴重製約了電推進系統的在軌套用。本項目以拓展現有空心陰極電流引出範圍為目標，首先構建了空心陰極內部的電、熱和流動耦合的多物理場放電仿真平台，獲得了陰極內部電漿分布、熱沉積分布和電子發射分布等基本特性，研究了陰極內部亞穩態、電子分壓、離子粘滯等效應對放電過程的影響，獲得了關鍵尺寸和參數變化時導致陰極放電模式轉變和壽命下降的機理。在此基礎上，開展了採用變發射體結構，利用改變電子發射面積而不是溫度來拓展引出電流的方法，結果顯示採用節流孔內移與尾部遮擋的方法均能顯著擴展電流引出範圍。提出的一種利用弧光放電快速啟動空心陰的方法，解決了啟動過程中發射體燒蝕過快的問題。針對空心陰極電流擴展過程中放電模式轉換問題，通過探針測量與理論分析相結合，給出了陰極羽流區放電振盪模式與振盪機理，提出了採用改變觸持極材料最佳化放電振盪的新技術。本項目的研究成果使現有的定電流空心陰極擴展為寬範圍變電流空心陰極，並具備啟動速度快、開關機壽命長的優點，所研製的大電流電推進空心陰極已經套用於實踐18衛星的全電推動力平台，能支撐我國新一代衛星在通信、導航、偵察等領域的任務需求；所研製的低電流寬範圍空心陰極已經套用於銀河航天星座首發星，能支撐我國商業組網衛星在天基網際網路以及物聯物通等方面的需求。相關成果已獲2017年度教育部技術發明一等獎。
