脉冲等离子体推力器等离子体的探针测量

1144766066 · 发表于 2022-4-29 08:32:58

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脉冲等离子体推力器(Pulsed Plasma Thruster)简称PPT，是电推进系统中的一员，凭借其结构简单、性能可靠、能产生小而精确的推力脉冲、所需星上电源功率小等特点得到了广泛的应用。PPT自1950年问世以来已经实现多次成功飞行，主要用于姿态控制、轨道保持、精确定位、入轨和变轨。想要将PPT成功整合到航天器上，就需要对PPT羽流等离子体参数进行广泛和深入的研究。另外，羽流等离子体参数在提高推力器性能和优化设计方面有着至关重要的作用。本文建立了一套完善的适用于不同放电能量PPT的放电电流和放电电压的测量系统，主要是通过罗圈和标准高压探头来进行测量，得到了PPT的放电电流和电压曲线，监测了PPT的放电过程，也为飞行探针和三探针的测量提供了时间零点。设计和搭建了用于测量PPT羽流等离子体参数的飞行探针和Langmuir三探针系统，分别利用探针的绝对电势和探针的离子电流两种信号作为飞行探针的信号来源，实验证明两种方法的结果是相一致的；利用Langmuir三探针测得了PPT羽流等离子体电子温度和电子浓度的时间分布和空间分布曲线。结果表明：当输入电压都为2000 V时，4 J PPT的放电时间为4μs，放电电流最大值为19.2 kA，而20 J PPT的放电时间为12μs，放电电流最大值为33.6 kA。飞行探针测得的不同放电能量的PPT的等离子体平均速度位于30-40 km/s的范围之内。在Langmuir三探针测得的电子温度和电子浓度随时间的变化图中，在脉冲的初始阶段都出现了高能量“热电子”，电子温度位于12 eV到16 eV得范围之内，电子温度随时间迅速衰减；电子浓度也是在脉冲的开始阶段出现最大值为4.5×1020 m-3左右，电子浓度也随时间迅速衰减。等离子体的最大平均电子温度和电子浓度都随轴向距离的增加而减少。

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