[发明专利]镓离子场发射微推进器

说明书

技术领域

本发明涉及一种场发射离子的微推进装置。

背景技术

近年来，地球重力场及空间引力波探测等空间任务中，对卫星的微推进系统提出更高的要求：微冲量、微推力。同时对其功率、体积、和重量提出苛刻的限制。而场发射电推进器是目前众多电推进器最具优势和代表性的方案。

国外相关研究机构及公司虽然研究较早，但其场发射电推进器的设计都是基于金属铯和铟的推进剂，相关结构复杂且可靠性低，具体设计等过程未给出详细报道。

国内而言，未见将场发射原理应用于狭缝式推进器设计的文献报道，未见将金属镓用于电推进器的应用报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种使用液态金属镓作为推进剂的镓离子发射推进器，能够提供能产生毫牛至微牛级推力。

本发明提供的一种镓离子场发射推进器包括：

发射部，具有毛细通道和毛细尖端；

屏蔽部，位于发射部周围，用于屏蔽所述加速部发射的电子流；

加速部，位于所述发射部的前端，并与所述毛细尖端相邻，所述加速部的与所述毛细尖端相对应的位置开设有加速条状栅口，在所述毛细尖端和加速部之间施加有预定电压的电场；

存储部，与所述毛细通道相连通，用于存储金属镓；

金属镓通过毛细作用，由所述存储部经由所述毛细通道流到所述毛细尖端，在施加的所述电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。

优选地，所述加速部为大致1毫米厚的金属板，所述栅口开设在金属板的中间，所述栅口断面处倒角形成尖端，并且所述栅口表面形成为光洁面。

优选地，所述发射部包括：对称的两块板状金属块构成，在两块金属块之间经镀膜构成微流结构层，从而形成所述毛细通道，在所述金属块上开设有导通所述毛细通道和存储部的通孔。

优选地，所述板状金属块的材料为高温合金。

优选地，所述毛细通道高度为大致1μm，宽度为2～20毫米，深度为10～15毫米。

优选地，所述存储部的材料为钼合金。

本发明通过将良好浸润性的镜面金属材料对称配合，中间垫以微米级镀膜结构层，构成推进剂的毛细通道，在毛细通道尖端及加速部间施加高压电场，直接电离液态金属镓产生推力。本发明中可以根据需要改变通道宽度而调节推进器最大推力，通过改变电势差调节推力大小。此外，本发明还具有如下优点：

1)选取金属镓作为推进剂，熔点低降低额外功消耗；

2)处理工艺使得推进剂良好浸润，推进剂自动供给；

3)结构极大地简化，没有运动机构。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的截面示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明包括：发射部1、加速部2、存储部3和壳体4。发射部1、加速部2和存储部3通过绝缘体5安装在壳体4内。

发射部1具有毛细通道11和毛细尖端12；加速部2位于发射部1的前端，并与毛细尖端12相邻，加速部2的与毛细尖端12相对应的位置开设有加速条状栅口21，在毛细尖端12和加速部2之间施加有预定电压的电场。

存储部3的材料为钼合金材料做成的具有腔体33的金属盒31，用于存储金属镓，金属盒上开设有与毛细通道11相连通的通道32。金属镓通过毛细作用，由存储部3经由通道32、毛细通道11流到毛细尖端12，在施加的预定的电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。

在本发明实施例中，加速部2为大致1毫米厚的金属板，栅口21开设在金属板21的中间，栅口21断面处倒角形成尖端，并且栅口表面形成为光洁面。

在本发明实施例中，发射部1包括：对称的两块板状金属块13、14构成，在两块金属块13、14之间夹持有镀膜层15，从而形成毛细通道11，在金属块13、14上开设有导通毛细通道11和存储部2的通孔16。板状金属块13、14的材料为高温合金，这样使得尖端具有良好的寿命。毛细通道11高度为大约1μm，宽度为2～20毫米，深度为10～15毫米。在本发明实施例中，毛细通道约为1μm，通道宽8mm，深14mm。

另外，在发射部1的周围还形成有屏蔽部7，该屏蔽部7采用高温金属材料制成，用于屏蔽加速部2发射的电子流轰击发射部1而造成发射部1升温烧毁。