[发明专利]一种基于电子源热调节的霍尔推力器在轨增效和稳定方法

说明书

一种基于电子源热调节的霍尔推力器在轨增效和稳定方法，涉及提高航天电推进霍尔推力器效率的方法，为了提高航天电推进霍尔推力器效率和稳定性。该方法包括：点火时，热子正反馈加热发射体；在轨增效时，热子负反馈加热发射体。本发明适用于提高航天电推进霍尔推力器效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及提高航天电推进霍尔推力器效率的方法。

背景技术

霍尔推力器是一种广泛应用的等离子体推进装置。它的主要特点是内部有较强电场。该电场通过气体放电电离中性气体，生成的带电荷的重粒子会在电场力的作用下加速喷出霍尔推力器。整个电离-加速所产生的反作用力(推力)被用于各种航天器的位置保持、轨道转移等。

研究发现，霍尔推力器的一个子部件——空心阴极对整机的推力有显著影响，其中的一种机制是通过改变粒子的加速电压来改变整机的推力。整机推力和粒子加速电压之间的关系为：

式中，F为粒子加速产生的推力，单位为N；

为推进剂质量流量，单位为kg/s；

Z为粒子带的电荷数；Z>＝1；

e为电子电荷，等于1.6X10^-19C；

V_acc为粒子加速电压，单位为V；

M_i为粒子质量，单位为kg；

U_d为电源输出的放电电压(恒压)，单位为V；

Δ为将中性原子电离需要付出的电压损失，单位为V；

U_cp——电子从阴极输运到加速管所需要的电压损失，单位为V；

改变阴极加速电压是通过改变U_cp间接实现的。U_cp有两个功能，一是将一部分电子输运到加速管内部，不断为加速管内部的电离提供“种子”；二是将另一部分电子输运到喷出的离子束流中，以满足等离子体的准中性属性。由于电源输出电压是有限且恒定的，U_cp这种与重粒子加速无关的损失越小，则对于加速有实际贡献的电压就越大。

目前已知的U_cp包含两个部分：U_cp＝U_s+U_p；

式中，U_s为将电子从阴极表面引出至阴极鞘层边缘需要的压降，单位为V；U_p为将电子从鞘层边缘输运到离子流需要的压降，单位为V；

根据经典的电子热发射理论：

式中，ε₀为真空介电常数，等于8.85X10-¹²F；

e为电子电荷，等于1.6X10^-19C；

k为玻尔兹曼常数，等于1.38*10²³m²kg s^-2K^-1；

T_e为电子温度，单位为K；

n_e为等离子体密度，单位为1/m³；

为热电子发射功函，单位为J；

S为阴极表面积，单位为m²；

A为Richardson-Dushman系数；

T为阴极表面温度，单位为K；