[实用新型]用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电推进领域，涉及磁等离子体推力器，具体涉及一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路。

背景技术

磁等离子体推力器是一种电磁加速式电推进系统，以其比冲高、效率高、推力大等特点在大型航天器轨道提升、行星际航行和深空探测等方面具有显著优势。依据工作模式不同，可分为稳态磁等离子体推力器和准稳态磁等离子体推力器，其中准稳态磁等离子体推力器具有效率更高、寿命更长的特点。准稳态磁等离子体推力器中的放电电路,具有提供准稳态放电能量的作用。

CN201610273464.9中公开了一种激光支持的磁等离子体推力器，此装置采用激光烧蚀固体材料作为推力器的工质。解决了传统磁等离子体推力器供气系统复杂、动态响应慢、阴极烧蚀严重和大电流振荡等问题，为航天器提供了一种动态响应快、工质利用率高、能量转化效率高的激光支持的磁等离子体推力器。该激光支持的磁等离子体推力器采用固体工质，其工作过程为：在推力器两电极间施加高压电场，当激光烧蚀固体工质时，烧蚀产物被两电极间高压电场电离产生部分等离子体，激光在两电极间形成击穿放电产生电离和加速等离子体。

现有的放电电路为一级放电，其中仅有一个充电电源，为一组电容充电，达到可击穿电压(大于2000V)时击穿和放电同时发生，形成强电弧。将该放大电路用于该推力器时，在击穿放电方时会产生强电弧，从而产生大量热量，烧蚀固体工质，形成严重的滞后烧蚀，造成工质和能量的浪费。而且强电弧会烧蚀电极材料，降低推力器的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，该实用新型解决了现有放电电路用于该磁等离子体推力器时，在放电过程中工质存在严重的滞后烧蚀的技术问题。

本实用新型提供一种用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，磁等离子体推力器包括阳极、阴极、隔离段和用于接受激光入射的工质，隔离段的两相对侧分别设置阳极和阴极，工质横向穿透设置于隔离段中间；包括串联于阴极和阳极上的脉冲击穿电路、串联于阴极和阳极上的准稳态放电电路和与一端与阳极相连接另一端接地的保护电路，

脉冲击穿电路包括高压充电电源、与高压充电电源并联的小容量电容和线路电感，高压充电电源与小容量电容并联后正极与线路电感的一端相连接，负极与阴极相连接；线路电感的另一端与阳极相连接；

准稳态放电电路包括大功率充电电源、多个充电单元和二极管，阳极、二极管、充电单元依序串联；多个充电单元并联后与大功率充电电源并联；

充电单元包括依序串联的整流电感、整流电阻和大容量电容；

保护电路包括功耗电阻和继电器，功耗电阻一端与阳极相连接，另一端与继电器相连接；继电器的另一端接地。

进一步地，小容量电容为μF量级，充电电压高于2000V。

进一步地，准稳态放电电路中的电容容量和整流电感值按下式计算得到

其中，电容量C_q，整流电感L_q，特征放电时间τ_q，电容数量n，电容初始电压V_ini，等离子体电阻R_p，放电电流I_q，回路电感L_q。

进一步地，脉冲击穿电路与准稳态放电电路通过二极管并联连接。

进一步地，继电器的限定电流大于阳极电压与功耗电阻的比值。

本实用新型的优点在于：

1.本实用新型提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，通过两个电路将点火、击穿、放电过程分开，两个电路通过二极管并联，使其中脉冲击穿电路的高压不能向准稳态放电电路传输。以激光方式点火，通过对推力器工作过程中激光点火、脉冲击穿和准稳态放电的分别控制，从而依据实际需求对三部分进行能量分配，增强了推力器的控制能力，有效提高了推力器的能量效率。

2.本实用新型提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，可依据推力器放电需求通过公式(5)计算获得准稳态放电电路中的电容量和电感值，方便调节推力器放电特性。脉冲击穿电路中的小容量电容两端电势高，容易在推力器两极板之间形成击穿放电，增加了推力器放电的成功率。

3.本实用新型提供的用于激光支持的磁等离子体推力器的多级放电电路，其中的准稳态放电电路中的大容量电容两端电势低，降低了对于电容器和大功率充电电源的要求，从而降低了整个装置的制造成本。增加了保护电路，提高了整个装置的用电安全性。结构简单、安装方便、稳定性高，能量效率高。