[实用新型]平行分段阳极式激光-电磁场耦合推力器及电磁加速电极

说明书

一种平行分段阳极式激光‑电磁场耦合推力器及电磁加速电极，包括激光系统、电磁加速电极、磁场线圈、固体工质。电磁加速电极为平行式电磁加速电极，包括两块平行相对设置的电磁加速阳极板和电磁加速阴极板；电磁加速阳极板整体为一块平板，其由前段阳极平板、绝缘陶瓷块以及后段阳极平板组成，绝缘陶瓷块设置在前段阳极平板和后段阳极平板之间，将前段阳极平板和后段阳极平板分隔开。激光束烧蚀固体工质产生激光等离子体，等离子体进入阴极板、阳极板之间并诱导产生短脉冲放电电弧，使等离子体加热并进一步离子化后加速喷出，从而产生推力。绝缘陶瓷块能增强放电电弧的电流密度，增强激光等离子体的电离率，提高推力器的工质利用率和推力。

技术领域

本实用新型涉及一种为微小卫星轨道提升、位置保持、姿态控制和组网飞行等提供精准推力的新型推力器，尤其涉及一种利用激光烧蚀固体工质产生激光烧蚀等离子体，然后利用电磁场加速的推力。

背景技术

微小卫星具有体积小、重量轻、成本低、功能密度大、研制周期短、发射灵活、组网较快、生存能力强等优势，其广泛应用于通信、导航、侦察、环境监控与预报、抢险救援、测绘、科学研究等领域发挥了重要作用。微小卫星由有效载荷和卫星平台两大部分组成，推进系统作为卫星平台的重要组成部分，可以为卫星提供姿态控制、轨道保持、轨道机动、位置保持等服务，从而使得卫星能完成更多、更复杂的任务并提高其使用寿命。因此，性能先进的空间推进系统的研制是至关重要的。

然而传统的化学推进存在比冲低、质量重、控制精度低等问题，因此，人们迫切需要寻找新型小推力非化学推进系统来满足微小卫星对推力器的需求。电推进系统因具有比冲高、推力小、重量轻、体积小、消耗工质少等特点，倍受航天界青睐。

固体烧蚀型脉冲等离子体推力器(Ablative Pulsed Plasma Thruster，APPT) 具有结构简单、比冲较高和重量轻等优势，使其成为微小卫星推进系统的优先选择对象，因此，各航天大国对其进行了长期深入的研究。其工作过程为：火花塞点火使暴露在两电极之间的推进剂表面诱导出持续几毫秒的短脉冲放电，使推进剂蒸发和电离，形成等离子体；然后等离子体在洛伦兹力和气动力的共同作用下加速喷出，从而产生推力。

现有的固体烧蚀型脉冲等离子体推力器存在电磁加速电极之间的放电电弧扩散，放电电弧的电流密度下降，影响激光等离子体的电离率，是的推力器的工质利用率和推力受损。因而，如何有效防止电磁加速电极之间的电弧扩散是本领域技术人员一个亟需解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有APPT存在的电磁加速电极之间的电弧扩散而影响激光等离子体的电离率的问题，本实用新型提出一种平行分段阳极式激光-电磁场耦合推力器及电磁加速电极。

为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种平行分段阳极式激光-电磁场耦合推力器，包括激光系统、电磁加速电极、磁场线圈、固体工质，电磁加速电极为平行式电磁加速电极，包括两块平行相对设置的电磁加速阳极板和电磁加速阴极板，磁场线圈将电磁加速阳极和电磁加速阴极包覆在内，在电磁加速阳极板和电磁加速阴极板之间产生外加磁场。电磁加速阳极板、电磁加速阴极板连接电磁加速电极电源以获取工作电源，磁场线圈连接磁场线圈电源以获取工作电源；激光系统发射出的激光束烧蚀固体工质产生激光等离子体，激光等离子体进入电磁加速阴极板、电磁加速阳极板之间并诱导产生短脉冲放电电弧，短脉冲放电电弧使得激光等离子体加热并进一步离子化，等离子体在洛伦兹力和气动力的共同作用下加速喷出，从而产生推力。本实用新型的创新之处在于：电磁加速阳极板整体为一块平板，其由前段阳极平板、绝缘陶瓷块以及后段阳极平板组成，绝缘陶瓷块设置在前段阳极平板和后段阳极平板之间，将前段阳极平板和后段阳极平板分隔开。本实用新型中绝缘陶瓷块的作用是防止电弧扩散，能增强放电电弧的电流密度，从而增强激光等离子体的电离率，进而进一步提高推力器的工质利用率和推力。