[发明专利]一种离子推进器

说明书

本发明公开了一种离子推进器，该推进器包括：电离室、屏栅、引出栅和升压螺旋体，所述屏栅与电离室电性连接，引出栅相对屏栅放置，且引出栅为负电位；升压螺旋体一端与引出栅电性连接，另一端相对引出栅为负电位，所述升压螺旋体由多个升压单元串联构成。本发明公开的离子推进器与常规的离子推进器相比，结构简单，绝缘耐压性能优异，为提高离子加速电压提供了可能。

技术领域

本发明属于空间推进器技术领域，尤其涉及一种离子推进器。

背景技术

离子推进器，又称离子发动机，是一种空间电推器件。离子推进器在工作过程中，将工质电离为等离子体，其中带正电荷的离子经过离子光学系统加速后以一定速度发射出去，从而获得一个反作用力推动航天器运行，与传统的化学推进器相比，离子推进器需要的工质质量小、比冲更高，广泛应用于空间推进中，比如航天器姿态调整、位置保持、轨道机动和星际飞行等。

现有的离子推进器主要利用离子光学系统实现离子的引出和加速，根据离子的引出和加速方式的不同，离子光学系统结构可分为：单级加速离子光学系统、双极加速离子光学系统和多级加速离子光学系统，其中单级加速离子光学系统中离子的加速主要在屏栅和加速栅之间完成，虽然该结构简单，但离子的引出和加速过程相互耦合，无法实现束流密度与比冲的同时提高；双级加速离子光学系统通过在屏栅和加速栅之间增加引出栅，将离子的引出过程和加速过程分别在引出段(屏栅和引出栅之间)和加速段(引出栅和加速栅之间)完成，实现了离子的引出过程与加速过程的解耦，在不减小束流离子密度的同时可以大幅提高了离子推进器的比冲；多级加速离子光学系统在双极加速离子光学系统的引出栅和加速栅之间增加加速级，可进一步提高离子加速电压，从而进一步提高离子推进器的比冲，然而，上述双极或者多级加速离子光学系统虽然提高了离子推进器比冲，但同时增加了系统的复杂性，这给工程应用带来了一系列难题，而且上述结构还要求各栅之间均具备一定的绝缘耐压性能，这将导致离子加速电压的进一步提升受限。

因此，亟需一种在消耗同等工质下，兼具结构简单和绝缘耐压性能优异的离子推进器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种离子推进器，该离子推进器兼具结构简单和绝缘耐压性能优异的特点，该离子推进器能够为离子加速电压的进一步提升提供可能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种离子推进器，所述离子推进器包括：电离室、屏栅、引出栅，所述离子推进器还包括升压螺旋体；所述屏栅与电离室电性连接，引出栅相对屏栅放置，且引出栅为负电位；升压螺旋体一端与引出栅电性连接，另一端相对引出栅为负电位。

优选的，所述升压螺旋体由多个升压单元串联构成。

优选的，所述升压单元包括绝缘本体、供能部件、上电极、下电极和内部连接电路；所述上电极和下电极分别设置在绝缘本体的表面的上下两端；内部连接电路设置在绝缘本体的内部，并与供能部件、上电极和下电极电性连接。

优选的，所述屏栅材料为钼、钛和石墨中任意一种。

优选的，所述引出栅材料为钼、钛和石墨中任意一种。

优选的，所述供能部件为太阳能电池板或核电池。

优选的，所述太阳能电池板为柔性太阳能电池板，包裹在绝缘本体的外表面的边缘。

优选的，所述上电极和下电极的材料均为钛，外表面光滑连续。

优选的，所述多个升压单元之间采用形状记忆材料或弹性材料连接。

优选的，所述升压螺旋体在离子发射前，为扁平渐开螺旋线形状。