[发明专利]一种测量真空罐体内沉积污染的方法

说明书

一种测量离子推力器内部沉积溅射的方法，步骤为：1、将离子推力器安装在真空系统内，将用覆盖物遮蔽半边的盖片安装在离子推力器内部的指定位置；2、离子推力器累积引束流工作至少100h；3、离子推力器停止点火开启真空舱，将盖片取下，剥离覆盖的保护装置；4、利用台阶仪或三维轮廓仪，量取盖片两边的厚度差；根据推力器点火时间计算出单位时间的真空罐体的溅射速率和溅射物质的分布区域，利用X射线光电子能谱分析或能谱分析仪进行成分检测,以确定溅射物质的来源。本发明判定出离子推力器内部不同位置沉积物的溅射来源，半定量分析出核心部件的溅射产额及磨损速率，用于验证离子推力器放电室的溅射模型，也可进行离子推力器连续工作情况下的寿命估计。

技术领域

本发明涉及离子推力器使用评价技术领域，具体涉及一种推力器束流的高能等离子体对地面模拟真空罐体内不同位置和时间上的溅射腐蚀磨损来量的速率、分布和成分的测量、评价方法。

背景技术

离子推力器是电推进技术的一种，其比冲高、寿命长等突出优势可以有效提高卫星的有效载荷比，延长卫星的在轨寿命。但离子推力器在轨持续工作过程中，中性气体分子碰撞电子电离后受到电场加速会喷出等高能等离子体束流形成反向推力，在宇宙空间中喷出的等离子体会流向卫星表面以及宇宙空间中，长时间工作会在卫星表面形成一定量的污染沉积，对卫星上的太阳帆板、光学敏感器件、电子器件造成影响，甚至会造成星上的有效载荷或者部件失效导致整星功能损失或者失效，带来的损失非常巨大，需要在地面试验过程中对整个在轨过程中的污染沉积量的速率，分布和成分进行评估，以便于卫星设计上采取相应保护措施防止卫星故障。

为有效评估离子推力器的寿命，需要开展地面与在轨应用需求等比的验证，一般在真空罐体内模拟进行。需对高能等离子体对真空罐壁造成的腐蚀特性进行评估，获取真空模拟环境背景中的污染沉积速度及数量，从而改善真空系统的性能，提供良好的真空环境，同时可评估栅极以外的污染情况，提高栅极的腐蚀状态的真实性，可进一步的有效评估栅极乃至推力器的寿命。

通过调研，国内外测量类似沉积污染一般采用的是石英晶体微量天平（QuartzCrystal Microbalance，简称QCM）的方法测量该类污染，测试精度可以达到纳克（ng）级别，其基本原理是基于石英晶体的压电效应对其电极表面的质量的变化进行测量，需要加电测量，通过测量晶体的频率的变化来实现测试目的。但是针对电推进长时间工作状态下的污染沉积的特殊测试需求，该方法存在以下问题：

1、该方法受到石英晶体的质量的限制，测试量程有限，属于一次性测量，不能进行长周期数千甚至上万小时的测试；2、相对成本较高，一套装置需要几千元；3、测试需要带电，易受到推力器的高能等离子的轰击造成短路的故障或者被损坏；4、体积较大，在真空舱内的安装的便捷性和适应性不强。

发明内容

本发明提出一种测量真空罐体内沉积污染的方法，可在真空罐壁内不同的位置上贴装盖片用于长时间的污染沉积量的损率、分布和成分测试，结果可等效用于卫星的沉积污染情况的评估，可在应用离子推力器的卫星上开展优化设计和保护措施。

本发明采用的技术解决方案是：

一种测量真空罐体内沉积污染的方法，包括下列步骤：

（1）将离子推力器安装在真空系统内，连接好电路和气路管路，将用覆盖物遮蔽半边的盖片安装在真空罐体内的选定位置；

（2）离子推力器在固定稳态工作点状态下连续点火若干小时，使盖片上留有累计的沉积物；

（3）离子推力器停止点火开启真空舱，将盖片取下，剥离覆盖物，此时盖片上一半为物质沉积，一半为盖片裸露表面；

（4）利用高精度厚度测试仪器，量取盖片两半的厚度差，根据推力器点火时间计算出单位时间的真空罐体的溅射速率和溅射物质的分布区域，利用材料成分分析设备进行成分检测,以确定溅射物质的来源。