霍尔推进器壁面材料二次电子发射及鞘层特性.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 8 (2014) 085204 霍尔推进器壁面材料二次电子发射及鞘层特性 段萍 覃海娟 周新维 曹安宁 刘金远 卿少伟 1)(大连海事大学物理系, 大连 116026) 2)(大连理工大学物理与光电工程学院, 大连 116024) 3)(重庆大学动力工程学院, 重庆 400030) ( 2013 年10 月28 日收到; 2013 年11 月27 日收到修改稿) 霍尔推进器放电通道等离子体与壁面相互作用形成鞘层, 不同壁面材料的二次电子发射对推进器鞘层特 性具有重要影响. 本文针对推进器壁面鞘层区域建立二维物理模型, 研究了氮化硼 (BN)、碳化硅 (SiC) 和三 氧化二铝(Al O ) 三种不同壁面材料的二次电子发射特性, 在改进SiC 材料二次电子发射模型的基础上, 采 用粒子模拟方法, 讨论了壁面二次电子发射系数与电子温度和磁场强度的关系, 研究了三种材料 (BN, SiC 和 Al O ) 的鞘层特性. 结果表明: 修正的二次电子发射模型拟合曲线与实验曲线几乎一致; 在相同电子温度下, 三种材料 (BN, SiC 和Al O ) 的二次电子发射系数和壁面电子数密度依次增大, 而鞘层电场和鞘层电势降依 次减小. BN 材料具有合适的二次电子发生射系数, 使得霍尔推进器能在低电流下稳态工作. 关键词: 霍尔推进器, 壁面材料, 鞘层二次电子发射 PACS: 52.40.Kh, 52.65.Rr, 52.40.–w DOI: 10.7498/aps.63.085204 同壁面材料对霍尔推进器鞘层特性的影响具有重 1 引 言 要意义. Morozov 和Savelyer[1112] 首先通过实验研究 霍尔推进器又称为稳态等离子体推进器 (sta- 了BN, SiC, Al O 和C 的二次电子发射系数与入 2 3 tionary plasma thruster, SPT), 主要应用于实现航 射电子能量的关系, 并且提出了这4 种材料的二 天器的姿态控制、位置保持、轨道转移等空间推进 任务[1−4] , 其工作原理如图1 所示. 目前, 我国XX- 次电子发射线性模型, 此后, 他又对二次电子发射 [5] 模型进行了改进. 哈工大在 Morozov 改进模型的 9A 卫星已于2012 年10 月14 日发射入轨 . 霍尔 基础上考虑了电子发生非弹性反射的情况, 提出 推进器放电过程在两个绝缘套筒之间的狭窄通道 了BN 和Al O 新的二次电子发射模型. 大多数霍 中进行, 通道两端施加了约几百伏的放电电压. 通 2 3 道中电子在径向磁场和轴向电场的作用下沿周向 尔推进器鞘层特性研究都涉及壁面材料的二次电