一种无加热器的电推进用空心阴极

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1、第40卷第2期2014年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．40，No．2Apr．2014一种无加热器的电推进用空心阴张岩，康小录，乔彩霞(上海空间推进研究所，上海201112)极摘要：电推力器在国际上已得到广泛应用。目前应用的电推力器，启动时间较长，无法用于需要快速响应的场合。空心阴极是造成电推力器启动时间较长的根本原因。无加热器阴极是一种新型空心阴极，可使得电推力器的启动时间缩短至1s之内，大大提升电推进系统的响应特性，而且还可以提高电推进系统的稳态工作性能和可靠性。本文介绍无加热器阴极的基本工作原

2、理和应用优势，详细论述无加热器阴极的研究进展，提出突破无加热器阴极技术需要攻克的关键技术。关键词：电推力器；无加热器阴极；工作原理；关键技术中图分类号：V439+．4—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)02—0059—08HeaterlesshollowcathodeforelectricpropulsionZHANGYan，KANGXiao-lu，QIAOCai-xia(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai2012，China)Abstract：Electric

3、thrustershavebeenwidelyusedintheworld．However，byfarthekeydisadvantageofelectricthrustersisthattheirstarttimeistoolong，SOtheycannotbeusedinthemissionswhichneedfastignition．Theprimaryreasonwhytheelectricthrustershavelongignitiontimeiscausedbythehollowcathodeassembly．Thehea

4、terlesshollowcathodeisanovelhollowcathode，whichCanmaketheelectricthrusterstartedin1essthan1S，andimprovetheresponsecharacteristics，stable—stateoperatingperformanceandreliabilityoftheelectricpropulsionsystem．Theworkingprincipleandadvantagesoftheheaterlesshollowcathodearein

5、troducedinthispaper．Theresearchprogressoftheheaterlesshollowcathodeiselaborated．Attheend，thekeypointsofthetechnologywhicharerequkedtodevelopthiskindofhollowcathodearegiven．+Ke^gwords：electricthruster；heaterlesscathode；workingprinciple；keytechnology收稿日期：2013—12—04；修回日期：20

6、14—01—22作者简介：张岩(1988一)，男，硕士，研究领域为空间电推进技术火箭推进2014年4月0引言空心阴极是绝大多数电推力器必不可少的关键部件，用于启动放电、中和推力器喷出的等离子体束流。因此，空心阴极的性能和寿命，在很大程度上决定了电推力器以及电推进系统的性能和寿命。目前，国际上广泛应用的是带有加热器的空心阴极。这种空心阴极工作时，首先需要使用加热器将发射体加热到足够高的温度，才可以实现空心阴极放电和推力器启动，整个启动时间需要150～220s【lI。由此可见，带加热器的空心阴极是造成电推力器启动时间较长的关键原因，加热器的

7、存在也增加了空心阴极的结构复杂度，降低了空心阴极的可靠性，进而影响电推力器乃至整个电推进系统的性能和可靠性。近年来，国际上一些主要电推进研制机构开始研究一种新型的、不需要加热器的空心阴极，也称为无加热器阴极【l-5】。这种阴极结构取消了加热器，通过高压脉冲气体击穿直接实现阴极点火放电，可使电推进系统实现快速启动。无加热器阴极的主要优点在于，省去了造成传统空心阴极失效的加热器结构，可靠性提高。无加热器阴极可实现快速启动，大大提高电推进系统的响应速度，扩展了应用领域；另外，由于无加热器阴极结构简单，尺寸较小，与霍尔推力器集成时，可以布置在霍

8、尔推力器中轴。国内外研究表明，这种布置方式能够提高推力器的性能。本文介绍这种无加热器空心阴极的基本工作原理和应用优势，论述国际上各主要电推进研制机构的无加热器阴极研制进展，并分析总结突破无加热器阴极技术所需