等离子体推动器.pdf

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1、等离子体推动器一、为什么要使用电推动器？1.传统化学推进剂的缺点：（a）在深空探测中，化学推进剂占航天器重量的绝大部分，有效载荷小，效率低，造价高。（附：肼（联氨）-----一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的液体化合物NH2－NH2[hydrazine],它是比氨弱的碱,通常由水合肼脱水制得,燃烧热较大主要用作火箭和喷气发动机的燃料,用在制备盐(如硫酸盐)及有机衍生物中）在探索更远的星球时，化学燃料推动已不可行。（b）通信卫星长寿命增加（15年）,为保持轨道定点位置,所需的推进剂越来越多（使用次数愈来愈多）,大量挤

2、占了有效载荷的重量。因此,大型通信卫星的推进系统改用电推进已势在必行。目前航天领域广泛使用的化学火箭发动机，对于完成航天器从地面向空间轨道的发射任务，还难以用其它动力装置代替。但由于化学推进的比冲偏小，最大不超过4.6kN*s/kg，所以，如果对于航天器的轨道转移、轨道修正、姿态控制、对接交会、位置保持、南北轨控和星际航行等特殊任务仍然采用化学动力装置，那么就会使一直昂贵的航天器发射成本居高不下，而且也会严重影响其使用寿命。2.电推进器的优缺点优点：（a）效率高―――喷射离子速度远高于化学燃烧气体粒子速度；电推进技术的

3、推进剂效率(或比冲)是化学推进系统的几倍甚至几十倍（b）所需重量降低；（c）最终速度高（化学推进剂：5km/s，电推动：10-20km/s）。缺点：推力小，加速时间长，需要电源，二、推进器的任务±轨道转移；±遥感卫星的轨道调整和姿态控制；±通讯卫星的轨道保持；±深空探测；三、电推进简史1．国际电推动发展史F第一次离子推动实验室实验By1916Goddardandhisstudentswereconductingperhapstheworld'sfirstelectricpropulsionexperimentswith

4、ionsources.FouryearslaterGoddarddevotedpassagesofhistechnicalreportstohisEPexperiments.F第一次电推动飞行实验世界上首次电推进(脉冲等离子体推进)空间飞行试验是前苏联于1962年进行的；（该次发射的意义：标志科学界已接受电推进技术，进入一个新的历史时期：不再是证明电推进是否有价值的时期，而是解决静电推进存在的问题。第一次离子电推进系统的空间飞行试验是美国于1964年进行的。F商业卫星电推动1997年起,在离子电推进商业卫星上正式应用;

5、F电推动作为主推器1999年首次用作航天器的主推进系统。F使用电推进系统的航天器数量目前，已经达到200颗以上。F现代离子推进器的能力推动速度：90Km/SÆÆ200,000miles/h推力：0.5Newton附：1.美国NASA电推动历史概要F五十年代开始研究电推动；F第一次离子电推动空间实验SpaceElectricRocketTest1(SERT1)1964，7，20，持续31分钟后返回地球。（注：电池供电，离子推进器绑在模拟太空舱上，太空舱由战斗机发射。）F1974to1983发展8cm汞离子推动器；卫星轨道

6、保持。（1990开始使用氙气。氙气优点：化学性质稳定,便于贮存,经压缩后其密度可接近于1。氙的原子量也较大,电离电压低。缺点：属于稀有气体,资源较少）附：为什么使用高原子子质量放电气体？()1/2()1/2mV=meU/2m=eUm提高推力，降低推进剂流量、等离子体离子流量ÆÆhighthrust-to-currentratio,降低对放电电源输出电流的要求）F1998-2001深空电推动：30cm离子推动器，用做主推动器，推动里程263,179,600km,推动速度4,500m/s,观测行星200个，运行时间，16,

7、246h。深空探测器总重量为486kg，肼化学燃料31kg，氙推进剂81.5kg，太阳能电池功率2.5kW。2.日本电推动2001年日本北海道(Hokkaido)技术研究所进行了低功率微波静电推力器试验。在27W功率下的预期性能为:效率10%,比冲1250s,推力360μN。2004年完成了放电室直径1.6cm小型微波放电推力器的5000h试验。在30.8W功率下,推力为0.5mN,比冲为1371s。该推力器用磁喷嘴,而不是栅极加速引出束流。2003年5月日本发射了4年使命周期的小行星采样返回航天器Muses-C,发射

8、后改名为隼鸟(Hayabusa)。航天器用3台(第4台备份)10cm微波电子回旋谐振放电离子发动机作为主推进,单台推力器功率400W,推力8mN,比冲3000s。2003年5月27日至6月中旬,离子电推进成功点火工作。由于太阳爆发引起电池阵损伤,使得2005年夏天交会被推迟。2005年9月达到丝川(Itokawa)行星环绕轨道,消