脉冲等离子体推力器研究综述

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1、2006年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr.2006脉冲等离子体推力器研究综述杨乐，李自然，尹乐，吴建军，周进（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073）摘要：简要介绍了脉冲等离子体推力器(PPT)的基本工作原理；回顾了国内外脉冲等离子推力器的发展历史；阐述了它的优势与面临的挑战；分析了需要研究的关键技术与发展方向。关键词：脉冲等离子体推力器；电推进；微小卫星中图分类号：V439文献标识码：A文章编号：(2006)02-0032-05ReviewofpulsedplasmathrusterYangLe,LiZiran

2、,YinLe,WuJianjun,ZhouJin（SchoolofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China）Abstract：Theoperationprincipleofpulsedplasmathruster(PPT)wasintroducedinthispaper．ThedevelopmenthistoryofPPTathomeandabroadwasreviewed.Itsadvantagesandchalle

3、ngeswerediscussed.Thefuturekeytechnologiesandthedevelopmenttrendswereanalyzed.Keywords：pulsedplasmathruster;electricpropulsion;micro-satellite要求应用于微小卫星的推进系统具有质量轻、体积小、比冲高、成本低、易于控制且对环境污染小等特点。对于微小卫星而言，脉冲等离子体推力器（PulsedPlasmaThruster，PPT）是一个有前途的电推进装置。PPT因比冲高、体积小、质量轻、结构简单和耐用，以及所需星上电源功率小

4、等优点，在微小卫星研究领域得到了越来越多的重视。它可用于微小卫星的位置保持、阻力补偿和姿态引言1自20世纪80年代以来，国际上微小卫星的发展十分迅速，目前已有20多个国家和地区开展了微小卫星的研究工作[1]。对于微小卫星的轨道提升和维持、阻力补偿和位置保持、姿态机动和稳定、星座相位控制等任务，所用的推进系统重量占整星重量之比为百分之十几到百分之三十几；对于执行行星探测任务的航天器，推进系统的比重甚至达到百分之五十到百分之六十以上。因而[2]控制，实现微小卫星的精确编队飞行，也能作为小航天器的主推进系统，用于轨道提升和近地轨收稿日期：2005-12-05；修

5、回日期：2006-01-12。作者简介：杨乐（1978—），男，博士研究生，研究领域为先进非化学推进技术。第2期脉冲等离子体推力器研究综述33道任务的寿命延长[3]。脉冲等离子体推力器的基本原理2与结构根据所采用的推进剂，PPT可分为固体（一般采用聚四氟乙烯）、液体（LP-PPT）和气体（GF-PPT）三种；根据电极形状可分为平行板电极式、同轴电极式、外展电极式三种；根据推进剂供给位置，又可分为尾部馈送式和侧面馈送式两种。较为常见的有固体推进剂平行板电极尾部馈送PPT和同轴侧面馈送PPT[2]。平行板电极尾部馈送PPT整个系统由推力器本体、放电点火回路、控

6、制逻辑电路和电源转换装置组成[2]。推力器本体基本结构（如图1所示）是：两块平行的极板（阳极和阴极）组成放电通道，推进剂置于两极中间，储能电容器的正负端分别与相应的两极极板相连，在阴极上装有火花塞。电源转换装置将卫星平台提供的低压直流供电转换为高压直流，输送到储能电容器和放电点火回路。放电点火回路按照一定的指令（或控制信号）产生一个低能量的高压脉冲送到装在阴极上、紧靠推进剂端面的火花塞，使火花塞点火。推进剂的供应通过一个恒力弹簧，产生一个恒力作用在推进剂上，保证推进剂能够在所需的速率下被送到推力器喷口。推力器工作时，首先将储能电容器充电至额定的高压，此时正

7、负极板间虽然存在一个强电场，但在真空情况下不会自行击穿。当点火回路发出一个触发脉冲时，火花塞点燃，产生少量粒子（包括电子、质子、中性粒子和粒子团），这些粒子和推进剂表面碰撞，又从推进剂表面上烧蚀出一定量的粒子。带电粒子在强电场作用下分别向两极加速，同时与推进剂表面及在粒子之间频繁碰撞，使推进剂表面烧蚀，然后分解并离子化。随着带电粒子的增加，两极间逐渐成为等离子体区。此时电容器、极板和等离子体区构成闭合回路，并产生感应磁场。于是等离子体受到洛伦兹力加速向外喷出，产生一个推力脉冲。如图2所示。图1平行板电极尾部馈送型PPT基本结构图Fig.1Schematic

8、ofparallelelectrodebreech-fedPPT图