30cm离子推力器在轨环境下的工作点及热控措施研究

• 作者: 孙明明 郑艺 杨俊泰 史楷
• 来源期刊: 推进技术
• 关键词: 离子推力器 在轨环境 工作点 热控措施 栅极间距 启动
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 电推进和其它推进|Electric Propulsion and Other Advanced Propulsion
• 页码范围: 711-720
• 页数: 10页
• 分类号: V439.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.190811

摘要

栅极间距变化是影响离子推力器在轨环境下从冷态条件正常点火启动的重要因素,同时也决定了离子推力器的在轨工作时机和热控实施策略.采用有限元仿真与地面热平衡试验验证相结合的方法,建立起30cm离子推力器有限元分析模型并进行了模型校验,对离子推力器在轨受太阳光照影响的栅极温度场分布和间距变化,以及推力器在5kW工况下的三个典型温度点所对应的栅极间距变化进行了仿真分析,考虑了主动热控干预对推力器最恶劣工作点的栅极间距变化影响.结果显示:纯太阳光照影响下的栅极组件存在周期性温度变化,栅极最大温差可达到100℃,栅间距缩小量在0.06～0.16mm内波动;在太阳光照基础上实施60W的主动热控后,栅极最大温差降低至60℃,栅间距缩小量波动则变为0～0.03mm;栅极最高温度点和最低温度点分别是推力器冷态启动最容易和最困难的两个工作时机点,两点所对应的启动后屏栅和加速栅最小间距分别为0.22和0.04mm;在10,70和120W的热控加热功率下,从最低温度点启动后的屏栅和加速栅最小间距分别为0.06,0.20和0.29mm;采取主动热控措施能够有效降低推力器工作过程中的栅极热形变位移峰值,且加热功率为120W,即温控点温度为50℃的主动热控可以满足30cm离子推力器在轨冷态启动时的0.25mm安全栅极间距要求.