電推力器羽流效應(yīng)及防護(hù)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、鑒于電推力器在應(yīng)用的過程中羽流對(duì)航天器會(huì)造成一定的污染的問題，本文對(duì)離子推力器及霍爾推力器羽流安全性問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　羽流污染評(píng)估的基礎(chǔ)為羽流的模擬，本文采用混合PIC的方法處理等離子體的運(yùn)動(dòng)問題，考慮羽流區(qū)原子與離子的電荷交換碰撞并采用MCC方法進(jìn)行處理。通過對(duì)離子推力器及霍爾推力器羽流出口處離子密度分布的探究，得到合適的邊界條件，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。考慮空間環(huán)境下羽流的等離子體參數(shù)分布，與目前已報(bào)道的其他在軌預(yù)

2、測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　羽流區(qū)電荷交換碰撞導(dǎo)致的返流離子會(huì)對(duì)航天器表面造成濺射腐蝕、熱量沉積以及力（矩）干擾等問題。以模擬得到的空間等離子體參數(shù)分布為條件，建立評(píng)估電推力器羽流返流離子造成的上述三種效應(yīng)的計(jì)算模型。隨后，以典型的航天器模型為例進(jìn)行羽流污染評(píng)估，并將結(jié)果與文獻(xiàn)中的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而驗(yàn)證評(píng)估模型的合理性。除此之外，本文給出了羽流返流離子對(duì)航天器表面造成的充放電效應(yīng)模型，并給出上述典型航天器

3、模型下表面電位的變化。
　　基于上述羽流模型及效應(yīng)評(píng)估模型，根據(jù)電推力器在航天器中承擔(dān)的不同推進(jìn)任務(wù)，對(duì)兩種安裝位置下的羽流污染情況進(jìn)行評(píng)估。對(duì)比主推進(jìn)任務(wù)下離子推力器、霍爾推力器及磁聚焦霍爾推力器在對(duì)航天器的影響方面的不同?；诖啪劢够魻柾屏ζ鞯挠鹆靼l(fā)散角相對(duì)較小，對(duì)位置保持任務(wù)下的電推力器的一種安裝方式進(jìn)行優(yōu)化并評(píng)估優(yōu)化后的羽流污染情況。模擬結(jié)果表明，相同安裝位置下離子推力器及磁聚焦推力器對(duì)航天器的污染程度較小。同時(shí)，磁聚焦推

4、力器的應(yīng)用，不僅能夠減小推力器安裝角度進(jìn)而減小推力器損失，而且能減小羽流對(duì)太陽能電池陣的影響。
　　電推力器產(chǎn)生的羽流等離子體環(huán)境必然會(huì)對(duì)航天器造成一些特殊的影響，某些情況下需要對(duì)一些敏感的設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。太陽能電池陣表面為高透光玻璃蓋片，受到濺射腐蝕、熱量沉積等影響會(huì)減小其輸入功率。本文最后根據(jù)電推力器的兩種安裝方式，提出相應(yīng)的防護(hù)方案。并通過對(duì)防護(hù)后的污染情況進(jìn)行評(píng)估，分析不同防護(hù)結(jié)構(gòu)下的防護(hù)效果以及相同防護(hù)結(jié)構(gòu)下針對(duì)不同電推力