一种三环真空弧推力器的制作方法

本发明涉及一种用于空间的三环真空弧推力器，属于航天器推进技术领域。

背景技术：

近年来卫星朝着低成本、分布式的方向发展。微纳卫星具有成本低、研制周期短、扩展能力强、发射方式灵活等优点，微纳卫星对于民用和军用都具有重要应用前景和战略意义。微小卫星、微纳卫星的快速发展对于推进提出了很高的要求。真空弧推力器（VAT）因其质量小、比冲高、结构简单等优势而成为微纳卫星的理想电推进类型。微小推进主要可满足微纳卫星的推进需求主要包括：（1）阻尼补偿、轨道升降、位置保持和机动、姿态控制、发射误差修正等；（2）推力可宽范围快速调节，如无拖曳控制、精确编队飞行等。真空弧推力器的性能和寿命对于满足微纳卫星的推进需求具有重要意义。目前的单阴极和单阳极同轴真空弧推力器由阴极烧蚀面积小，导致推力器的寿命较短，可靠性较低，同时羽流由于空间电荷效应而发散角较大，影响推力器的性能。设计具有长寿命、高可靠、高性能的真空弧推力器具有重要意思。通过增加电极个数有望大幅度增加真空弧推力器的寿命和可靠性，同时提高推力器的性能，并且具有向高功率的可扩展性。

技术实现要素：

本发明提出一种三环真空弧推力器，有助于推力器性能及寿命的提高。

本发明所采用的技术方案为：

一种三环真空弧推力器，该推力器包括置于中央的阴极，该阴极外周依次同心设置绝缘器II、共同阳极、绝缘器I及外环阴极；所述阴极、绝缘器II、共同阳极、绝缘器I及外环阴极依次安装在安装底座的阴极安装槽、绝缘器II安装座、共同阳极安装槽、绝缘器I安装座及外环阴极安装槽中；所述安装底座的外端面从中心向外依次设置阴极接线柱、共同阳极接线柱及外环阴极接线柱；该阴极接线柱及外环阴极接线柱连接至电源的负极，共同阳极接线柱连接至电源的正极；绝缘器I及绝缘器II处于安装底座内的端面上镀有金属导电膜。

所述阴极为柱形结构。

本发明基于目前相对成熟的同轴型真空弧推力器技术，提出了一种三环VAT的概念，本概念的内涵为在目前成熟的同轴型VAT设计的基础上将单阴极、单阳极结构改进为共阳极的双阴极结构。推力器工作时，电源处理单元产生的电压峰同时击穿两组阴阳极之间绝缘器上的导电膜，诱导两组阴阳极之间的主放电。两个阴极端面同时产生阴极斑点，阴极发射的电子造成发射的金属原子的电离产生等离子体，等离子体在气动和电子—离子摩擦等机制加速下产生推力。本发明的优点包括：（1）增加的外环阴极增加了阴极烧蚀的均匀性，有利于增加推力器的寿命；（2）增加的外环阴极降低了羽流离子流密度，可以降低空间电荷效应，减小羽流发散角，增加的推力，提高了推力器的效率，并可减轻羽流金属离子对航天器表面的污染；（3）基于本发明的结构可以进一步向更多环结构发展，可以拓展推力器的功率，扩大推力器的应用范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明安装底座结构示意图；

图3为本发明接线柱位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1，参照图1、2、3，一种三环真空弧推力器，该推力器包括置于中央的柱形阴极6（柱形阴极结构有利于阴极材料的均匀烧蚀，从而延长推力器的寿命），该柱形阴极6外周依次同心设置绝缘器II5、共同阳极4、绝缘器I3及外环阴极2；所述柱形阴极6、绝缘器II5、共同阳极4、绝缘器I3及外环阴极2依次安装在安装底座的柱形阴极安装槽11、绝缘器II安装座10、共同阳极安装槽9、绝缘器I安装座8及外环阴极安装槽7中；所述柱形阴极安装槽11、共同阳极安装槽9、外环阴极安装槽7三者等高。所述安装底座的外端面从中心向外依次设置柱形阴极接线柱14、共同阳极接线柱13及外环阴极接线柱12；该阴极接线柱14及外环阴极接线柱12连接至电源1的负极，共同阳极接线柱13连接至电源1的正极；绝缘器I3及绝缘器II5处于安装底座内的端面上镀有金属导电膜以利于电压击穿。

实施例2，在实施例1的基础上，根据需要依次增加绝缘环和阴极环形成多环结构的真空弧推力器，以拓展推力器的功率，扩大推力器的应用范围。

推力器工作时，电源处理单元产生的电压峰同时击穿两个绝缘器端面上的金属导电膜，诱导两组阴阳极之间的主放电发生。产生的等离子体离子通过气动和电子—离子摩擦等机制加速，进而产生推力。

本发明很大程度上提高真空弧推力器的寿命和可靠性，减小羽流离子发散角度，提高推力器的性能，减轻对航天器表面的污染。本发明可广泛应用于微纳卫星和皮卫星的位置保持、轨道转移、发射误差修正、轨道圆化、离轨以及卫星编队飞行等任务。