一种静电等离子推力器的制作方法

本发明属于航天电推进技术领域，尤其涉及一种静电等离子推力器。

背景技术：

航天技术又称空间技术，是一项探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术，是一个国家现代技术综合发展水平的重要标志。航天飞行器的发展可被分为三个阶段，化学推进阶段、电推进阶段、无工质推进阶段，化学推进系统和电推进系统都需要携带推进剂执行太空任务，当推进剂耗尽后，其工作寿命也接近尾声，但无工质推进器不会受到这一约束，所以无工质推进器将成为人类对地外远航探索的重要技术。

当等离子体流在电场中加速同等距离，即电场对正离子和电子做同样的功后，正离子获得动量远大于电子的动量。根据动量守恒定理，这一电场做功过程导致的动量不对称会在提供电场的电极板组上提供一个反动量，而这一反动量将成为该推力器的推力来源。太空环境的等离子风将成为该推力器的推进剂来源，这意味该推力器可以在太空中的任意位置变速，也可以根据需要改变磁性电极板组的长度改善推力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中航天探测器因推进剂耗尽，无法继续工作的技术难题，提出一种工作寿命不受燃料限制的静电等离子推力器。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述的静电等离子推力器包括保护壳1、控制器3、多个电机4、固定板6和磁性电极板组7；

所述的保护壳1为中空壳体结构；供电的电源2安装在保护壳1内部，用于向控制器3、电机4和磁性电极板组7供电；

所述的控制器3安装在保护壳1内部，用于对静电等离子推力器进行控制；

所述的电机4安装在保护壳1内部，电机4的转轴5穿过保护壳1延伸到保护壳1外部；当安装两个电机4时，电机4的轴线重合；当安装电机4的数量大于两个时，电机4的轴线位于同一平面；电机4采用这种对称的安装方式，可以使每个磁性电极板组7的推力方向平行，避免了推力方向不平行时的推力损失，进而提高静电等离子推力器的工作效率，还可以避免静电等离子推力器工作过程中产生扭矩；

所述的固定板6垂直安装在每个转轴5上，固定板6由绝缘材料制成；

所述的磁性电极板组7包括磁性电极板a701和磁性电极板b702，二者为形状相同的长方形板结构，均由永磁材料制成，磁性电极板a701和磁性电极板b702垂直安装在固定板6上，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间的夹角为85-95°，磁性电极板a701靠近磁性电极板b702的一端为s极，磁性电极板b702靠近磁性电极板a701的一端为n极，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间不接触；所述的磁性电极板a701施加的电压高于磁性电极板b702施加的电压，每个固定板6上安装两组磁性电极板组7，两组磁性电极板组7互为镜像安装，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间的夹角开口方向相对设置；所述的磁性电极板组7之间电场方向9和磁感线方向8相同；

进一步的，所述的磁性电极板a701和磁性电极板b702之间的夹角优选为90°。

进一步的，所述的磁性电极板材质为钐钴。

进一步的，所述的的磁性电极板a701施加的电压优选为+500v；所述的的磁性电极板b702施加的电压优选为-500v。

本发明的有益效果是：

本发明采用太空环境中大量存在的太阳风类等离子体作为推进工质，不需要推力器携带推进工质，大大提高了推进器的在轨使用寿命。

本发明中电场的方向与磁感线的方向相同，当离子的运动方向偏离电场方向时，离子的偏离运动会切割磁感线，产生洛伦兹力，洛伦兹力纠正该偏离运动，避免离子和磁性电极板组接触发生中和。

本发明的静电等离子推力器的能量消耗主要是由撞击到电极板的少数带电离子中和造成的，所以电源仅仅需要提供超高电压即可，对能源的要求很低。

本发明的可以通过提高施加在磁性电极板组上的电势差提高推力和比冲。

附图说明

图1为本发明静电等离子推力器剖面结构示意图；

图2为本发明静电等离子推力器剖面结构三视图；

图3为本发明静电等离子推力器磁性电极板组示意图；

图4为本发明磁性电极板组之间电场和磁场示意图。

图中：1、保护壳；2、电源；3、控制器；4、电机；5、转轴；6、固定板；7、磁性电极板组；8、磁感线方向；9、电场方向；701、磁性电极板a；702、磁性电极板b。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示的一种静电等离子推力器，所述的静电等离子推力器包括保护壳1、电源2、控制器3、电机4、转轴5、固定板6和磁性电极板组7。

所述的保护壳1为长方体中空壳体结构；所述的电机4共有两台，对称安装在保护壳1内部两个相对的平面上，电机4的转轴5轴线重合，转轴5穿过保护壳1延伸到保护壳1外部；所示的固定板6为长方形，如图3所示，所述的固定板6垂直安装在每个转轴5上，固定板6由聚四氟制成；

所述的磁性电极板组7包括磁性电极板a701和磁性电极板b702，二者为形状相同的长方形板结构，均由永磁材料制成，磁性电极板a701和磁性电极板b702垂直安装在固定板6上，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间的夹角为90°，磁性电极板a701靠近磁性电极板b702的一端为s极，磁性电极板b702靠近磁性电极板a701的一端为n极，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间不接触；所述的磁性电极板a701施加+500v正电压，磁性电极板b702施加-500v负电压；每个固定板6上安装两组磁性电极板组7，两组磁性电极板组7互为镜像安装，磁性电极板a701和磁性电极板b702之间的夹角开口方向相对设置；

所述的控制器3安装在保护壳1内部，用于对静电等离子推力器进行控制；所述的电源2安装在保护壳1内部，用于向控制器3、电机4和磁性电极板组7供电。

一种静电等离子推力器的工作原理是：航天飞行器向静电等离子推力器发出工作指令后，控制器3控制电机4转动，电机4通过转轴5和固定板6带动磁性电极板组7转动，使安装在同一个固定板6上的两组磁性电极板组7之间的电场方向9与航天飞行器的前进方向平行。

太阳风类等离子体中带正电的离子进入两组磁性电极板组7之间的区域由电场加速，根据动量守恒定理，电场对离子加速做功过程导致动量不对称，在磁性电极板组7上产生一个反动量，而这一反动量将成为该推力器的推力来源。需要指出的是，由于太阳风类等离子体中带负电的电子质量远远小于离子质量，所以电子产生的动量可以忽略不计。

在如图4所示的电磁场中，当离子的运动方向偏离电场方向9时，离子的偏离运动会产生一个与磁感线方向8垂直的分量，产生洛伦兹力，洛伦兹力纠正该偏离运动，避免离子和磁性电极板组7接触发生中和。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。