离子电推进技术的发展现状与未来 被引量：21

1

作者 张天平 耿海 +1 位作者 张雪儿 贾艳辉 《上海航天》 CSCD 2019年第6期88-96,共9页

离子电推进是最具代表性和技术成熟度的电推进技术类型之一。本文从放电室技术、离子光学系统技术、放电阴极和中和器阴极技术的优势、缺憾等方面,总结了离子电推进的技术发展现状。针对未来航天任务对离子电推进更大功率、更高比冲、... 离子电推进是最具代表性和技术成熟度的电推进技术类型之一。本文从放电室技术、离子光学系统技术、放电阴极和中和器阴极技术的优势、缺憾等方面,总结了离子电推进的技术发展现状。针对未来航天任务对离子电推进更大功率、更高比冲、更简系统等新需求,分析了传统离子电推进所面临的主要技术挑战,梳理出了环型离子电推进、双级加速离子电推进、自中和离子电推进、螺旋波放电离子电推进等创新离子电推进技术发展的未来方向。 展开更多

关键词 离子电推进 放电室 空心阴极 离子光学系统 中和器阴极 发展趋势 新型电推进

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地月及深空探测先进电推进技术的发展 被引量：7

2

作者 吴辰宸 耿海 +1 位作者 王紫桐 李得天 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第5期13-23,共11页

聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术,介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状,从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求,... 聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术,介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状,从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求,针对月球探测、小行星探测、载人火星探测、太阳系边际探测和地月空间科学探测5种典型场景,分别介绍了电推进优化应用策略,梳理了面向深空探测的先进电推进关键技术体系和发展重点。最后,按照“一中一超一微”的发展思路给出了空间电推进技术发展建议,为后续空间电推进在地月及深空探测领域实现更加广泛的应用提供参考。 展开更多

关键词 地月及深空探测 空间电推进 应用策略 关键技术 发展重点

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离子电推进非预期电击穿的工程防护技术研究 被引量：1

3

作者 张雪儿 张天平 +1 位作者 李得天 张宏 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期207-214,共8页

离子电推进的非预期电击穿现象具有普遍性和复杂性,结合实例对非预期电击穿的现象和分类、击穿事件的一般处理方法、工程隐患等基本问题以及实践二十卫星上LIPS-300离子电推进在轨工作初期的击穿情况进行了简要介绍,对基于推力器及其工... 离子电推进的非预期电击穿现象具有普遍性和复杂性,结合实例对非预期电击穿的现象和分类、击穿事件的一般处理方法、工程隐患等基本问题以及实践二十卫星上LIPS-300离子电推进在轨工作初期的击穿情况进行了简要介绍,对基于推力器及其工作环境、电推进系统及其航天工程的非预期电击穿控制与防护技术进行了全面系统的讨论,通过对推力器栅极材料、电场强度、束流密度和推力器环境中低气压、等离子体、多余物、溅射沉积物等因素的控制,以及在电推进电源处理单元健壮性、系统监测与响应、沉积能量控制等方面的改进,再加上合理的在轨处理程序,包括入轨预处理、连续击穿循环控制程序和栅间短路清除技术等措施,可有效降低击穿频次及其对电推进系统造成的影响。 展开更多

关键词 非预期电击穿 控制与防护 离子电推进 航天器工程

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微小卫星用低功率电推进技术研究进展 被引量：2

4

作者 李婧 耿海 +4 位作者 孙新锋 蒲彦旭 贺亚强 陈浩 吴辰宸 《真空与低温》 2023年第6期590-601,共12页

随着微小卫星任务的不断拓展,轨道机动、位置保持、姿态控制、自主离轨等任务对低功率推进系统的需求日益增加。结合微小卫星对低功率推进系统高比冲、推力精确、结构紧凑等技术需求,综述了射频离子电推进、微波离子电推进和脉冲等离子... 随着微小卫星任务的不断拓展,轨道机动、位置保持、姿态控制、自主离轨等任务对低功率推进系统的需求日益增加。结合微小卫星对低功率推进系统高比冲、推力精确、结构紧凑等技术需求,综述了射频离子电推进、微波离子电推进和脉冲等离子体电推进技术的研究和应用现状;通过列举各国应用案例,对比了各推进系统的性能和技术特点,总结了各推进系统的关键技术;在此基础上,分析了我国微小卫星用电推进技术发展趋势及后续攻关方向。研究结果可为微小卫星推进系统方案选择提供参考。 展开更多

关键词 电推进 微小卫星 射频离子电推进 微波离子电推进 脉冲等离子体电推进

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离子与霍尔电推进性能和质量的工程数据模型 被引量：7

5

作者 张天平 张雪儿 李璇 《火箭推进》 CAS 2022年第1期1-13,共13页

为了提供航天工程任务设计时优选离子或霍尔电推进的通用对比分析方法,基于工程数据建立了包括推力器、电源处理单元、推力器选择单元、控制单元、推进剂气瓶、调压单元、流率单元、推力器支架、电缆、管路等产品的电推进的性能和质量... 为了提供航天工程任务设计时优选离子或霍尔电推进的通用对比分析方法,基于工程数据建立了包括推力器、电源处理单元、推力器选择单元、控制单元、推进剂气瓶、调压单元、流率单元、推力器支架、电缆、管路等产品的电推进的性能和质量经验模型。在此基础上通过推导建立了电推进系统干质量通用模型,模型变量参数包括推力器功率、推力器数量和推进剂量等。应用电推进模型对两种电推进的性能和工程应用效益进行了对比分析,结果表明存在针对具体任务优选电推进类型的必要性。 展开更多

关键词 性能模型 质量模型 离子电推进 霍尔电推进 工程数据

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离子电推进的航天器应用实践及启示 被引量：25

6

作者 张天平 张雪儿 《真空与低温》 2019年第2期73-81,共9页

离子电推进作为最具代表性的电推进类型,其应用已经覆盖了航天工程的大部分任务范围。通过系统调研1997年以来世界各国离子电推进航天工程应用情况,基于应用离子电推进航天器的大量工程实例,进行了离子电推进航天工程应用分析总结,主要... 离子电推进作为最具代表性的电推进类型,其应用已经覆盖了航天工程的大部分任务范围。通过系统调研1997年以来世界各国离子电推进航天工程应用情况,基于应用离子电推进航天器的大量工程实例,进行了离子电推进航天工程应用分析总结,主要包括离子电推进的航天器应用、离子电推进的在轨故障和离子电推进的应用经验启示等方面。 展开更多

关键词 离子电推进 应用实践 在轨故障 航天器 经验启示

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离子电推进在轨故障的统计分析研究 被引量：8

7

作者 张天平 张雪儿 蒲彦旭 《真空与低温》 2019年第4期215-221,共7页

在发射入轨的70颗航天器上发生离子电推进在轨故障的有13颗,总计有29个离子电推进的单机故障。通过对离子电推进在轨故障进行数据统计分析,能够得到航天器应用离子电推进可借鉴的重要工程经验。对离子电推进在轨故障进行了分类统计分析... 在发射入轨的70颗航天器上发生离子电推进在轨故障的有13颗,总计有29个离子电推进的单机故障。通过对离子电推进在轨故障进行数据统计分析,能够得到航天器应用离子电推进可借鉴的重要工程经验。对离子电推进在轨故障进行了分类统计分析研究,主要包括对航天器影响的故障统计分析、对离子电推进系统影响的故障统计分析、在轨故障发生时间分布的统计分析等方面。 展开更多

关键词 离子电推进 在轨故障 统计分析 故障分类 经验总结

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电推进三种比冲的定义及其工程应用 被引量：6

8

作者 张雪儿 李得天 张天平 《真空与低温》 2020年第6期486-493,共8页

由于电推进类型的多样性、系统的复杂性和对空间电源的强烈依赖性,为充分利用电推进的高比冲效益,航天任务规划中往往需要考虑电推进系统本身、推进剂、所需空间电源等多方面的质量要素,为此在电推进应用工程中引入推力器比冲、子系统... 由于电推进类型的多样性、系统的复杂性和对空间电源的强烈依赖性,为充分利用电推进的高比冲效益,航天任务规划中往往需要考虑电推进系统本身、推进剂、所需空间电源等多方面的质量要素,为此在电推进应用工程中引入推力器比冲、子系统比冲、任务比冲等三种电推进比冲概念。本文在给出三种电推进比冲基本定义的基础上,推导了三种比冲之间的相互关系,明确了各种比冲概念的本质意义,结果表明:相比于推力器比冲,子系统比冲能更准确地反映电推进系统自身的质量效率,而任务比冲能更全面地表征航天器任务中电推进的整体质量效率。最后,讨论了三种比冲在电推进航天工程中的主要应用。 展开更多

关键词 电推进 推力器 子系统 任务 比冲 工程应用

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基于系统模型的GEO卫星应用电推进效益分析 被引量：1

9

作者 冉文亮 张雪儿 +2 位作者 张天平 赵志伟 李璇 《真空与低温》 2022年第6期668-675,共8页

提出了一种用于航天工程任务设计时优选离子或霍尔电推进的通用对比分析方法。基于离子和霍尔电推进成熟产品数据得到了离子和霍尔电推进系统的干质量模型和全质量模型表达式,并应用模型进行了GEO卫星南北位保任务和全电推进任务中两种... 提出了一种用于航天工程任务设计时优选离子或霍尔电推进的通用对比分析方法。基于离子和霍尔电推进成熟产品数据得到了离子和霍尔电推进系统的干质量模型和全质量模型表达式,并应用模型进行了GEO卫星南北位保任务和全电推进任务中两种电推进质量效益的对比分析。结果表明:系统质量模型具有工程设计分析可用性。GEO卫星任务中离子电推进的质量效益明显好于霍尔电推进,两种电推进的相对质量效益对推力器功率的敏感度随航天器速度增量和初始质量变化而变化。 展开更多

关键词 质量效益 对比分析 全质量模型 GEO卫星 离子电推进 霍尔电推进

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全电推进GEO卫星离子与霍尔电推进系统效能对比分析

10

作者 赵志伟 张雪儿 +2 位作者 张天平 冉文亮 李璇 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期76-83,共8页

提出了一种全电推进GEO卫星工程通用的优选离子或霍尔电推进的对比分析方法:利用离子和霍尔电推进单机的质量模型,建立了离子和霍尔电推进系统的全质量模型;针对包括和不包括一次电源情况,应用系统全质量模型分别进行了全电推进GEO卫星... 提出了一种全电推进GEO卫星工程通用的优选离子或霍尔电推进的对比分析方法:利用离子和霍尔电推进单机的质量模型,建立了离子和霍尔电推进系统的全质量模型;针对包括和不包括一次电源情况,应用系统全质量模型分别进行了全电推进GEO卫星轨道转移任务和全寿命(轨道转移和全位置保持)任务中两种电推进质量效益的对比分析,得到了卫星发射质量在1000~3000 kg范围内具有工程参考价值的结果。 展开更多

关键词 全电推进GEO卫星 质量模型 效能 对比分析 离子电推进 霍尔电推进

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离子推力器非预期电击穿的主要诱发因素及机制 被引量：8

11

作者 张天平 张雪儿 +2 位作者 蒲彦旭 冉文亮 赵志伟 《真空与低温》 2021年第1期1-11,共11页

离子推力器的非预期电击穿直接影响其工程应用的工作可靠性。在阐明非预期电击穿基本问题现象及后果的基础上,从电极表面金属微凸结构、低气压环境、等离子体环境、电极间漂浮颗粒物、电极间绝缘体(层)等五个方面梳理了诱发非预期电击... 离子推力器的非预期电击穿直接影响其工程应用的工作可靠性。在阐明非预期电击穿基本问题现象及后果的基础上,从电极表面金属微凸结构、低气压环境、等离子体环境、电极间漂浮颗粒物、电极间绝缘体(层)等五个方面梳理了诱发非预期电击穿的主要因素;针对主要诱发因素具体讨论了场增强电子发射、低气压放电、材料热蒸发及电离、电子反流、带电粒子碰撞、阴极表面电弧、绝缘体表面闪弧、绝缘层损伤等导致电极间局部或整体电击穿的机制,简要展望了离子推力器非预期电击穿问题的深化研究主要方面。 展开更多

关键词 非预期电击穿 影响因素与机制 离子推力器

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离子推力器非预期电击穿特性及其主要影响因素对比研究 被引量：5

12

作者 张雪儿 张天平 +2 位作者 李得天 杨浩 孟伟 《航天器环境工程》 北大核心 2021年第1期63-70,共8页

采用对比分析方法研究空间与地面、不同工况、不同累计工作时间段的离子推力器非预期电击穿特性变化,获得了离子推力器击穿频次与其主要影响因素之间的关联性。研究结果表明:在地面试验和空间飞行的全任务周期中,推力器击穿频次都呈现... 采用对比分析方法研究空间与地面、不同工况、不同累计工作时间段的离子推力器非预期电击穿特性变化,获得了离子推力器击穿频次与其主要影响因素之间的关联性。研究结果表明:在地面试验和空间飞行的全任务周期中,推力器击穿频次都呈现出早期较高、然后快速降低并保持长期稳定的基本特点;空间飞行应用中的平均击穿频次普遍比地面试验中的低1~2个数量级,其根本原因在于地面试验中不可避免地存在推力器暴露于大气、试验舱背溅射污染等诱发因素;栅极材料、电场强度、束流密度、溅射沉积物是决定推力器非预期电击穿本质特性的主要因素;击穿引发的阴极或放电室熄弧现象值得特别关注并应避免其发生。 展开更多

关键词 离子推力器 非预期电击穿 击穿频次 飞行应用 地面试验

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LIPS-200离子推力器非预期电击穿特性的初步分析 被引量：1

13

作者 张雪儿 张天平 +1 位作者 李得天 孟伟 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期41-48,共8页

离子推力器的非预期电击穿现象直接影响其工程应用的工作可靠性,基于地面寿命试验中比较完整的非预期电击穿事件基础数据,采用基础数据对比分析、威布尔模型统计分析、因果关联推断与分析等方法,对LIPS-200离子推力器在地面12000 h寿命... 离子推力器的非预期电击穿现象直接影响其工程应用的工作可靠性,基于地面寿命试验中比较完整的非预期电击穿事件基础数据,采用基础数据对比分析、威布尔模型统计分析、因果关联推断与分析等方法,对LIPS-200离子推力器在地面12000 h寿命试验中的非预期电击穿现象进行了初步研究,获得了平均击穿频次、击穿事件的时间分布、分类统计击穿周期的威布尔分布等量化结果。分析表明,地面试验中LIPS-200平均击穿频次明显低于NSTAR等产品的主要原因是LIPS-200具有较低的栅间电场强度;其击穿事件具有明显的累计工作时间分布特性;采用双参数威布尔统计分析方法可以得到不同影响因素及机理下的击穿特征周期和击穿频次变化趋势。 展开更多

关键词 统计分析 威布尔模型 非预期电击穿 离子推力器 数据对比

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变工况下自励磁模式LHT-60霍尔推力器放电特性试验研究 被引量：1

14

作者 陈新伟 高俊 +7 位作者 顾左 郭宁 王尚民 史楷 王倩楠 杨三祥 高军 耿海 《真空与低温》 2022年第1期106-114,共9页

针对低轨互联网星座轨道维持、寿命末期轨道提升任务需求,兰州空间技术物理研究所研制了口径为60 mm的LHT-60霍尔推力器。研究了LHT-60霍尔推力器变工况下的放电特性,进行了自励磁模式下,放电电压200~350 V、质量流量1.1~2.0 mg/s工况... 针对低轨互联网星座轨道维持、寿命末期轨道提升任务需求,兰州空间技术物理研究所研制了口径为60 mm的LHT-60霍尔推力器。研究了LHT-60霍尔推力器变工况下的放电特性,进行了自励磁模式下,放电电压200~350 V、质量流量1.1~2.0 mg/s工况的推力器工作特性试验。结果表明,推力器在各工况点均可稳定工作,工作参数为:推力8.3~35.1 mN、阳极比冲759~1787 s、阳极效率14.5%~46.4%、功率183~684 W、推功比36.5~56.5 mN/kW、电流利用效率64.2%~76.1%、质量利用率62.2%~81.1%、束流发散角58.2°~61.4°。离子电流密度沿推力器轴向逐渐减小,沿径向双极扩散。研究结果可为低轨互联网星座用霍尔推力器性能优化提供数据支持。 展开更多

关键词 自励磁模式 LHT-60霍尔推力器 变工况 电流利用效率 质量利用率

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LIPS-200离子推力器电子反流极限不确定度分析 被引量：1

15

作者 张雪儿 孟伟 李得天 《真空与低温》 2022年第1期66-71,共6页

针对延长离子推力器栅极极限寿命的恒定加速电压和步进调节加速电压两种优化方法的工程应用需求,结合现有LIPS-200离子推力器产品技术参数,基于电子反流极限的Williams解析表达并应用QMU工程方法,定量计算了LIPS-200离子推力器电子反流... 针对延长离子推力器栅极极限寿命的恒定加速电压和步进调节加速电压两种优化方法的工程应用需求,结合现有LIPS-200离子推力器产品技术参数,基于电子反流极限的Williams解析表达并应用QMU工程方法,定量计算了LIPS-200离子推力器电子反流极限的不确定度。计算结果表明:不确定度主要影响因素包括束流电子温度、加速栅孔初始直径、加速栅孔内聚焦束流的分布直径及电流大小、加速栅厚度、栅间距和束流电势的不确定度等。目前离子推力器电子反流极限不确定度最大为17.6 V、常规为7.4 V;通过采取降低主要影响参数不确定度的控制措施,电子反流极限不确定度可减小到最大为13.0 V、常规为5.1 V;若电子反流极限不确定度从15 V降低到10 V,离子推力器的优化极限寿命可延长570~885 h。 展开更多

关键词 电子反流极限 不确定度 极限寿命 离子推力器 优化方法

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离子推力器栅极非预期电击穿评述 被引量：1

16

作者 冉文亮 张天平 +1 位作者 赵志伟 李璇 《航天器环境工程》 北大核心 2022年第3期326-332,共7页

离子推力器栅极组件易发生非预期电击穿,不但影响离子推力器的工作稳定性与可靠性,还会对推力器栅极组件和电源造成严重危害,甚至导致其失效。文章从离子推力器地面试验现象出发,归纳评估非预期电击穿的击穿特性及机理,并在此基础上归... 离子推力器栅极组件易发生非预期电击穿,不但影响离子推力器的工作稳定性与可靠性,还会对推力器栅极组件和电源造成严重危害,甚至导致其失效。文章从离子推力器地面试验现象出发,归纳评估非预期电击穿的击穿特性及机理,并在此基础上归纳评估不同电击穿类型及其危害性,最后给出离子电推进电击穿的后续研究建议。 展开更多

关键词 离子推力器 非预期电击穿 真空放电 低气压放电 放电抑制

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空心阴极耦合放电的寿命损耗机理研究综述 被引量：1

17

作者 赵志伟 张天平 +1 位作者 冉文亮 李璇 《火箭推进》 CAS 2023年第1期1-11,共11页

空心阴极和离子推力器或霍尔推力器的耦合放电与其和平板阳极的独立放电有明显差异,主要表现为工作特性不同和寿命大幅缩短等。基于空心阴极的设计寿命与其在推力器中实际寿命显著不同的事实,归纳分析了空心阴极在推力器中寿命缩短的主... 空心阴极和离子推力器或霍尔推力器的耦合放电与其和平板阳极的独立放电有明显差异,主要表现为工作特性不同和寿命大幅缩短等。基于空心阴极的设计寿命与其在推力器中实际寿命显著不同的事实,归纳分析了空心阴极在推力器中寿命缩短的主要原因,总结了推力器中电场、磁场、背景中性气体密度等因素对空心阴极寿命的影响机理研究现状,并提出需要进一步深化的主要研究内容。 展开更多

关键词 空心阴极 耦合放电 离子推力器 霍尔推力器 等离子体

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考虑非预期电击穿的离子推力器可靠性分析

18

作者 李婧 冯杰 +1 位作者 王紫桐 贾艳辉 《真空与低温》 2022年第6期676-681,共6页

针对离子推力器服役过程中的非预期电击穿对可靠性的影响问题,首先进行了非预期电击穿的失效影响及综合风险评估,然后结合非预期电击穿导致的突发失效特征建立了基于δ冲击模型的离子推力器可靠性评估模型,最后以20 cm Xe离子推力器为例... 针对离子推力器服役过程中的非预期电击穿对可靠性的影响问题,首先进行了非预期电击穿的失效影响及综合风险评估,然后结合非预期电击穿导致的突发失效特征建立了基于δ冲击模型的离子推力器可靠性评估模型,最后以20 cm Xe离子推力器为例,在收集地面试验历史数据的基础上计算了考虑非预期电击穿的离子推力器可靠度随服役时间的关系。另外,综合考虑了由于栅极系统性能退化导致的退化型失效和由于非预期电击穿导致的突发型失效共存的情形,对离子推力器的整机可靠性评估进行了分析讨论。 展开更多

关键词 非预期电击穿 冲击模型 离子推力器 可靠度

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离子推力器寿命试验总结与展望 被引量：2

19

作者 张天平 张雪儿 +2 位作者 赵志伟 冉文亮 李璇 《真空与低温》 2022年第1期1-13,共13页

在充分调研国内外成熟度较高的离子推力器产品地面寿命试验的基础上,总结了关键失效磨损试验、工程型号寿命试验、产品极限寿命试验和综合评价寿命试验等四类离子推力器寿命试验的目的、方法、结果及应用。通过不同寿命试验方法之间、... 在充分调研国内外成熟度较高的离子推力器产品地面寿命试验的基础上,总结了关键失效磨损试验、工程型号寿命试验、产品极限寿命试验和综合评价寿命试验等四类离子推力器寿命试验的目的、方法、结果及应用。通过不同寿命试验方法之间、试验验证寿命与工程应用寿命之间、不同失效模式及其试验验证方法之间的对比分析,总结了各类寿命试验的成功经验和失败教训。结合现有寿命试验中存在的问题以及未来航天任务对寿命试验的新需求,展望了离子推力器寿命试验方法与技术的发展方向和突破点。 展开更多

关键词 寿命试验 离子推力器 寿命模型 经验总结

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离子推力器栅极极限寿命优化 被引量：2

20

作者 张雪儿 张天平 +1 位作者 李得天 孟伟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期442-450,共9页

离子推力器的极限寿命最终取决于栅极的极限寿命。针对LIPS-200离子推力器延长寿命到20000h以上的工程应用需求,在分析离子推力器极限寿命所对应关键失效模式及磨损机理的基础上,基于加速电压能够有效调节关键失效模式发展进程的工作机... 离子推力器的极限寿命最终取决于栅极的极限寿命。针对LIPS-200离子推力器延长寿命到20000h以上的工程应用需求,在分析离子推力器极限寿命所对应关键失效模式及磨损机理的基础上,基于加速电压能够有效调节关键失效模式发展进程的工作机制,提出了具有普适性的离子推力器栅极极限寿命优化的恒定加速电压方法和步进调节加速电压方法。结合LIPS-200离子推力器寿命试验的过程及最终结果数据,在完全继承推力器现有技术状态和成熟度的前提下,采用恒定加速电压方法可以将推力器的极限寿命从现有的14649h提高到17300h,采用步进调节加速电压方法可以将推力器极限寿命提高到20400h,从而实现LIPS-200延长寿命目标。 展开更多

关键词 极限寿命 离子推力器 优化方法 关键失效模式 加速电压

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