离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响

作者：孙明明; 耿海; 杨俊泰; 岳士超; 张文涛

来源：强激光与粒子束, 2021, 33(02): 110-116.

• 离子推力器
• 栅极腐蚀
• 束流
• 聚焦状态

为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响,建立了束流引出模型,并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算,最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示:束流正常聚焦时,在3 kW和5 kW两种工作模式下,加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10-15 kg/s及(1.22～1.26)×10-17 kg/s。在5 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到4.03×1017 m-3时,束流出现欠聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10-15 kg/s和4.02×10-15 kg/s;在3 kW工况下,当屏栅上游等离子体密度达到0.22×1017 m-3时,束流出现过聚焦现象,此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10-15 kg/s和5.01×10-15 kg/s。寿命试验结果表明,加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小,而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击,导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为,对屏栅小孔采用变孔径设计,是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下,CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率,并提升推力器工作寿命的有效措施。

• 单位
  兰州空间技术物理研究所