霍爾推力器，或將開啟太空探索的新篇章！

2020-10-18 博科園

現在人類對探索對太空旅行的興趣越發濃厚。然而，幾乎任何超越月球的任務，無論是載人的還是無人的，都將要求太空飛行器至少在數年內保持完全運行。霍爾推力器是一種推進系統，經常用於參與長期任務的飛船。俄羅斯莫斯科物理與技術研究所的安德烈·沙什科夫及其同事一項新研究表明，這些系統的運行壽命可以進一步延長，其研究成果發表在《歐洲物理期刊D》上。在真空中運行的太空飛行器速度或方向可以通過離子驅動來改變。

離子驅動通過加速陽離子來產生推力。霍爾推力器是一種離子驅動裝置，其加速度由電場提供，而不是化學燃料，建議僅用於3-5年以上的空間任務。目前這些通常涉及衛星。當這些推進器停止工作時，通常是由於推進劑引起的表面腐蝕；表面侵蝕模式取決於霍爾推力器通道中離子形成並加速的位置：電離和加速區域(IARs)。利用計算機模型研究了氣體流速和磁場大小的變化如何影響這些區域位置。然後，在一個真空實驗室規模的霍爾推力器上測量了這些參數，從而驗證了該研究發現。

重要的是，發現將電離和加速區域保持在相同最佳位置是可能的。已知靜止電離和加速區域可以延長霍爾推進器的壽命，這表明這些驅動器可以用於太空飛行器執行更長時間的任務：比月球遠很多倍。電離和加速區域的位置決定了衝蝕帶位置和推進器的最大流量。對於節流閥比較大的霍爾推力器，每一種工作模式下的電離區和加速區位置差異較大，難以提供多模式運行所需的吞吐量。本研究利用數值方法研究了工作模式變化引起的電離區和加速區位置的變化，採用1D3V混合pic數值模擬方法進行了數值研究。

結果表明，隨著氣體流量的增加和磁場減小，電離區和加速區明顯向上遊移動。此外，磁場梯度的增大使通道外電離區和加速區位置發生顯著變化。對數值模擬結果進行了實驗驗證。在一臺1.5 kW的霍爾實驗室推力器上進行了電子探針測量，驗證了加速度區域的趨勢。實驗室內2.3 kW霍爾推力器通道內氙氣最大光強的變化驗證了電離區位移。此外，實驗研究表明，當振蕩模式發生變化時，電離區和加速區會發生顯著的變化。

博科園｜研究/來自：Springer

參考期刊《歐洲物理期刊D》

DOI: 10.1140/epjd/e2019-90641-y

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