离子发动机栅极溅射腐蚀机理与寿命预示研究

离子发动机在轨工作寿命需要达到几万小时，加速栅极溅射腐蚀是制约其寿命的主要因素。在地面进行离子发动机的栅极寿命实验，时间、人力和资金投入是非常大的；通过模拟栅极腐蚀过程并对其进行评估，可以有效地预示离子发动机栅极寿命，从而大大减少投入。本项目采用数值仿真与理论分析相结合的方法。首先以PIC-MCC(单元内粒子-蒙特卡罗碰撞)方法为基础，模拟交换电荷离子的运动和行为，对离子发动机加速栅极溅射过程进行数值模拟，模拟出两种腐蚀模式下(即"pits and grooves坑槽"腐蚀模式与孔径扩大腐蚀模式)，栅极腐蚀后的形态，进而得到栅极寿命（即数值模型结果）。然后利用仿真程序分析各参数对栅极腐蚀状态及栅极寿命造成的影响，通过参数分析的结果总结出规律，建立寿命预示的参数模型。将数值模拟结果、参数模型结果与文献已有结果以及兰州物理研究所提供的实验数据相比较，验证两种模型的合理性和计算的准确性。