霍尔推力器等离子体放电振荡影响能量转换的机制研究

A Hall thruster is a kind of energy conversion devices which uses crossed electric and magnetic fields to convert the electric energy into kinetic energy of propellants. Because high energy conversion efficiency can effectively improve the payload of the satellite platform and system reliability, the improvement of energy conversion efficiency is one of core issues in the research of Hall thrusters Oscillations of discharge plasma in Hall thrusters is widely exist. From this point, the effects of plasma discharge oscillations and their coupling characteristics on the propellant ionization, ion acceleration, the dynamic process of the electron motion is studied in this project. The influence regularity of discharge plasma dynamic characteristics and energy conversion is investigated and the physical mechanism of plasma discharge oscillations influencing the energy conversion process is clarified. The results of this research work would provide a new perspective and guiding principles for the Hall thruster performance optimization.

霍尔推力器是利用电场和磁场共同作用将电能转换为工质动能的一种能量转换装置，提高霍尔推力器的能量转换效率能够有效提高卫星平台有效载荷，提高系统可靠性，是霍尔推力器研究的核心问题之一 本项目从霍尔推力器广泛存在的等离子体放电振荡现象出发，研究等离子体放电振荡及 其耦合特性对工质电离、离子加速、电子输运过程的影响，明确等离子体放电的动态特性对能量转换的影响规律，给出霍尔推力器等离子体放电振荡影响能量转换过程的物理机制，为霍尔推力器的性能提升提供新的视角和指导原则。

霍尔推力器是利用电场和磁场共同作用将电能转换为工质动能的一种能量转换装置，提高霍尔推力器的能量转换效率能够有效提高卫星平台有效载荷，提高系统可靠性，是霍尔推力器研究的核心问题之一。.本项目从等离子体放电振荡这一新的视角研究霍尔推力器能量转换问题，研究了等离子体放电振荡及其耦合特性对工质电离、离子加速、电子运动动态过程的影响，研究了霍尔推力器能量转换过程的影响因素，阐明霍尔推力器等离子体放电振荡影响能量转换过程的物理机制，给出霍尔推力器等离子体放电振荡与宏观性能的关系，提出霍尔推力器放电振荡全局抑制方法。通过项目的研究表明，霍尔推力器中的电离链式反应过程建立需要两个基础条件，物质基础即电离分布的建立需要有足够高的电子密度和中性原子密度；能量基础即电子需要有足够的能量才能电离中性原子，二者共同决定电离分布的位置宽度，进而决定低频振荡的频率和幅值，电离分布的位置与通道内电场分布的匹配决定离子加速的性能，低频振荡周期内离子能量分布和羽流聚焦与振荡关联，合理的外回路设计能够有效的利用动态电场控制放电振荡进而提高推力器的性能。通过本项目的研究为霍尔推力器的性能优化研究提供新的视角和指导原则，相关技术成果已经成功应用在在长征五号首发星我国首颗电推进卫星SJ-17中。