磁约束变比冲磁等离子体射频能量吸收转化机制及膨胀脱离过程研究

可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）的概念构想来源于磁约束核聚变，但并不包括聚变反应。利用螺旋波（HWP）产生等离子体，采用磁镜场约束并使用离子回旋共振加热（ICRH）技术使等离子体加热到极高温度，最后利用磁喷嘴的膨胀作用将能量转化为喷射动能，产生高比冲。通过改变HWP和ICRH的输入功率可实现比冲调节。与其他深空推进技术相比，比冲极高及可控制性具有不可替代的先进性和吸引力。本项目从粒子动力学和能量转换入手，针对磁约束下ICRH射频能量吸收转化机制和等离子体在磁喷嘴中加速膨胀、脱离并产生推力的过程进行研究，从而进一步明晰和掌握VASIMR的工作原理。通过建立粒子轨迹模型和PIC-MCC碰撞模型，对比分析两种模型的计算结果，研究主要的等离子体参数、及其影响到效率和比冲的规律，提出VASIMR性能的可控模型，最终从空间推进的角度给出这种新型推进装置技术上实现可行性的明确结论。