專利名稱：宇宙飛船推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及推進(jìn)器領(lǐng)域。推進(jìn)器用于推進(jìn)宇宙飛船，其典型的排氣速度為2km/s至大于50km/s，推力密度小于或約等于1N/m2。在缺乏推進(jìn)器可以推動(dòng)或依靠的任何物質(zhì)的時(shí)候，推進(jìn)器將依賴于宇宙飛船的質(zhì)量的一部分的噴射。噴射速度是用于評(píng)價(jià)推進(jìn)器效率的關(guān)鍵因素，通常應(yīng)該使其最大化。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了用于空間推進(jìn)器的各種手段。US-A-5 241 244公開(kāi)了一種所謂的離子?xùn)艠O推進(jìn)器。在這種裝置中，推進(jìn)氣體首先被電離，所得的離子被柵極之間產(chǎn)生的靜態(tài)電磁場(chǎng)加速。加速的離子用電子流中和。為了電離推進(jìn)氣體，該文件建議同時(shí)使用一磁調(diào)節(jié)和約束場(chǎng)以及一在磁場(chǎng)的ECR(電子回旋加速器諧振)頻率下的電磁場(chǎng)。FR-A-2799 576中公開(kāi)了一種類似的推進(jìn)器，電磁感應(yīng)被用于電離氣體。這種類型的推進(jìn)器的噴射速度約為30km/s，電功率為2,5kW的推力密度小于1N/m2。
這種類型的裝置的問(wèn)題之一是在加速柵極之間需要非常的電壓。另一問(wèn)題是由于離子碰撞而導(dǎo)致的柵極腐蝕。最后，中和器和柵極通常是非常敏感的裝置。
US-A-5 581 155公開(kāi)了一種霍耳效應(yīng)推進(jìn)器。這種推進(jìn)器也采用電磁場(chǎng)來(lái)加速正電粒子。這種類型的推進(jìn)器的噴射速度大約為15km/s，功率為1,3kW的推力密度小于5N/m2。與離子?xùn)艠O推進(jìn)器類似，同樣存在腐蝕的問(wèn)題且中和器的存在使得推進(jìn)器易于發(fā)生故障。
US-A-6 205 769或D.J.Sullivan等，微波共振腔電熱推進(jìn)器原型的進(jìn)展(Development of a microwave resonant cavity electrothermalthruster prototype)，IEPC 1993，n°36，337-354頁(yè)討論了微波電熱推進(jìn)器。這些推進(jìn)器依賴于微波場(chǎng)對(duì)推進(jìn)氣體的加熱。加熱氣體通過(guò)噴嘴噴射而產(chǎn)生推力。這種類型的推進(jìn)器的噴射速度約為9-12km/s，推力為從200至2000N。
D.A.Kaufman等，ECR等離子體推進(jìn)器的股流特性(Plumecharacteristic ofECR plasma thruster)，IEPC 1993 n°37，355-360頁(yè)和H.Tabara等，利用電子回旋加速器諧振等離子體加速器的空間等離子體模擬器的性能特征及其在材料和等離子體交感研究中的應(yīng)用(Performance characteristic of a space plasma simulator using an electroncyclotron resonance plasma accelerator and its application to material andplasma in interaction research)，IEPC 1997 n° 163，994-1000頁(yè)討論了ECR等離子體推進(jìn)器。在這種推進(jìn)器中，等離子體通過(guò)使用在磁噴嘴中的電子回旋加速器諧振產(chǎn)生。電子由磁偶極力矩軸向加速，產(chǎn)生一加速離子并產(chǎn)生推力的電場(chǎng)。換句話說(shuō)，等離子體沿磁場(chǎng)降低的場(chǎng)線自然流動(dòng)。這種類型的推進(jìn)器的噴射速度達(dá)35km/s。US-B-6 293 090討論了一種RF等離子體推進(jìn)器；它依據(jù)相同的原理工作，其主要的區(qū)別在于等離子體由低混合波產(chǎn)生，而不是利用ECR場(chǎng)。
US-B-6 334 302和F.R.Chang-Diaz，可變ISP等離子體火箭的設(shè)計(jì)特點(diǎn)(Design characteristic of the variable ISP plasma rocket)，IEPC1991，n°128，公開(kāi)了一種可變比脈沖磁等離子體推進(jìn)器(縮寫(xiě)VaSIMR)。這種推進(jìn)器利用了在串聯(lián)磁鏡位形中的等離子體注射、加熱和受控排出的三階段操作。等離子體源是螺旋發(fā)生器而等離子體加熱器是回旋加速器發(fā)生器。噴嘴是一放射狀發(fā)散磁場(chǎng)。如同在ECR或RF等離子體推進(jìn)器中，電離粒子沒(méi)有被加速，而是沿磁場(chǎng)降低的場(chǎng)線流動(dòng)。這種類型的推進(jìn)器的噴射速度約為10至300km/s，推力為50至1000N。
在一個(gè)不同的領(lǐng)域中，US-A-4 641 060和US-A-5 442 185討論了ECR等離子體發(fā)生器，其用于抽真空或離子注入。一種類似的等離子體發(fā)生器的另一實(shí)施例在US-A-3 160 566給出。
US-A-3 571 734討論了一種用于加速粒子的方法和裝置。其目的是產(chǎn)生一種用于聚變反應(yīng)的粒子束。氣體被注入一受到重疊的軸向和徑向磁場(chǎng)的圓柱形共振腔中。一在ECR頻率的電磁場(chǎng)被用于電離氣體。磁場(chǎng)強(qiáng)度沿腔的軸向降低，因此電離粒子沿此軸流動(dòng)。這種加速裝置還在Compte Rendu del′Académie des Sciences，十一月4，1963，卷257，2804-2807頁(yè)中公開(kāi)。這些裝置目的是產(chǎn)生用于聚變反應(yīng)的粒子束因而，噴射速度大約為60km/s，但推力密度非常低，通常低于1,5N/m2。US-A-3 425 902公開(kāi)了一種用于產(chǎn)生和約束電離氣體的裝置。磁場(chǎng)在腔室的兩端達(dá)到最大值，氣體在該兩端電離。
歐洲專利申請(qǐng)EP-03290712公開(kāi)了一種使用有質(zhì)動(dòng)力推力的推進(jìn)器。圖1是現(xiàn)有技術(shù)推進(jìn)器的橫截面示意圖。圖1的推進(jìn)器1依賴于電子回旋加速器諧振產(chǎn)生等離子體，并依賴于磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速該等離子體以產(chǎn)生推力。有質(zhì)動(dòng)力是由于高頻率電磁場(chǎng)的密度梯度而施加在等離子體上的作用力。H.Motz和C.J.H.Watson(1967)，電子學(xué)和電子物理進(jìn)展(Advances in electronics and election physics)23，153-302頁(yè)中討論了這種作用力。在無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，這種作用力可表示為對(duì)于一個(gè)粒子F=-q24mω2▿E2]]>對(duì)于ωp2=ne2meϵ0]]>的等離子體F=-ωp22ω2▿ϵ0E22]]>在非均勻磁場(chǎng)的存在下，這個(gè)作用力可表示為F=-q24mω(▿E2(ω-Ωc)-E2(ω-Ωc)2▿Ωc)-μ▿B]]>圖1的裝置包括一管2。該管具有一限定推力的軸的縱軸4；事實(shí)上，由推進(jìn)器1產(chǎn)生的推力沿此軸定向-盡管它可以如下文參照?qǐng)D10至13所解釋的來(lái)導(dǎo)向。管的內(nèi)部限定一室6，推進(jìn)氣體在該室6中電離和加速。
在圖1的實(shí)施例中，該管是一圓柱形管。它由非導(dǎo)電材料制成，以允許在室內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)；可以使用低介電常數(shù)的陶瓷、石英、玻璃或類似的材料。該管還可以由具有高二次電子發(fā)射率的材料制造，諸如BN、Al2O3、B4C。這增加了室中的電子密度并提高了電離。
該管沿推進(jìn)器1連續(xù)延伸，氣體在管的一端注入。然而，可以考慮各種形狀的管。例如，依據(jù)推進(jìn)器1的輸出所需的等離子體流量，在此實(shí)施例中為圓形的管的橫截面，可具有另一形狀。同樣，管沒(méi)有必要在注射器和推進(jìn)器1的出口之間連續(xù)延伸(在此情況下管可以由諸如鋼，W，Mo，Al，Cu，Th-W或Cu-W的金屬或合金制成，其也可摻入或涂覆氧化鋇或氧化鎂，或包含放射性同位素以促進(jìn)電離)如下文討論，等離子體不是由管約束，而是由在推進(jìn)器1中施加的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)約束。因而，管可包括兩個(gè)單獨(dú)的部分，同時(shí)室還是沿推進(jìn)器1在管的兩個(gè)部分之間延伸。
管的一個(gè)末端設(shè)有注射器8。如圖1的箭頭10所示，該注射器將可電離的氣體注入管中。氣體可包括惰性氣體Xe、Ar、Ne、Kr、He，諸如H2、N2、NH3、N2H2、H2O或CH4的化學(xué)化合物或甚至諸如Cs、Na、K或Li(堿金屬)或Hg的金屬。最經(jīng)常使用的為需要更少能量電離的Xe和H2。
推進(jìn)器1進(jìn)一步包括磁場(chǎng)發(fā)生器，其在腔6中產(chǎn)生一磁場(chǎng)。在圖1的實(shí)施例中，磁場(chǎng)發(fā)生器包括兩個(gè)線圈12和14。這些線圈在室6內(nèi)產(chǎn)生一磁場(chǎng)B，其縱向分量在圖2中示出。如圖2所示，磁場(chǎng)的縱向分量具有兩個(gè)最大值，其位置與線圈對(duì)應(yīng)。相應(yīng)于第一線圈12的第一最大值Bmax1位于接近注射器處。它僅用于約束等離子體，而對(duì)于推進(jìn)器1的操作不是必要的。然而，它具有縱向約束等離子體電子的優(yōu)點(diǎn)，從而由于磁瓶效應(yīng)而使電離更容易；此外，管的末端和注射器噴嘴受到保護(hù)而使其免于腐蝕。對(duì)應(yīng)于第二線圈14的第二最大值Bmax2，使其有可能在該室內(nèi)約束等離子體。它還使最大值上游的推進(jìn)器1的電離空間與第一最大值下游的加速空間分離。磁場(chǎng)在此最大值的縱向分量值可適于下述討論內(nèi)容。在兩個(gè)最大值之間-或注入氣體的第二最大值的下游，磁場(chǎng)具有較低值。在圖1的實(shí)施例中，磁場(chǎng)基本在室的中央具有最小值Bmin。
在推進(jìn)器1的電離空間中-在圖1的實(shí)施例的磁場(chǎng)的兩個(gè)最大值之間-磁場(chǎng)的徑向和直輻射的(orthoradial)分量-即磁場(chǎng)在垂直于推進(jìn)器1的縱軸的平面中的磁場(chǎng)分量-與推進(jìn)器1的操作沒(méi)有關(guān)聯(lián)；它們優(yōu)選地具有比磁場(chǎng)的縱向分量更低的強(qiáng)度。確實(shí)，它們可以通過(guò)導(dǎo)致室內(nèi)的離子和電子朝向壁的不必要的運(yùn)動(dòng)，而只會(huì)降低的推進(jìn)器1的效率。
在推進(jìn)器1的加速空間中-即圖1的實(shí)施例中磁場(chǎng)的第二最大值Bmax2的一個(gè)右側(cè)，即下游-磁場(chǎng)方向基本產(chǎn)生了推力的方向。因而，磁場(chǎng)優(yōu)選地沿推力的軸。磁場(chǎng)的徑向和直輻射的分量?jī)?yōu)選地盡可能小。
因而，在電離空間以及加速空間中，磁場(chǎng)優(yōu)選基本與推進(jìn)器1的軸平行。磁場(chǎng)和推進(jìn)器1的軸4之間的角度優(yōu)選地小于45°，更優(yōu)選小于20°。在圖1和圖2的實(shí)施例中，此角度基本為0°，以使圖2的曲線圖不僅相應(yīng)于沿推進(jìn)器1的軸畫(huà)出的磁場(chǎng)強(qiáng)度，還相應(yīng)于磁場(chǎng)的軸向分量。
由磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度-即Bmaxi、Bmax2和Bmin值-優(yōu)選地選擇如下。最大值選擇為允許等離子體的電子約束在室中；鏡比例Bmax/Bmin的值越高，電子在室中的約束越好。值的選擇可以依據(jù)所需的(質(zhì)量流量)推力密度和電磁電離場(chǎng)的功率(或某一給定的流量的功率)，以使90％或更多的氣體在通過(guò)磁場(chǎng)的第二峰后電離。低Bmin值依賴于線圈的位置。除了圖4和圖5的實(shí)施方案，它沒(méi)有很多相關(guān)性。從瓶中損失的電子百分?jǐn)?shù)可表示為 對(duì)于給定的質(zhì)量流量，和對(duì)于給定的推力，較小的α損失對(duì)于相同的流量和電離分?jǐn)?shù)，允許降低電離功率。
此外，磁場(chǎng)優(yōu)選地選擇為使離子對(duì)磁場(chǎng)最不敏感。換句話說(shuō)，磁場(chǎng)值足夠低，以使推進(jìn)氣體的離子不由或基本不由磁場(chǎng)偏離。這個(gè)條件允許推進(jìn)氣體的離子基本在一直線中通過(guò)管飛行，并提高了推力。定義離子回旋加速器頻率為fICR＝q.Bmax/2πM離子定義為未磁化的，如果離子回旋加速器頻率遠(yuǎn)小于離子碰撞頻率(或它們的比離子霍爾參數(shù)小于1)的話fICR<<f離子碰撞其中q是電荷，M是離子質(zhì)量，Bmax是磁場(chǎng)最大值。在此約束條件中，fICR是離子回旋加速器諧振頻率，且是離子繞磁場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)的頻率；此約束條件代表的事實(shí)是，相對(duì)于碰撞周期，室中的回旋時(shí)間是如此之長(zhǎng)，以致于離子的運(yùn)動(dòng)基本沒(méi)有由于磁場(chǎng)而變化，f離子碰撞的定義，如其本身所知，為f離子碰撞＝N.σ.VTH其中N是電子的體密度，σ是電子-離子碰撞橫截面，而VTH是電子熱速率。熱速率可表示為VTH=kTme]]>其中k是微觀玻爾茨曼常數(shù)，T是溫度，而mc是電子質(zhì)量，f離子碰撞表示在密度為N和溫度為T(mén)的電子云中，一個(gè)離子每秒的碰撞數(shù)。
優(yōu)選地，選擇磁場(chǎng)的最大值以使fICR＜f離子碰撞/2或甚至fICR＜f離子碰撞/10因而，推進(jìn)器1中的離子回旋加速器諧振周期至少比室中，或推進(jìn)器1中的離子碰撞周期長(zhǎng)兩倍。
從下文給出的數(shù)字實(shí)例可見(jiàn)，當(dāng)在推進(jìn)器1的電離空間內(nèi)具有足夠的氣體約束時(shí)，這仍有可能。離子對(duì)磁場(chǎng)通常不敏感的事實(shí)首先有助于聚焦離子和電子束到推進(jìn)器1的輸出端，因而增加了通過(guò)量。此外，這避免了離子在離開(kāi)推進(jìn)器1后保持與磁場(chǎng)線關(guān)聯(lián)(attach)；這確保了產(chǎn)生凈推力。
推進(jìn)器1進(jìn)一步包括電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器在室6中產(chǎn)生電磁場(chǎng)。在圖1的實(shí)施例中，電磁場(chǎng)發(fā)生器包括分別位于線圈12和線圈14附近的一第一共振腔16和一第二共振腔18。第一共振腔16適于在腔內(nèi)產(chǎn)生一振蕩電磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的兩個(gè)最大值之間，或至少在最大值Bmax2含注射器的一側(cè)，即上游。所述振蕩場(chǎng)是電離場(chǎng)，其頻率fE1在微波范圍內(nèi)，即在900MHz和80GHz之間。電磁場(chǎng)的頻率優(yōu)選地適于磁場(chǎng)的局部值，以使電離的重要或基本部分是由于電子回旋加速器諧振。具體地，對(duì)于給定的磁場(chǎng)值Bres，電子回旋加速器諧振頻率fECR由下式給出fEcR＝eBres/2πm其中e為電荷，而m為電子質(zhì)量。電磁場(chǎng)的這個(gè)頻率值適于最大化由電子回旋加速器諧振的推進(jìn)氣體的電離。優(yōu)選地，電磁場(chǎng)fE1的頻率值等于計(jì)算的ECR頻率，在此處應(yīng)用的電磁場(chǎng)是最大值。當(dāng)然，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度沿軸變化且由于電磁場(chǎng)是局部而不是在一單個(gè)點(diǎn)上施加，這僅僅是近似值。
也可以選擇不精確等于此優(yōu)選值的頻率值；相對(duì)于ECR頻率的±10％的范圍是優(yōu)選的?！?％的范圍給出更好的結(jié)果。還優(yōu)選當(dāng)穿越電離空間或室時(shí)，至少50％的推進(jìn)氣體被電離。這樣的量的電離氣體僅在使用ECR電離時(shí)，才是可能的；如果電磁場(chǎng)頻率的變化超過(guò)上述給出的±10％的范圍，推進(jìn)氣體的電離程度就很可能下降到比50％的優(yōu)選值低得多。
電離空間中的電磁場(chǎng)的電分量的方向優(yōu)選地垂直于磁場(chǎng)方向；在任何位置，局部磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)的局部振蕩電分量之間的角度優(yōu)選在60和90°之間，優(yōu)選地在75和90°之間。這適于最優(yōu)化ECR電離。在圖1的實(shí)施例中，電磁場(chǎng)的電分量為直輻射的或徑向的它包含在垂直于縱軸的平面中，且與此平面中的一穿過(guò)所述軸的直線正交；這可以通過(guò)選擇共振腔內(nèi)的共振模而簡(jiǎn)單地獲得。在圖1的實(shí)施例中，電磁場(chǎng)在模TE111中共振。直輻射的場(chǎng)具有的優(yōu)點(diǎn)還有改善電離空間中等離子體的約束并限制與室壁的接觸。電磁場(chǎng)的電分量的方向可根據(jù)此優(yōu)選的直輻射的方向改變；優(yōu)選地，電磁場(chǎng)和直輻射的方向之間的角度小于45°，更優(yōu)選地小于20°。
在加速空間中，電磁場(chǎng)的頻率還優(yōu)選地選擇為接近或等于ECR頻率。如上文給出的第二方程所示，這將允許磁化的有質(zhì)動(dòng)力的強(qiáng)度在電磁場(chǎng)最大值的兩側(cè)都得到加速。此外，電磁力的頻率不需要與ECR頻率準(zhǔn)確地相同。與上述相同的范圍適用于頻率及磁場(chǎng)與電磁場(chǎng)之間的角度。應(yīng)該注意，在此階段，用于電離和加速的電磁場(chǎng)的頻率可以相同這簡(jiǎn)化了電磁場(chǎng)發(fā)生器，因?yàn)橄嗤奈⒉òl(fā)生器可用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)共振腔。
此外，優(yōu)選地，電磁場(chǎng)的電分量完全為徑向或直輻射的，以最大化磁化的有質(zhì)動(dòng)力。另外，電磁場(chǎng)的直輻射的電分量會(huì)將等離子體束聚焦在推進(jìn)器1的出口處。電磁場(chǎng)的電分量和徑向或直輻射方向之間角度再次優(yōu)選地小于45°或更好地，小于20°。
圖2是沿圖1的推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；磁場(chǎng)的強(qiáng)度和電磁場(chǎng)的強(qiáng)度畫(huà)在垂直軸上。沿推進(jìn)器1的軸的位置畫(huà)在水平軸上。如上文討論，磁場(chǎng)強(qiáng)度-其通常與推進(jìn)器1的軸平行-具有兩個(gè)最大值。電磁場(chǎng)的電分量的強(qiáng)度具有位于第一共振腔的中間平面中的第一最大值Emax1和位于第二共振腔的中間平面中的第二最大值Emax2。第一最大值的強(qiáng)度值與電離腔內(nèi)的質(zhì)量流量一起選擇。第二最大值的值可適于推進(jìn)器1的出口處所需的Isp。在圖2的實(shí)施例中，電磁場(chǎng)的第一最大值和第二最大值的頻率相等確實(shí)，共振腔是相同的，且由相同的微波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)。在圖2的實(shí)施例中，沿推進(jìn)器1軸的原點(diǎn)在注射器的噴嘴處。
下述值例證了本發(fā)明。氣體的流量是6mg/s，總微波功率大約為1550W，其相應(yīng)于～350W用于電離，～1200W用于加速至推力為約120mN。微波頻率大約為3GHz。因此磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值可為約180mT，最小值可為～57mT。圖2還示出了磁場(chǎng)在共振腔所在位置處的值Bres。如上文討論的，電磁場(chǎng)的頻率優(yōu)選地等于相應(yīng)的ECR頻率eBres/2πm。
下述數(shù)值是提供噴射速度約20km/s和推力密度高于100N/m2的推進(jìn)器1的示例。管是BN管，內(nèi)徑為40mm，外徑為48mm，長(zhǎng)度為of 260mm。注射器供應(yīng)Xe，進(jìn)入管的速率為130m/s，質(zhì)量流量為～6mg/s。
磁場(chǎng)的第一最大值Bmax1位于距離注射器的噴嘴XB1＝20mm處；磁場(chǎng)的強(qiáng)度Bmax1為～180mT。電磁場(chǎng)的第一共振腔位于距離注射器的噴嘴XE1＝125mm處；磁場(chǎng)強(qiáng)度E1為～41000V/m。磁場(chǎng)的第二最大值Bmax2位于距離注射器的噴嘴xB2＝170mm處；磁場(chǎng)的強(qiáng)度Bmax2為～180mT。電磁場(chǎng)的第二共振腔位于距離注射器的噴嘴XE2＝205mm處；磁場(chǎng)強(qiáng)度E2為～77000V/m。
-大約90％的進(jìn)入加速空間(X＞xB2)的氣體被電離。
-fICR為15，9MHz，因?yàn)閝＝e而M＝130amu。因而，離子霍爾參數(shù)為0,2，這樣大部分離子都對(duì)磁場(chǎng)不敏感。
這些值是示范性的。它們表明本發(fā)明推進(jìn)器1有可能同時(shí)提供高于15km/s的噴射速度和高于100N/m2的推力密度。就過(guò)程而言，圖1的推進(jìn)器1操作如下。將氣體注入腔內(nèi)。然后氣體受到第一磁場(chǎng)和第一電磁場(chǎng)，并因此至少部分電離。所述部分電離的氣體然后越過(guò)磁場(chǎng)的峰值。然后受到由于磁化的有質(zhì)動(dòng)力將其加速的第二磁場(chǎng)和第二電磁場(chǎng)。電離和加速分開(kāi)且先后發(fā)生，并且是獨(dú)立可控的。
然而，此處限定的推進(jìn)器依賴于ECR進(jìn)行電離，在圖1的實(shí)施例中，如上所示，推進(jìn)器還依賴于線圈產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)。即使ECR是電離氣體的非常好的方法，它還是會(huì)難于開(kāi)始這種放電。它也會(huì)難于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。此外，使用線圈產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)非常耗能。此外，線圈在推進(jìn)器外產(chǎn)生磁場(chǎng)，這會(huì)顯著地導(dǎo)致對(duì)其它裝置的干擾或甚至損壞它們。此外，除非線圈由超導(dǎo)材料制成，它們還產(chǎn)生熱量。因而它們對(duì)推進(jìn)器的能量效率具有負(fù)面影響，并由于它們需要額外的熱量控制系統(tǒng)而對(duì)總系統(tǒng)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面作用。
因而，需要一種具有良好的噴射速度和多功能性的推進(jìn)器。還需要一種易于制造的推進(jìn)器。此外，需要這樣一種推進(jìn)器，它比現(xiàn)有技術(shù)更為堅(jiān)固、更易于使用、更輕。還需要一種具有更少的發(fā)熱問(wèn)題和不易發(fā)生故障的推進(jìn)器。這需要裝置通過(guò)應(yīng)用定向體積力(body force)加速兩種粒子至高速。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種推進(jìn)器，具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，以及-阻礙裝置，所述阻礙裝置位于注射器下游、主室上游，適于部分阻礙主室。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，其中所述注射的可電離的氣體是推進(jìn)器周圍的氣體。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-注射器至少包括壓縮室；-注射器至少包括膨脹室；在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；
-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，其中所述注射器適于注射離子發(fā)生器位置處的可電離的氣體。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-注射器適于通過(guò)至少一狹通道向主室內(nèi)注射可電離的氣體。
-注射器適于通過(guò)至少一孔向主室內(nèi)注射可電離的氣體。
-注射器適于至少在沿主室的一個(gè)位置處向主室內(nèi)注射可電離的氣體。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中第一磁場(chǎng)發(fā)生器線圈較少(coil less)。
所述推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-推進(jìn)器包括第一磁電路，所述第一磁電路由磁介電常數(shù)大于真空介電常數(shù)的材料制成，且適于產(chǎn)生基本平行于主室軸的磁場(chǎng)。
-磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)磁體。
-磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)電磁體。
-推進(jìn)器包括至少一個(gè)第二磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第二磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)并沿磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的軸產(chǎn)生磁瓶效應(yīng)。
-第二磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)線圈。
-第二磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)基本軸向極化的磁體。
-第二磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)基本軸向極化的電磁體。
-推進(jìn)器包括第三磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第三磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第三磁場(chǎng)，所述第三磁場(chǎng)沿所述軸具有至少一個(gè)第三最大值，所述第三磁場(chǎng)發(fā)生器至少部分重疊磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)。
-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和第三磁場(chǎng)發(fā)生器具有第一共同復(fù)繞(compound)。
-第一共同復(fù)繞包括至少一個(gè)磁體。
-推進(jìn)器包括第四磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第四磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第四磁場(chǎng)，所述第四磁場(chǎng)沿所述軸具有至少一個(gè)第四最大值，所述第四磁場(chǎng)發(fā)生器在第三磁場(chǎng)發(fā)生器的下游。
-第四磁場(chǎng)發(fā)生器和第三磁場(chǎng)發(fā)生器具有第二共同復(fù)繞。
-第二共同復(fù)繞包括至少一個(gè)磁體。
-第二共同復(fù)繞包括至少一個(gè)電磁體。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及-第五磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第五磁場(chǎng)發(fā)生器適于改變磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)內(nèi)的磁場(chǎng)方向。
-第五磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)電磁體。
-第五磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)磁體。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及-第六磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第六磁場(chǎng)發(fā)生器適于約束磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的電離氣體。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及-保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置適于保護(hù)推進(jìn)器的至少兩個(gè)復(fù)繞。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-所述保護(hù)裝置包括至少一個(gè)格柵(grid)。
-所述保護(hù)裝置包括至少一個(gè)板。
-所述保護(hù)裝置包括至少一個(gè)條棒(bar)。
-所述保護(hù)裝置包括至少一個(gè)沿軸的網(wǎng)。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及-至少一個(gè)共振腔；-其中所述電磁場(chǎng)發(fā)生器適于控制共振腔的模。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-電磁場(chǎng)發(fā)生器進(jìn)一步包括外殼，所述外殼適于在共振腔內(nèi)產(chǎn)生電磁駐波。
-外殼適于至少部分容納共振腔。
-推進(jìn)器包括共振腔內(nèi)的固體材料裝置，所述固體材料裝置適于控制共振腔的模。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器包括至少一個(gè)金屬性表面，所述金屬性表面的功函數(shù)大于推進(jìn)劑的第一電離電勢(shì)。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器包括至少一個(gè)電子發(fā)射器。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器包括至少兩個(gè)在主室內(nèi)的電極，所述至少兩個(gè)電極具有不同的電勢(shì)。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-所述至少兩個(gè)電極包括一環(huán)狀陽(yáng)極和兩個(gè)適于分別在環(huán)狀陽(yáng)極的上游和下游的環(huán)狀陰極。
-推進(jìn)器包括第七磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第七磁場(chǎng)發(fā)生器適于至少在所述至少兩個(gè)電極之間產(chǎn)生第七磁場(chǎng)。
-第七磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生包括至少兩個(gè)電極的磁瓶。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及-冷卻裝置，所述冷卻裝置適于從推進(jìn)器的至少一個(gè)復(fù)繞除去熱量。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器適于融化和電離固體推進(jìn)劑。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-離子發(fā)生器包括至少兩個(gè)適于沿所述固體推進(jìn)劑的表面釋放電流脈沖的電極。
-推進(jìn)器包括至少一個(gè)適于聚焦在所述固體推進(jìn)劑表面的輻射源。
-推進(jìn)器包括至少一個(gè)適于聚焦在所述固體推進(jìn)劑表面的電子束源。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器包括至少一個(gè)適于在主室內(nèi)施加交變電磁場(chǎng)的電磁場(chǎng)發(fā)生器。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)-所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器包括電容耦合電極。
-所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器包括感應(yīng)耦合線圈。
-推進(jìn)器包括第九磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第九磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第九靜磁場(chǎng)，注射氣體在第九靜磁場(chǎng)被電離。
-推進(jìn)器包括第十磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第十磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生基本平行于主室軸的第十磁場(chǎng)發(fā)生器，且其中所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器包括至少一個(gè)螺旋天線。
-離子發(fā)生器包括至少一個(gè)電子發(fā)射器。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了一種推進(jìn)器，其具有-限定推力的軸的主室；-適于向主室內(nèi)注射可電離的氣體的注射器；-適于電離主室內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器；以及-第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器和電磁場(chǎng)發(fā)生器適于沿所述軸上的推力方向在所述離子發(fā)生器下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器包括至少一個(gè)波長(zhǎng)小于5mm的輻射源，且適于將電磁束聚焦在焦點(diǎn)上。
推進(jìn)器還可具有下述特征中的一個(gè)或多個(gè)
-離子發(fā)生器適于聚焦在主室內(nèi)。
-推進(jìn)器包括一管，所述管至少部分地包括主室，且其中所述離子發(fā)生器適于聚焦在管壁。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種系統(tǒng)，其包括-至少一個(gè)推進(jìn)器；-至少一個(gè)微波能源，所述微波能源適于對(duì)所述至少一個(gè)推進(jìn)器供能。
所述系統(tǒng)可進(jìn)一步具有下述特征之一-所述至少一個(gè)微波能源適于用作衛(wèi)星的微波通訊。
-所述至少一個(gè)微波能源適于用作衛(wèi)星的數(shù)據(jù)交換。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種系統(tǒng)，其包括-宇宙飛船主體；-至少一個(gè)推進(jìn)器，所述至少一個(gè)推進(jìn)器適于定向和/或旋轉(zhuǎn)所述宇宙飛船主體。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了用于產(chǎn)生推力的方法，其包括-向主室內(nèi)注射氣體；-部分阻礙所述主室；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體。
所述方法可進(jìn)一步具有下述特征之一-所述方法在注射步驟之前包括對(duì)推進(jìn)器周圍氣體的壓縮步驟。
-所述方法在注射步驟之前包括對(duì)推進(jìn)器周圍氣體的膨脹步驟。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括
-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中第一磁場(chǎng)的施加不使用線圈。
所述方法可進(jìn)一步具有下述特征之一-所述方法包括在對(duì)氣體施加第一磁場(chǎng)之后、對(duì)氣體施加加速電磁場(chǎng)之前，施加第二磁場(chǎng)的步驟，以在加速電磁場(chǎng)的上游產(chǎn)生磁瓶效應(yīng)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；-隨后對(duì)氣體施加第五磁場(chǎng)，以改變上游第一磁場(chǎng)的方向。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；-隨后對(duì)氣體施加第六磁場(chǎng)，以約束磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的電離氣體。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中所述電離步驟進(jìn)一步包括在主室內(nèi)施加交變電磁場(chǎng)的步驟。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括
-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中所述電離步驟進(jìn)一步包括在主室內(nèi)施加波長(zhǎng)小于5mm的交變電磁場(chǎng)的步驟，以將一電磁束聚焦在焦點(diǎn)上。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種方法，其包括-向主室內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；-電離至少部分所述氣體；-隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中所述電離步驟進(jìn)一步包括用電子轟擊氣體的步驟。


現(xiàn)將通過(guò)非限制性的實(shí)施例，以及參照附圖的方式描述本發(fā)明的一個(gè)推進(jìn)器，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的推進(jìn)器的橫截面示意圖；圖2是沿圖1的推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖3-9是依據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖；圖10是沿圖9推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖11是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖；圖12是沿圖11推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖13是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖；圖14是沿圖13推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖15是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖；圖16是沿圖15推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖17至圖20是推進(jìn)器的各種實(shí)施方案的示意圖，它允許改變推力的方向；圖21是推進(jìn)器的另一實(shí)施方案的示意圖；
圖22是依據(jù)圖21的推進(jìn)器的一個(gè)推進(jìn)器的橫截面的示意圖；圖23是圖21的推進(jìn)器的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖；圖24是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面示意圖；圖25是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的示意圖；圖26是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面示意圖；圖27-39是依據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案的推進(jìn)器的各種離子發(fā)生器124的橫截面示意圖；圖40是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先，推進(jìn)劑定義為其噴出產(chǎn)生推力的材料。例如，推進(jìn)劑可以是氣體。也可以是固體。
圖3是依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的推進(jìn)器1的橫截面示意圖。圖3的推進(jìn)器1包括適用于部分阻擋主室6的、在注射器8和主室6之間的阻礙裝置50。換句話說(shuō)，圖3公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于在主室6內(nèi)電離注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及第五，阻礙裝置50，所述阻礙裝置50位于注射器8的下游和主室6的上游，并適用于部分阻礙主室6。這使得注射的氣體在從阻礙裝置旁邊通過(guò)而在進(jìn)入主室之前首先由阻礙裝置反射。反射后，氣體返回朝向主室的下游運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樯嫌蔚膲毫Ω哂谙掠巍＿@提高了主室6中的流動(dòng)的勻一性，并限制了主室6中的中性原子密度的梯度，可以期望這在能量電子同樣或多或少地在電離區(qū)域中均勻分布的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)。阻礙裝置50由非導(dǎo)電材料制成，以允許在主室6內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)；可以使用低介電常數(shù)的陶瓷、石英、玻璃或類似的材料。因此磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)受到更少的干擾。阻礙裝置50的形狀適應(yīng)于在推進(jìn)器1出口處的所需的等離子體流。因此其形狀適應(yīng)于例如管2的形狀。在圖3的實(shí)施例中，阻礙裝置50包括兩個(gè)部分阻礙主室的部分(compounds)。第一阻礙裝置50是一盤(pán)51。第二阻礙裝置50是環(huán)隔膜49。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1橫截面的示意圖。圖4的推進(jìn)器1包括一靜化室(quieting chamber)48。換句話說(shuō)，圖4公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及第五，一靜化室48，所述靜化室48位于注射器8的下游和主室6的上游，其中靜化室48適用于容納可電離的氣體。靜化室48位于主室6的上游。此靜化室48具有保護(hù)注射器噴嘴免于高能電子的優(yōu)點(diǎn)，所述高能電子可通過(guò)由磁場(chǎng)的第一最大值Bmax1產(chǎn)生的屏障。這樣的靜化室48將改善主室6中流動(dòng)的均勻度并限制了室中的密度梯度。這樣的靜化室48可以連接到阻礙裝置以改善主室中流動(dòng)的均勻度并限制了室中的密度梯度。當(dāng)靜化室48與阻礙裝置50相連時(shí)，靜化室48位于阻礙裝置50的上游。
圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1的橫截面示意圖。圖5的推進(jìn)器1包括一加壓室58。加壓室58是一注射器8。這種加壓室58適于例如通過(guò)改變溫度而將推進(jìn)劑加壓至所需的壓力。也可通過(guò)機(jī)械地降低封閉室的體積而將推進(jìn)劑加壓至所需的壓力。也有可能以連續(xù)方式壓縮氣體這種加壓室58具有上游連通裝置59和下游連通裝置61；上游連通裝置59的表面積總和大于下游孔的表面積總和。因而，這種加壓室58在流方向可基本為匯聚形狀。在圖5的實(shí)施例中，加壓室為錐形。這允許推進(jìn)器1周圍的氣體，例如大氣氣體得到壓縮。在包括推進(jìn)器的宇宙飛船的情況下，推進(jìn)器周圍的氣體是推進(jìn)器外部的氣體，即宇宙飛船外部的氣體。這種氣體的壓縮是為了在主室的上游獲得所需的壓力和密度。這種壓力和密度適于推進(jìn)器的操作條件，即所需的推力和比推力。因而，沒(méi)有必要儲(chǔ)存推進(jìn)劑。這種壓縮室可用于極度稀薄條件下的高層大氣氣體或甚至使用行星間等離子體，也即太陽(yáng)風(fēng)。在更低高度下，大氣氣體的壓力高于推進(jìn)器1所需的壓力。
圖6是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1的橫截面示意圖。圖6的推進(jìn)器1包括一膨脹室。膨脹室60是一注射器8。這種室具有上游連通裝置59和下游連通裝置61。下游連通裝置61的表面積總和大于上游連通裝置59的表面積總和。因而，這種膨脹室60在流方向基本為匯聚形狀。這允許膨脹推進(jìn)器1周圍的氣體，例如大氣氣體，以在主室6的上游獲得所需的壓力和密度。從而，免除了推進(jìn)劑的儲(chǔ)存。這種膨脹室可用于大氣氣體的壓力和密度大于需要的壓力情況下的大氣氣體。上游連通裝置59可以是膨脹室60壁上的孔。上游連通裝置59可通過(guò)閥門(mén)控制。
換句話說(shuō)，圖5和圖6公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中注射的可電離的氣體是推進(jìn)器1周圍的氣體。再次，這抑制或降低了儲(chǔ)存推進(jìn)劑的必要性。
圖7是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1的橫截面示意圖。圖7的推進(jìn)器1包括一注射器8，所述注射器8適于向主室6的電離區(qū)域內(nèi)直接注射可電離的氣體。換句話說(shuō)，圖7公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中注射器8適用于向在主室6中施加電離場(chǎng)的地方注射可電離的氣體。這具有向主室6中激發(fā)電子的密度最大處注射可電離氣體的優(yōu)點(diǎn)。因而，電離碰撞頻率更大。
這種注射可通過(guò)主室6的管2壁上的狹通道54完成。這提高了注射氣體的均勻度，因?yàn)樽⑸涞臍怏w流由于狹通道而具有相同的對(duì)稱性。注射還可通過(guò)主室6的管2壁上的至少一個(gè)孔56完成。這也提高了電離效率，因?yàn)樽⑸錃怏w的壓力流使得能在主室6內(nèi)更快地達(dá)到高激發(fā)電子密度的區(qū)域的中心。在圖7的實(shí)施例中，氣體通過(guò)主室6的電離區(qū)域內(nèi)的一狹通道54和一孔56注射。當(dāng)激發(fā)電子在電離區(qū)域內(nèi)分布不均勻時(shí)，通過(guò)在與激發(fā)電子分布最大的相同的位置增加中性原子密度，提高了電離效率。因此，提高了總推進(jìn)器能量效率。
圖8是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1橫截面的示意圖。圖8的推進(jìn)器1包括一注射器8，所述注射器8適于沿主室6向主室6內(nèi)注射可電離的氣體。這限制了上游注射對(duì)軸向均勻度的影響。因而，這提高了沿主室6的氣體均勻度。在圖8的實(shí)施例中，氣體通過(guò)在管2的壁中有規(guī)則地間隔分布的孔注射。
圖9依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器1的橫截面示意圖。圖10是沿圖9推進(jìn)器1的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖。圖9的推進(jìn)器1包括第一，一限定推力的軸4的主室6。它還包括適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8。此外，它包括一適于產(chǎn)生磁場(chǎng)的第一磁場(chǎng)發(fā)生器12，所述磁場(chǎng)沿軸4具有至少一個(gè)第一最大值，所述磁場(chǎng)基本為軸向并沿軸4降低。此外，它包括一離子發(fā)生器124，所述離子發(fā)生器124適用于在主室6內(nèi)所述第一最大值的下游產(chǎn)生一電離區(qū)域，以及所述微波電離場(chǎng)下游的磁化有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)。換句話說(shuō)，圖9公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14線圈較少。這允許利用基本沿軸降低的磁場(chǎng)而使用推進(jìn)器1有質(zhì)動(dòng)力。這允許使用磁體和電磁體而不是線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)發(fā)生器12，從而避免了線圈的質(zhì)量和發(fā)熱的缺點(diǎn)。
在此實(shí)施方案中，推進(jìn)器1可包括一由比真空的磁導(dǎo)率更大的材料制成的磁路68。這允許在有用的位置有效地應(yīng)用磁場(chǎng)。此外，它防止了推進(jìn)器外可能干擾其它宇宙飛船子系統(tǒng)的大的彌散場(chǎng)。這還使得電磁體利用更少的動(dòng)力在需要的位置產(chǎn)生類似的磁場(chǎng)。磁路68適于產(chǎn)生與主室6的軸基本平行的磁場(chǎng)。這具有產(chǎn)生并提高有質(zhì)動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。此磁路68的磁場(chǎng)是向下游發(fā)散的。這允許下游等離子體更容易地離開(kāi)磁場(chǎng)。因而，這減少了等離子體束的發(fā)散并因而提高了推力。磁路可以是不連續(xù)的。也就是說(shuō)，磁路可包括相對(duì)磁導(dǎo)率等于真空的區(qū)域或元件。磁路的形狀適于推進(jìn)器出口所需的等離子體流。因此該形狀適于例如管2的形狀。這種磁路68的另一優(yōu)點(diǎn)是其可使用的復(fù)繞。
磁場(chǎng)發(fā)生器12、14可包括至少一個(gè)磁體64。磁體64具有顯著優(yōu)于線圈或者電磁體的優(yōu)點(diǎn)，不依賴于任何能源且不發(fā)熱。磁場(chǎng)發(fā)生器12、14也可至少一個(gè)電磁體64。電磁體66具有顯著優(yōu)于線圈的優(yōu)點(diǎn)，其消耗更少的電能且發(fā)熱較少。電磁體66還具有由于磁體64的優(yōu)點(diǎn)，即可以控制。
圖11依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面的示意圖。圖12是沿圖11推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖。圖11的推進(jìn)器包括至少一個(gè)適用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的第二磁發(fā)生器70，所述磁場(chǎng)與第一磁場(chǎng)疊加，產(chǎn)生沿軸4的磁場(chǎng)強(qiáng)度的至少一個(gè)第二最大值，所述第二最大值在所述第一最大值的下游和磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的上游。換句話說(shuō)，圖11公開(kāi)了推進(jìn)器1，進(jìn)一步包括至少一第二磁場(chǎng)發(fā)生器70，所述第二磁場(chǎng)發(fā)生器70適于產(chǎn)生一磁場(chǎng)并沿軸4在磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的上游產(chǎn)生一磁瓶效應(yīng)。確實(shí)，這種磁場(chǎng)發(fā)生器允許產(chǎn)生磁瓶效應(yīng)。確實(shí)，第二磁場(chǎng)最大值在第一磁場(chǎng)最大值的下游和磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的上游產(chǎn)生。換句話說(shuō)，第二磁場(chǎng)發(fā)生器70產(chǎn)生一沿軸4的場(chǎng)，其與由第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14產(chǎn)生的場(chǎng)具有相同的方向。因而，通過(guò)在磁場(chǎng)第二最大值的垂直(plumb)方向上加入第二磁場(chǎng)發(fā)生器70，這允許增加軸4上、第一磁場(chǎng)最大值下游和磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的總磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此，主室6不由管2的壁限制，而由磁場(chǎng)線限制。這通過(guò)限制與室的實(shí)際材料壁碰撞的電子和離子的流量而增加了總的推進(jìn)器能量效率。如圖10的實(shí)施例，這種第二磁場(chǎng)發(fā)生器70可以通過(guò)使用線圈實(shí)現(xiàn)，其能量需求將比使用僅利用線圈的結(jié)構(gòu)時(shí)更低。
圖13是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖。圖14是沿圖13推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖。圖13的推進(jìn)器為使得第一磁路68適于在主室6中微波電離場(chǎng)的下游和磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的上游關(guān)閉。它還包括一適于產(chǎn)生一磁場(chǎng)的第三磁場(chǎng)發(fā)生器72，所述磁場(chǎng)沿軸4具有至少一第三最大值，所述第三磁場(chǎng)發(fā)生器72在第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14的下游，并至少部分重疊磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)。沿所述軸，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和第三磁場(chǎng)發(fā)生器72產(chǎn)生的第一磁場(chǎng)和第三磁場(chǎng)可具有相同或相反的極性。相對(duì)于僅使用一個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和包括線圈的第二磁場(chǎng)發(fā)生器70的情況，這種布置可更輕并需要少得多的電力。它產(chǎn)生瓶效應(yīng)。它還在第三磁場(chǎng)發(fā)生器72的上游產(chǎn)生一尖點(diǎn)(cusp)，即一沒(méi)有磁場(chǎng)的區(qū)域。因此，有利地，推進(jìn)器的軸不通過(guò)產(chǎn)生的尖點(diǎn)；管2的壁在此無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域的邊界附近，而避免穿過(guò)此區(qū)域。第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和第三磁場(chǎng)發(fā)生器72可具有一第一共同復(fù)繞74。如過(guò)具有共同復(fù)繞74，它可位于尖點(diǎn)的垂直處。當(dāng)推進(jìn)器的軸穿過(guò)磁場(chǎng)尖點(diǎn)時(shí)；即使等離子體流基本沿磁場(chǎng)線流動(dòng)，等離子體也被從磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度太大的區(qū)域彈回。這就是鏡效應(yīng)。這是由于接近第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和第三磁場(chǎng)發(fā)生器70兩者的共同復(fù)繞74的磁場(chǎng)具有巨大的梯度。由于等離子體被從管壁彈回，它就被沿軸約束，這正是需要的。第一共同復(fù)繞74可包括一磁體、一電磁體，或一線圈。此實(shí)施方案具有與上述的使用磁體、電磁體相同的優(yōu)點(diǎn)。它還允許在加速場(chǎng)上游沿推進(jìn)器軸4具有一磁瓶。圖15是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器橫截面的示意圖。圖16是沿圖15推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖。圖15的推進(jìn)器包括一適于產(chǎn)生磁場(chǎng)的第四磁場(chǎng)發(fā)生器76，所述磁場(chǎng)沿軸4至少具有一第三最大值，所述第四磁場(chǎng)發(fā)生器76在第三磁場(chǎng)發(fā)生器72的下游。沿該軸，由第四磁場(chǎng)發(fā)生器76和第三磁場(chǎng)發(fā)生器72產(chǎn)生的第四磁場(chǎng)和第三磁場(chǎng)可具有相反的極性。當(dāng)由第四磁場(chǎng)發(fā)生器76和第三磁場(chǎng)發(fā)生器72產(chǎn)生的第四磁場(chǎng)和第三磁場(chǎng)均具有相反的極性時(shí)，它就產(chǎn)生一尖點(diǎn)，推進(jìn)器1軸4穿過(guò)該產(chǎn)生的尖點(diǎn)。這允許等離子體更容易地從磁場(chǎng)逃逸。確實(shí)，這等于是放大沒(méi)有磁場(chǎng)的加速區(qū)下游的區(qū)域。因而，磁場(chǎng)梯度在此加速區(qū)域增加。因此等離子體束的發(fā)散度可能被減少。在磁場(chǎng)發(fā)生器72，76兩者之間也具有鏡效應(yīng)。在另一實(shí)施方案中，第四磁場(chǎng)發(fā)生器76和第三磁場(chǎng)發(fā)生器72可具有第二共同復(fù)繞78。此第二共同復(fù)繞78可包括一磁體、一電磁體，或一線圈。此實(shí)施方案具有與上述的使用磁體、電磁體或線圈相同的優(yōu)點(diǎn)，并當(dāng)?shù)谒拇艌?chǎng)發(fā)生器以某種方式可控時(shí)，這帶來(lái)對(duì)加速區(qū)和出口區(qū)的更大的控制而使得推進(jìn)器更加通用。
圖17至20是推進(jìn)器的各種實(shí)施方案的示意圖，其允許改變推力的方向。這種改變推力方向的能力稱為推力矢量。如上文討論，有質(zhì)動(dòng)力沿磁場(chǎng)線定向。因而，調(diào)節(jié)推進(jìn)器的加速區(qū)內(nèi)部和下游的磁場(chǎng)線的方向和強(qiáng)使得有可能改變推力的方向。圖20是推進(jìn)器的另一實(shí)施方案的圖。該推進(jìn)器與圖1的推進(jìn)器類似。圖20的推進(jìn)器包括一適于調(diào)節(jié)加速場(chǎng)內(nèi)部和下游的磁場(chǎng)的第五磁場(chǎng)發(fā)生器82。因而，有可能改變方向。換句話說(shuō)，圖20公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器1214和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及一第五磁場(chǎng)發(fā)生器82，所述第五磁場(chǎng)發(fā)生器82適于改變磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的下游的磁場(chǎng)方向。在圖20的實(shí)施例中，推進(jìn)器設(shè)有一第五磁場(chǎng)發(fā)生器82，所述第五磁場(chǎng)發(fā)生器82在此實(shí)施例中包括位于磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)下游的四個(gè)額外的方向控制電磁體84，86，88和90。這些電磁體需要相對(duì)于推進(jìn)器軸偏置，以改變位于最下游的磁場(chǎng)發(fā)生器下游磁場(chǎng)的方向。此外，這些電磁體還可與主室6的軸4等距。圖19是顯示了四個(gè)電磁體84，86，88和90以及管2的主視圖；它進(jìn)一步顯示了可以通過(guò)通電這些電磁體中的一個(gè)或數(shù)個(gè)而產(chǎn)生的各種磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)示意性地用管2中的箭頭表示。優(yōu)選地，電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與磁場(chǎng)發(fā)生器12和14的上游產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反；這進(jìn)一步增加了磁場(chǎng)梯度，并因此增加了推力。此外，用一可逆轉(zhuǎn)電流供電電磁體使得有可能在更大的范圍內(nèi)改變推力方向，而且使用更少的電磁體(2或3而不是4)但使用更復(fù)雜的電源。也可能僅使用磁體。然而，它們需要移動(dòng)以使下游磁場(chǎng)發(fā)生變化。
圖17是與圖19類似的主視圖，但是一個(gè)僅具有兩個(gè)額外的電磁體84，88的推進(jìn)器。圖18是與圖19類似的主視圖，但是一個(gè)僅具有三個(gè)額外的電磁體的推進(jìn)器。
在圖17至20的實(shí)施例中，方向控制第五磁場(chǎng)發(fā)生器82的位置盡可能地接近第二腔，即接近磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)的下游，以作用在加速空間的內(nèi)部或附近的磁場(chǎng)上。有利地，選擇方向控制第五磁場(chǎng)發(fā)生器82中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以使磁場(chǎng)仍在推進(jìn)器下游基本連續(xù)地降低；這避免了可能局部俘獲等離子體電子的任何鏡效應(yīng)。由方向控制第五磁場(chǎng)發(fā)生器82產(chǎn)生的磁場(chǎng)值優(yōu)選地從主場(chǎng)的5％至95％，以使其無(wú)處翻轉(zhuǎn)有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)內(nèi)的磁場(chǎng)方向。
圖21是推進(jìn)器的另一實(shí)施方案的示意圖。圖22是依據(jù)圖21的推進(jìn)器的一個(gè)推進(jìn)器的橫截面的示意圖。圖23是沿圖21的推進(jìn)器的軸的磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線圖。圖21包括適于在垂直于軸4的平面中約束電離氣體的第六磁場(chǎng)發(fā)生器96。換句話說(shuō)，圖21公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及一第六磁場(chǎng)發(fā)生器96，所述第六磁場(chǎng)發(fā)生器96適于約束磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的電離氣體。第六磁場(chǎng)發(fā)生器96在第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14的下游。第六磁場(chǎng)發(fā)生器96可在磁場(chǎng)發(fā)生器12的下游和/或離子發(fā)生器124的上游和下至推進(jìn)器排氣口的離子發(fā)生器124下游。優(yōu)選地，第六磁場(chǎng)發(fā)生器96在離子發(fā)生器124下游和有質(zhì)動(dòng)力加速場(chǎng)18的發(fā)生器上游包括的部分上是更有用的。這使帶電粒子在加速前得到更好地約束。因此第六磁場(chǎng)發(fā)生器96至少在產(chǎn)生瓶效應(yīng)的裝置內(nèi)部。這種約束通過(guò)產(chǎn)生一包括軸4和其附近區(qū)域的尖點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。所述附近區(qū)域?yàn)榈诹艌?chǎng)發(fā)生器96的磁場(chǎng)線。這在垂直于主室6的軸4的平面中產(chǎn)生鏡效應(yīng)的情況下是有可能的。因此等離子體被朝向軸4彈回。因而，它限制了能量損失。它還防止了管壁發(fā)熱。此外，它提高了推進(jìn)器的能量效率，因?yàn)閷?duì)類似的電離能量，具有更大的等離子體密度。這例如通過(guò)使用一套多對(duì)的磁場(chǎng)發(fā)生器96-106實(shí)現(xiàn)。這些發(fā)生器96-106每一個(gè)的磁軸限定為每一發(fā)生器的每一磁極的中心，重心，之間或末端橫截面中心之間的直線。磁軸可基本平行于管2壁的局部切線并基本垂直于主室6的縱軸4。在另一實(shí)施方案中，磁軸垂直于局部切線并垂直于主室6縱軸4。磁場(chǎng)發(fā)生器96-106可布置為使發(fā)生器96-106的每一極朝向具有相同極性的相鄰的發(fā)生器96-106的極。或者，任何發(fā)生器每一極可以具有相對(duì)于主室6的軸4與其對(duì)稱相對(duì)的發(fā)生器相同的極性，例如圖21中的96和102，或106和100。磁場(chǎng)發(fā)生器96-106還可布置為使其至少包括在垂直于主室6的軸4的管2的橫截面中。優(yōu)選地，具有至少四個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器。由于在所有的徑向方向中均具有鏡效應(yīng)，這防止了等離子體的任何可能的徑向泄漏。確實(shí)，如果僅有兩個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生器，具有一個(gè)不由匯聚的磁場(chǎng)線包圍的方向，也就是說(shuō)通過(guò)磁場(chǎng)線可防止等離子體在垂直于主室6的軸4的平面中泄漏。此實(shí)施方案可以由磁體、電磁體或線圈實(shí)現(xiàn)。
圖24是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面示意圖。圖24包括適用于保護(hù)推進(jìn)器的至少兩個(gè)復(fù)繞的保護(hù)裝置94。換句話說(shuō)，圖24公開(kāi)了一種推進(jìn)器1，其具有第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及適用于保護(hù)推進(jìn)器的至少兩個(gè)復(fù)繞的保護(hù)裝置94。這允許設(shè)置推進(jìn)器復(fù)繞之間的距離。推進(jìn)器的復(fù)繞包括在實(shí)施方案中使用的任何裝置。在圖24的實(shí)施例中，所述復(fù)繞是注射器8、第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14、管2、電磁場(chǎng)發(fā)生器18。因此，這防止了復(fù)繞的移動(dòng)。因而，它防止了對(duì)復(fù)繞的損壞。距離也受到控制。這可以通過(guò)可澆鑄材料粘合或澆鑄推進(jìn)器的復(fù)繞而實(shí)現(xiàn)，所述可澆鑄材料即為可硬化成固體的非完全流體材料，諸如陶瓷、玻璃或樹(shù)脂。然而，這種材料很重，會(huì)發(fā)熱，而阻礙了復(fù)繞在將來(lái)的移動(dòng)-例如接觸復(fù)繞。優(yōu)選地，保護(hù)裝置適于即使復(fù)繞暴露至大于1千兆牛頓的作用力下仍能防止復(fù)繞的移動(dòng)。特別地，它防止了在類似于任何宇宙飛船部分在火箭上進(jìn)行軌道發(fā)射期間經(jīng)歷的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間下的加速、震動(dòng)和沖擊時(shí)的移動(dòng)。保護(hù)裝置可以是沿軸4的格柵、板、條棒或網(wǎng)。這些不同的保護(hù)裝置94間的選擇依賴于其重量、可靠性之間的平衡，或依據(jù)推進(jìn)器1的形狀。保護(hù)裝置可具有適于推進(jìn)器的形狀。在圖24的實(shí)施例中，保護(hù)裝置是兩根條棒。
模(mode)定義為共振腔112內(nèi)電磁能量場(chǎng)的強(qiáng)度和相位的空間分布。在加速區(qū)，有利地，選擇模式使得在主室6內(nèi)，或甚至在管2內(nèi)具有電磁能量最大值。這允許增加有質(zhì)動(dòng)力。然而，在共振腔112中，等離子體的電學(xué)介電常數(shù)可變換共振腔112內(nèi)的模，和/或可使其頻率改變。因此在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，推進(jìn)器1包括第一，限定推力的軸4的主室6；第二，適于向主室6內(nèi)注射可電離的氣體的注射器8；第三，適用于電離在主室6內(nèi)注射的氣體的離子發(fā)生器124；第四，第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14和一電磁場(chǎng)發(fā)生器18，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器18適用于沿所述軸4上的推力方向在所述離子發(fā)生器124的下游產(chǎn)生一磁化的、有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及至少一個(gè)共振腔112；其中電磁場(chǎng)發(fā)生器18適于控制共振腔112的模。
圖25是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面示意圖。圖25的電磁場(chǎng)發(fā)生器18進(jìn)一步包括適于在共振腔112內(nèi)產(chǎn)生電磁駐波的外殼110。外殼110定義為適于對(duì)共振腔112通過(guò)一個(gè)以上的連接裝置提供微波能，并在它們之間提供限定的相位關(guān)系的系統(tǒng)。此外殼110將電磁波導(dǎo)向共振腔112。因此，在外殼110內(nèi)產(chǎn)生駐波就在共振腔112中提供了電磁駐波。因而，電磁駐波允許控制共振腔112的模。駐波可以選擇，以在需要的位置得到電磁能量最大值，例如沿著等離子體被約束或主室6通過(guò)的軸。
有利地，外殼110在至少一個(gè)維度中足夠大，以獲得電磁駐波。然而，這增加了推進(jìn)器1的重量。在圖24的實(shí)施例中，外殼110適于容納共振腔112。這限制了對(duì)等離子體模圖形的調(diào)節(jié)或/和共振腔112中模頻率的改變。確實(shí)，等離子體容納在共振腔112內(nèi)，而不是外殼的其它區(qū)域中。因此等離子體不能調(diào)節(jié)共振腔112外的外殼內(nèi)的模，和/或不能使其頻率改變。相反地，腔外的外殼內(nèi)的駐波阻止了腔內(nèi)模的變化。換句話說(shuō)，由于等離子體僅影響腔內(nèi)含有的完全駐波圖形的一部分，而不是外殼的其余位置含有的部分，總模更為強(qiáng)大。因而，模的調(diào)節(jié)更少，即對(duì)模給定的調(diào)節(jié)需要更多能量。因而，模被從共振腔外固定。外殼110可以通過(guò)各種連接裝置連接至電磁場(chǎng)發(fā)生器18，諸如一磁環(huán)、一狹通道，或一電偶極天線。這種連接裝置和連接位置的選擇限定了現(xiàn)存的模。
當(dāng)模使得推進(jìn)器的軸4外有多個(gè)或一個(gè)電磁能量最大值時(shí)，管2和主室6的形狀和定位可適于最大值的徑向定位。例如，管可分為數(shù)個(gè)二級(jí)管。這允許使用沿軸4具有最小值的模。因而，這最優(yōu)化了推進(jìn)器的排氣表面/足跡比，足跡為安裝推進(jìn)器需要的總的橫截面表面。
圖26是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的推進(jìn)器的橫截面示意圖。圖26包括在共振腔112內(nèi)但在主室6外的固體材料裝置122。固體材料裝置122由于其電學(xué)介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率而適于調(diào)節(jié)模。因而，這些固體材料裝置122用于選擇和控制模。優(yōu)選地，固體材料裝置122在主室6外，因?yàn)?，如果它們?cè)谥魇?內(nèi)，它們將受到強(qiáng)烈的能量離子的轟擊。這些固體材料裝置122可以移動(dòng)，以便它們?cè)试S對(duì)共振腔進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)諧。這提高了能量耦合效率。
圖27-38是依據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案的推進(jìn)器的各種離子發(fā)生器124的橫截面示意圖。圖27-38包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖27的離子發(fā)生器124包括至少一個(gè)金屬性表面126，所述金屬性表面126的功函數(shù)大于推進(jìn)劑的第一電離電勢(shì)。這種離子發(fā)生器定義為接觸電離結(jié)構(gòu)(contact ionization structure)。這描述于“用于離子回旋加速器諧振分離的接觸電離離子源(Contact Ionization Ion Sources forIon Cyclotron Resonance Separation)”，Jpn.J.Appl.Phys.33(1994)4247-4250，Tatsuya Suzuki，Kazuko Takahashi，Masao Nomura，Yasuhiko Fujii和Makoto Okamoto。因?yàn)樗梢杂米麟x子的主要提供者，接觸電離結(jié)構(gòu)可用作離子發(fā)生器124。接觸電離結(jié)構(gòu)由與例如氣體的可電離介質(zhì)接觸的金屬性表面126組成，它可以采用多孔金屬性截面的形式，氣體通過(guò)該截面注入主室6內(nèi)部。功函數(shù)的定義為將電子例如通過(guò)光電效應(yīng)從固體材料拉出的最低能量。如果推進(jìn)劑的第一電離電勢(shì)低于固體材料表面的功函數(shù)，則推進(jìn)劑就被電離。
圖28包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖28的離子發(fā)生器124包括至少一個(gè)電子發(fā)射器128。確實(shí)，注入氣體的電離可以通過(guò)使注入氣體受到電子轟擊或電子碰撞獲得。確實(shí)，當(dāng)電子和中性原子碰撞時(shí)，如果電子的動(dòng)能高于原子的電離能量，中性原子就可以被電離。一種非常簡(jiǎn)單的電子轟擊電離結(jié)構(gòu)可由主室6內(nèi)的電子發(fā)射器128構(gòu)成。電子發(fā)射器可以是電子槍、熱陰極、冷陰極、中空陰極、放射性源，或壓電晶體。當(dāng)電子平均動(dòng)能大約等于二至五倍的推進(jìn)劑電離能量時(shí)，通常達(dá)到最大電離概率。這意味著，為了效率更高，電離結(jié)構(gòu)應(yīng)包括用于將自由電子的動(dòng)能增加至此能量范圍的裝置-通常大約為50至200eV。這種包括至少一個(gè)電子發(fā)射器128的離子發(fā)生器124在這樣一篇文獻(xiàn)中有描述“閉合漂流加速的實(shí)驗(yàn)室無(wú)柵格離子推進(jìn)器的性能和股流特性(The performance and plume characterization of alaboratory gridless ion thruster with closed drift acceleration)”，AIAA聯(lián)合推進(jìn)會(huì)議，AIAA-2004-3936，2004，作者Paterson Peter Y.和Galimore Alec D。
圖29包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖29的離子發(fā)生器124包括在主室6內(nèi)的至少兩個(gè)電極130，所述電極130具有不同的電勢(shì)。這允許通過(guò)對(duì)它們施加一個(gè)永久電場(chǎng)而增加電子的動(dòng)能。離子發(fā)生器124可包括在主室6內(nèi)的具有不同電勢(shì)的兩個(gè)電極130，帶負(fù)電的電極-陰極-也用作電子的提供者，并優(yōu)選地位于與推進(jìn)劑注射相鄰的位置，以降低離子碰撞陰極并腐蝕陰極的概率。這種離子發(fā)生器124包括在主室6內(nèi)的至少兩個(gè)電極(130)，所述電極(130)具有不同的電勢(shì)。在另一實(shí)施方案中，推進(jìn)器1包括適于將熱量從推進(jìn)器的至少一個(gè)復(fù)繞除去的冷卻裝置167。換句話說(shuō)，所述兩個(gè)電極130可適于維持大電流，即大于100mA。此外，系統(tǒng)余下部分可通過(guò)被動(dòng)或主動(dòng)冷卻電極130和/或管2或推進(jìn)器1的任何其它部分而適于能承受由這種大電流引起的熱效應(yīng)。這允許比更低的電流放電達(dá)到更高的等離子體密度。在另一實(shí)施方案中，從推進(jìn)器的某些復(fù)繞除去的部分熱量可以傳遞至推進(jìn)劑，以或者在不是氣態(tài)時(shí)改變其狀態(tài)，或者在增加其熱能含量，因此增加其“冷推力”。這種冷卻稱為再生冷卻。
圖30包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖30的離子發(fā)生器124包括在主室6內(nèi)的至少兩個(gè)電極130，并包括一第七磁場(chǎng)發(fā)生器132，所述電極130具有不同的電勢(shì)，所述第七磁場(chǎng)發(fā)生器132適于在至少兩個(gè)電極130之間產(chǎn)生一第七磁場(chǎng)。通過(guò)對(duì)電離區(qū)域施加第七磁場(chǎng)而提高了電離，因?yàn)榈谄叽艌?chǎng)使得電子繞磁場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)。因此這增加了其在電極之間的路徑長(zhǎng)度。因而，這增加了它們進(jìn)行電離碰撞的概率。此外，由第一磁場(chǎng)發(fā)生器12、14產(chǎn)生的第一磁場(chǎng)也可用作由第七磁場(chǎng)發(fā)生器132產(chǎn)生的第七磁場(chǎng)。
圖31示出了一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖31的離子發(fā)生器124為所述至少兩個(gè)電極130包括一個(gè)環(huán)狀陽(yáng)極134和分別適于在環(huán)狀陽(yáng)極134的上游和下游的兩個(gè)環(huán)狀陰極136、138。同時(shí)給出了適于至少在電極134-138之間產(chǎn)生一第七磁場(chǎng)的第七磁場(chǎng)發(fā)生器132。該實(shí)施方案稱為潘寧放電。這種布置使電子在兩個(gè)陰極之間振蕩。因而，電子通過(guò)注入氣體的路徑更長(zhǎng)。這種離子發(fā)生器124描述于F.M.Penning，Physica，4，71，1937。
此實(shí)施方案可以與一第八磁場(chǎng)發(fā)生器組合，所述第八磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第八磁場(chǎng)并產(chǎn)生適于相對(duì)于陽(yáng)極周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加陰極周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度的瓶效應(yīng)。在此實(shí)施方案中，第八磁場(chǎng)沿軸4是非均勻的。這增加了電離。此外，由第七磁場(chǎng)發(fā)生器132產(chǎn)生的第七磁場(chǎng)也可以用作由第八磁場(chǎng)發(fā)生器133產(chǎn)生的第八磁場(chǎng)。這種離子發(fā)生器124描述于F.M.Penning，Physica，4，71，1937。
圖39示出了一種離子發(fā)生器124。圖39的離子發(fā)生器124為所述至少兩個(gè)電極130包括兩個(gè)沿固體推進(jìn)劑160的表面釋放短而強(qiáng)的電流脈沖的電極130，因而每一脈沖融化和電離推進(jìn)劑的160一小層。優(yōu)選地，電極130與固體推進(jìn)劑的下游表面保持接觸。這種接觸確保了最佳耦合效率，因?yàn)楦嗟哪芰勘挥糜谡舭l(fā)和電離推進(jìn)劑160。例如，離子發(fā)生器124可包括兩個(gè)與軸4平行并沿固體推進(jìn)劑的長(zhǎng)度方向沿主室6定位的兩根橫條電極129。隨著推進(jìn)劑160的消耗，下游表面凹陷，即移向推進(jìn)器1的上游末端。橫條電極13允許電極與推進(jìn)劑160的下游表面保持接觸。在此實(shí)施方案中，還優(yōu)選這種橫條電極以其下游末端連接至發(fā)生器。這確保了放電更容易在固體推進(jìn)劑160的下游表面發(fā)生。確實(shí)，固體推進(jìn)劑160的下游表面將提供具有更低的感應(yīng)系數(shù)的傳導(dǎo)路徑。另一可能的實(shí)施方案包括軸向長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于推進(jìn)器長(zhǎng)度的電極130，以及用于推動(dòng)固體推進(jìn)劑160的裝置，以確保固體推進(jìn)劑160的下游表面與電極130保持接觸。
圖32包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖32離子發(fā)生器124包括至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器140，所述電磁場(chǎng)發(fā)生器140適于在主室6內(nèi)產(chǎn)生一交變電磁場(chǎng)。確實(shí)，通過(guò)例如用一耦合天線，即電極139對(duì)電子施加一個(gè)交變電場(chǎng)，它允許激活電子，無(wú)論是天然存在于氣體中的自由電子還是由一額外的電子發(fā)射器128提供。優(yōu)選地，至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器140的頻率低于2GHz。這允許避免與有效載荷，尤其是包括推進(jìn)器1的宇宙飛船的通信裝置的干擾問(wèn)題。
在圖33的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器140包括與一高頻率發(fā)生器140連接的電容耦合電極142。電容耦合電極141定義為具有不同電勢(shì)的電極141對(duì)。這些電容耦合電極141與一高頻電源相連。在此實(shí)施方案中，耦合電極141放置在含等離子體的管2外，因此這意味著電容放電，其中電極142不會(huì)受到任何由于粒子碰撞而導(dǎo)致的腐蝕。在圖33的實(shí)施例中，有一對(duì)環(huán)狀耦合電極141。在此電容放電中，不需要任何部分與等離子體直接接觸，因?yàn)轳詈想姌O141可在管2外。因而它降低了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。
在圖34的實(shí)施例中，至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器140包括一個(gè)與高頻率發(fā)生器140連接的感應(yīng)耦合的線圈144。通過(guò)使用輸入交變電流的線圈，對(duì)電離區(qū)域施加一交變場(chǎng)。交變電流產(chǎn)生一引起交變電場(chǎng)的交變磁場(chǎng)。與電容放電類似，在此電感放電中，不需要任何部分與等離子體直接接觸，因?yàn)榫€圈144可以在管2外。因而它降低了腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。除了明顯的螺線管幾何形狀外，也可使用其它可選擇線圈幾何形狀。這種離子發(fā)生器124描述于US-A-4 010 400，Hollister，“通過(guò)無(wú)電極熒光燈的光生成(Light generation by an electrodeless Fluorescentlamp)”以及US-A-5 231 334，Paranjpe，“等離子體源和制備方法(Plasma source and method of manufacturing)”。
這些先前的實(shí)施方案，即電容耦合的電極142和感應(yīng)耦合的線圈144，都可以用由第九磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的第九靜磁場(chǎng)提高，且優(yōu)選地當(dāng)使用的高頻率電磁發(fā)生器140的頻率接近等離子體的特征諧振頻率，諸如離子或電子回旋加速器頻率、等離子體頻率、上下混雜頻率(the upper and lower hybrid frequencies)時(shí)，因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)移變得更有效。
圖35包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖35的離子發(fā)生器124包括至少一與高頻率發(fā)生器140連接的螺旋天線(helicon antenna)146。圖34還包括一適于產(chǎn)生一基本平行于主室6的軸4的第十磁場(chǎng)的第十磁場(chǎng)發(fā)生器148。對(duì)螺旋型的天線和頻率感興趣是因?yàn)樗鼈冊(cè)试S產(chǎn)生高密度等離子體。這種離子發(fā)生器124描述于R.W.Boswell，“通過(guò)接近下混雜頻率的哨聲波的非常有效的等離子體生成(Very efficientplasma Generation by whistler waves near the lower hybrid frequency)”，等離子體物理和受控聚變，卷26，N°10，1147-1162頁(yè)，1984；R.W.Boswell，“大容量高密度RF感應(yīng)耦合等離子體(Large Volume highdensity RF inductively coupled plasma)”，App.Phys.Lett.，卷50，1130頁(yè)，1987；US-A-4 810 935，R.W.Boswell，“用于產(chǎn)生高容量磁等離子體的方法和裝置(Method and apparatus for producing large volumemagnetoplasma)”；以及US-A-5 146 137，Gesche等，“用于產(chǎn)生等離子體的裝置(Device for the generation ofa plasma)”。在另一實(shí)施方案中，先前描述的任何高頻率離子發(fā)生器，即電容、感應(yīng)、共振或螺旋的，可使用在主室6內(nèi)的至少一個(gè)電子發(fā)射器128。它的優(yōu)點(diǎn)是使放電的開(kāi)始更容易，或/和允許達(dá)到更高的等離子體密度。
圖36包括一注射器8和一離子發(fā)生器124。圖36的離子發(fā)生器124包括至少一個(gè)波長(zhǎng)小于5mm的輻射源150，且適于將束聚焦在焦點(diǎn)152上。首先，這允許焦距直徑小于主室6的直徑。因而，它允許這種焦距直徑小于可能的聚焦目標(biāo)之間典型的距離。相反，即如果波長(zhǎng)大于5mm，主室直徑應(yīng)大于5厘米。這意味著這種推進(jìn)器1將產(chǎn)生更低的推力密度。第二，利用小于5mm的波長(zhǎng)還允許即使輻射源的功率低于500W，在焦點(diǎn)內(nèi)的壓力還能允許超過(guò)1千兆Pa。這種高壓力對(duì)于產(chǎn)生密集的等離子體是有利的。此外，輻射源的功率越低，推進(jìn)器1的總效率越高。波長(zhǎng)小于5mm的輻射源150允許產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)度足夠在主室6內(nèi)電離和/或產(chǎn)生電子發(fā)射，無(wú)論在主室6的體積內(nèi)部(這描述于US-A-3 955 921，Tensmeyer；US-A-4 771 168，Gunderson等)還是在管2上(這描述于US-A-5′990′599，Jackson等)。在圖36的實(shí)施例中，焦點(diǎn)152在管2的表面上。管2中還具有一透明部分以便讓波通過(guò)管2。
在圖37的實(shí)施例中，焦點(diǎn)152是一在主室6內(nèi)的焦點(diǎn)空間(focalvolume)；輻射源150包括一閃光燈輻射源154，和一反射體156。管中還具有一透明部分158以便讓波通過(guò)管2。
圖37示出了另一實(shí)施方案，其中輻射源150通過(guò)將高強(qiáng)度輻射聚焦在主室6內(nèi)的一小焦點(diǎn)空間152上，以獲得高壓力來(lái)用于電離推進(jìn)劑，壓力的定義為每單位體積的能量。例如，與用作激發(fā)激光的方式類似，一實(shí)施例可以是環(huán)繞主室的強(qiáng)圓柱形閃光燈泡，其中管2由對(duì)使用的波長(zhǎng)普遍透明的材料制成(例如，對(duì)于光學(xué)和UV波長(zhǎng)為石英)。這種輻射源還可以裝有反射體和/或透鏡156，以提高聚焦效果。如果選擇的波長(zhǎng)使各個(gè)光子能量等于或大于電離能量(通常為UV波長(zhǎng)小于450nm，因而個(gè)體能量大于1eV)，因而推進(jìn)劑既可以由光電離電離，或者輻射也還可以聚焦到室內(nèi)的固體表面上，以通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生電子。這種裝置的另一可能的實(shí)施方案可以是將激光束定向到室內(nèi)指定的表面上。這允許不需要任何材料部分在主室6內(nèi)就產(chǎn)生等離子體。這還允許降低了阻抗適配問(wèn)題或等離子體密度限制，其發(fā)現(xiàn)于RF和微波系統(tǒng)，尤其是等離子體直徑大小遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的系統(tǒng)。這些問(wèn)題來(lái)源于導(dǎo)致電磁場(chǎng)屏蔽的等離子體趨膚深度。此外，輻射源可以遠(yuǎn)離推進(jìn)器和/或甚至宇宙飛船。
圖39包括一離子發(fā)生器124。圖39的離子發(fā)生器124包括至少一個(gè)波長(zhǎng)小于5mm的輻射源150，并適于將束聚焦到一焦點(diǎn)152上。圖39的離子發(fā)生器124進(jìn)一步包括至少一固體推進(jìn)劑160，且至少一個(gè)圖39的輻射源150適于聚焦到所述固體推進(jìn)劑160的至少一個(gè)圖39的輻射源150。確實(shí)，如果輻射強(qiáng)度足夠高，有可能設(shè)計(jì)這樣一種系統(tǒng)推進(jìn)劑(諸如Na，Li)可以以固態(tài)儲(chǔ)存在系統(tǒng)的室內(nèi)，并通過(guò)強(qiáng)激光脈沖同時(shí)蒸發(fā)和電離推進(jìn)劑，其中每一強(qiáng)激光脈沖蒸發(fā)和電離推進(jìn)劑的一極小層。這種布置允許使用任何固體推進(jìn)劑而不需要使用專門(mén)的蒸發(fā)系統(tǒng)，并也能獲得極密的等離子體脈沖。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括至少一個(gè)推進(jìn)器和至少一適于對(duì)至少一個(gè)推進(jìn)器提供動(dòng)力的微波能源114。因此這允許共同使用多個(gè)推進(jìn)器。每一推進(jìn)器都由其自身的微波能源114供應(yīng)能量，或?qū)⑽ㄒ晃⒉茉?14用于多個(gè)推進(jìn)器，或一混合系統(tǒng)。系統(tǒng)也有可能包括一控制器。因而，當(dāng)關(guān)閉微波能源114時(shí)，或損壞時(shí)，或不能為推力提供足夠能量時(shí)，控制器可以命令另一微波能源114供應(yīng)這種推力。
微波能源114來(lái)自用作微波通訊和或衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈⒉茉?。這允許推進(jìn)器使用存在于大多數(shù)衛(wèi)星中的微波能源114。確實(shí)，衛(wèi)星具有與地球通訊或完成另一任務(wù)的這樣一種微波能源114。
圖40是本發(fā)明另一實(shí)施方案的示意圖。圖39包括一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一宇宙飛船主體120和至少一個(gè)適于定向和旋轉(zhuǎn)宇宙飛船主體120的推進(jìn)器1。此推進(jìn)器1可以使用推力矢量技術(shù)。當(dāng)布置在宇宙飛船主體120的三個(gè)不同側(cè)面時(shí)，三個(gè)推進(jìn)器1足夠用于允許宇宙飛船主體120沿任何方向移動(dòng)并相對(duì)任何方向旋轉(zhuǎn)，尤其是它們使用推力矢量時(shí)。當(dāng)使用在宇宙飛船主體120的兩側(cè)的兩個(gè)推進(jìn)器1時(shí)，推進(jìn)器僅可以沿兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。然而，它可沿三個(gè)方向移動(dòng)。這也防止了使用需要在宇宙飛船主體的一側(cè)機(jī)械萬(wàn)向地設(shè)置的現(xiàn)有技術(shù)的推進(jìn)器。
方法實(shí)施方案從這些前述的推進(jìn)器和系統(tǒng)實(shí)施方案推出。方法實(shí)施方案具有與推進(jìn)器和系統(tǒng)實(shí)施方案相同的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明不限于上示例的各種實(shí)施方案。特別地，可以組合上文討論的各種手段。例如，可以將參照?qǐng)D3-8公開(kāi)的用于改善氣體注射的任何方案與參照?qǐng)D17-20公開(kāi)的用于改善推力矢量的任何方案組合?？梢允褂镁€圈來(lái)產(chǎn)生各種場(chǎng)，或如參照?qǐng)D9-16公開(kāi)的更少線圈的方案。還可以組合為相同的目的公開(kāi)的各種方案，例如組合圖5、13和18的氣體注射方案。目前優(yōu)選的實(shí)施方案包括-圖38、25和21的方案的組合；-圖35、8和15的方案的組合；-圖31、4和19的方案的組合。
組合還可以通過(guò)使用離子發(fā)生器124實(shí)現(xiàn)，所述離子發(fā)生器124包括至少一適于在主室6中產(chǎn)生微波電離場(chǎng)的電磁場(chǎng)發(fā)生器，所述微波電離場(chǎng)可以在沿由磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的磁場(chǎng)的軸4的最大值上游。
權(quán)利要求
1.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，以及阻礙裝置(50)，所述阻礙裝置(50)位于注射器(8)下游、主室(6)上游，適于部分阻礙主室(6)。
2.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，其中所述注射的可電離的氣體是推進(jìn)器(1)周圍的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述注射器(8)包括至少一個(gè)壓縮室(58)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述注射器(8)包括至少一個(gè)膨脹室(60)。
5.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(1 24)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)，其中所述注射器(8)適于注射在離子發(fā)生器(124)位置處的可電離的氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述注射器(8)適于通過(guò)至少一狹通道(54)向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述注射器(8)適于通過(guò)至少一孔(56)向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述注射器(8)適于至少在沿主室(6)的一個(gè)位置處向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體。
9.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及其中第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)線圈較少。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括第一磁電路，所述第一磁電路(68)由磁介電常數(shù)大于真空介電常數(shù)的材料制成，且適于產(chǎn)生基本平行于主室(6)軸(4)的磁場(chǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)包括至少一個(gè)磁體(64)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)包括至少一個(gè)電磁體(66)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)第二磁場(chǎng)發(fā)生器(70)，所述第二磁場(chǎng)發(fā)生器(70)適于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)并沿磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的軸(4)產(chǎn)生磁瓶效應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第二磁場(chǎng)發(fā)生器(70)包括至少一個(gè)線圈。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第二磁場(chǎng)發(fā)生器(70)包括至少一個(gè)基本軸向極化的磁體。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第二磁場(chǎng)發(fā)生器(70)包括至少一個(gè)基本軸向極化的電磁體。
17.根據(jù)權(quán)利要求9至14之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)，所述第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)適于產(chǎn)生第三磁場(chǎng)，所述第三磁場(chǎng)沿所述軸(4)具有至少一個(gè)第三最大值，所述第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)至少部分重疊磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)具有第一共同復(fù)繞(74)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第一共同復(fù)繞(74)包括至少一個(gè)磁體。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括第四磁場(chǎng)發(fā)生器(76)，所述第四磁場(chǎng)發(fā)生器(76)適于產(chǎn)生第四磁場(chǎng)，所述第四磁場(chǎng)沿所述軸(4)具有至少一個(gè)第四最大值，所述第四磁場(chǎng)發(fā)生器(76)在第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)的下游。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第四磁場(chǎng)發(fā)生器(76)和第三磁場(chǎng)發(fā)生器(72)具有第二共同復(fù)繞(78)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第二共同復(fù)繞(78)包括至少一個(gè)磁體。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第二共同復(fù)繞(78)包括至少一個(gè)電磁體。
24.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(1 24)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及第五磁場(chǎng)發(fā)生器(82)，所述第五磁場(chǎng)發(fā)生器(82)適于改變磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)內(nèi)的磁場(chǎng)方向。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第五磁場(chǎng)發(fā)生器(82)包括至少一個(gè)電磁體(84)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第五磁場(chǎng)發(fā)生器(82)包括至少一個(gè)磁體(90)。
27.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及第六磁場(chǎng)發(fā)生器(96)，所述第六磁場(chǎng)發(fā)生器(96)適于約束磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的電離氣體。
28.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及保護(hù)裝置(94)，所述保護(hù)裝置(94)適于保護(hù)推進(jìn)器(1)的至少兩個(gè)復(fù)繞。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述保護(hù)裝置(94)包括至少一個(gè)格柵。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述保護(hù)裝置(94)包括至少一個(gè)板。
31.根據(jù)權(quán)利要求28至30之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述保護(hù)裝置(94)包括至少一個(gè)條棒。
32.根據(jù)權(quán)利要求28至31之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述保護(hù)裝置(94)包括至少一個(gè)沿軸(4)的網(wǎng)。
33.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；以及至少一個(gè)共振腔(112)；其中所述電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于控制共振腔(112)的模。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)進(jìn)一步包括外殼(110)，所述外殼(110)適于在共振腔(112)內(nèi)產(chǎn)生電磁駐波。
35.根據(jù)權(quán)利要求33和34所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，外殼(110)適于至少部分容納共振腔(112)。
36.根據(jù)權(quán)利要求33至35之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括共振腔(112)內(nèi)的固體材料裝置(122)，所述固體材料裝置(122)適于控制共振腔(112)的模。
37.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)包括至少一個(gè)金屬性表面(126)，所述金屬性表面(126)的功函數(shù)大于推進(jìn)劑的第一電離電勢(shì)。
38.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的裝置；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)包括至少一個(gè)電子發(fā)射器(128)。
39.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)包括至少兩個(gè)在主室(6)內(nèi)的電極(130)，所述至少兩個(gè)電極(130)具有不同的電勢(shì)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述至少兩個(gè)電極(130)包括一環(huán)狀陽(yáng)極(134)和兩個(gè)適于分別在環(huán)狀陽(yáng)極(134)的上游和下游的環(huán)狀陰極(136，138)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括第七磁場(chǎng)發(fā)生器(132)，所述第七磁場(chǎng)發(fā)生器(132)適于至少在所述至少兩個(gè)電極(130)之間產(chǎn)生第七磁場(chǎng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，第七磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生包括至少兩個(gè)電極(130)的磁瓶。
43.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；冷卻裝置(167)，所述冷卻裝置(167)適于從推進(jìn)器的至少一個(gè)復(fù)繞除去熱量。
44.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)適于融化和電離固體推進(jìn)劑(160)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，離子發(fā)生器(124)包括至少兩個(gè)適于沿所述固體推進(jìn)劑(160)的表面釋放電流脈沖的電極(130)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45或44所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)適于聚焦在所述固體推進(jìn)劑(160)表面的輻射源(150)。
47.根據(jù)權(quán)利要求44至46之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)適于聚焦在所述固體推進(jìn)劑(160)表面的電子束源(128)。
48.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)包括至少一個(gè)適于在主室(6)內(nèi)施加交變電磁場(chǎng)的電磁場(chǎng)發(fā)生器(140)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器(140)包括電容耦合電極(142)。
50.根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器(140)包括感應(yīng)耦合線圈(144)。
51.根據(jù)權(quán)利要求48至50之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器，進(jìn)一步包括推進(jìn)器包括第九磁場(chǎng)發(fā)生器，所述第九磁場(chǎng)發(fā)生器適于產(chǎn)生第九靜磁場(chǎng)，注射氣體在第九靜磁場(chǎng)被電離。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的推進(jìn)器，進(jìn)一步包括推進(jìn)器包括第十磁場(chǎng)發(fā)生器(148)，所述第十磁場(chǎng)發(fā)生器(148)適于產(chǎn)生基本平行于主室(6)軸(4)的第十磁場(chǎng)發(fā)生器(148)，且其中所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)發(fā)生器(140)包括至少一個(gè)螺旋天線(146)。
53.根據(jù)權(quán)利要求48至52之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器，其特征在于，離子發(fā)生器(124)包括至少一個(gè)電子發(fā)射器(128)。
54.一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)包括限定推力的軸(4)的主室(6)；適于向主室(6)內(nèi)注射可電離的氣體的注射器(8)；適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體的離子發(fā)生器(124)；以及第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)，所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)；其中所述離子發(fā)生器(124)包括至少一個(gè)波長(zhǎng)小于5mm的輻射源(150)，且適于將電磁束聚焦在焦點(diǎn)(152)上。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的推進(jìn)器(1)，其特征在于，離子發(fā)生器(124)適于聚焦在主室(6)內(nèi)。
56.根據(jù)權(quán)利要求54或55所述的推進(jìn)器(1)，進(jìn)一步包括一管(2)，所述管至少部分地包括主室(6)，且其中所述離子發(fā)生器(124)適于聚焦在管(2)的壁上。
57.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)推進(jìn)器(1)；至少一個(gè)微波能源(114)，所述微波能源適于對(duì)所述至少一個(gè)推進(jìn)器(1)供能。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)微波能源(114)適于用作衛(wèi)星的微波通訊。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)微波能源(114)適于用作衛(wèi)星的數(shù)據(jù)交換。
60.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括宇宙飛船主體(120)；至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求24至26之任一項(xiàng)所述的推進(jìn)器(1)，所述至少一個(gè)推進(jìn)器(1)適于定向和/或旋轉(zhuǎn)所述宇宙飛船主體(120)。
61.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；部分阻礙所述主室(6)；電離至少部分所述氣體；以及隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體。
62.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射推進(jìn)器周圍的氣體；電離至少部分所述氣體；以及隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，進(jìn)一步包括在注射步驟之前包括對(duì)推進(jìn)器周圍氣體的壓縮步驟。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，進(jìn)一步包括在注射步驟之前包括對(duì)推進(jìn)器周圍氣體的膨脹步驟。
65.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；以及隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中第一磁場(chǎng)的施加不使用線圈。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，進(jìn)一步包括，在對(duì)氣體施加第一磁場(chǎng)之后、對(duì)氣體施加加速電磁場(chǎng)之前，施加第二磁場(chǎng)的步驟，以在加速電磁場(chǎng)的上游產(chǎn)生磁瓶效應(yīng)。
67.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；以及隨后對(duì)氣體施加第五磁場(chǎng)，以改變上游第一磁場(chǎng)的方向。
68.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；以及隨后對(duì)氣體施加第六磁場(chǎng)，以約束磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)上游的電離氣體。
69.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；以及其中所述電離步驟進(jìn)一步包括在主室(6)內(nèi)施加交變電磁場(chǎng)的步驟。
70.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；以及隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中所述電離步驟進(jìn)一步包括在主室(6)內(nèi)施加波長(zhǎng)小于5mm的交變電磁場(chǎng)的步驟，以將一電磁束聚焦在焦點(diǎn)(152)上。
71.一種用于產(chǎn)生推力的方法，所述方法包括向主室(6)內(nèi)注射氣體；電離至少部分所述氣體；以及隨后對(duì)氣體施加一第一磁場(chǎng)和一電磁場(chǎng)，以利用磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速所述部分電離的氣體；其中所述電離步驟進(jìn)一步包括用電子轟擊氣體的步驟。
全文摘要
一種推進(jìn)器(1)，所述推進(jìn)器(1)具有一限定在一管(2)內(nèi)的主室(6)。所述管具有一縱軸，所述縱軸限定一推力的軸(4)；一注射器(8)在主室的一個(gè)末端處、于管內(nèi)注射可電離的氣體。一離子發(fā)生器(124)適于電離主室(6)內(nèi)的注入氣體。一第一磁場(chǎng)發(fā)生器(12，14)和一電磁場(chǎng)發(fā)生器(18)適于沿所述軸(4)上的推力方向在所述離子發(fā)生器(124)下游產(chǎn)生磁化的有質(zhì)動(dòng)力的加速場(chǎng)。所述推進(jìn)器(1)電離氣體，并隨后通過(guò)磁化的有質(zhì)動(dòng)力加速電子和離子。
文檔編號(hào)F03H1/00GK101027481SQ200580031970
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者格雷戈里·安斯埃諾姆, 塞爾日·拉里戈迪 申請(qǐng)人:埃爾溫公司