本發(fā)明涉及空心陰極推力器。

背景技術(shù)：

在小衛(wèi)星分類中，納衛(wèi)星質(zhì)量為1～10kg，皮衛(wèi)星的質(zhì)量為0.1～1kg。立方體衛(wèi)星(CubeSat)是新概念皮衛(wèi)星規(guī)范，其質(zhì)量在1kg左右，結(jié)構(gòu)尺寸為10cm×10cm×10cm的正方體，又稱為一個(gè)立方體衛(wèi)星單元(1U)。數(shù)個(gè)立方體衛(wèi)星單元又組裝為納衛(wèi)星。立方體衛(wèi)星具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、成本低、研制周期短和發(fā)射成本低等特點(diǎn)，在空間演示驗(yàn)證和利用立方體衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提高對地觀測的空間、時(shí)間分辨率等方面具有廣泛發(fā)展前景。

目前，立方體衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)的姿態(tài)控制利用微型三軸強(qiáng)磁計(jì)、微型動(dòng)量輪和磁力矩器等微型組件構(gòu)成姿態(tài)控制系統(tǒng)，完成對衛(wèi)星的三軸穩(wěn)定控制。另控制衛(wèi)星姿態(tài)的方法是靠推進(jìn)器來調(diào)整控制衛(wèi)星姿態(tài)，同時(shí)推進(jìn)器還負(fù)責(zé)衛(wèi)星的軌道維持的任務(wù)。對于執(zhí)行姿態(tài)調(diào)整和軌道機(jī)動(dòng)任務(wù)的衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)，可以選擇冷氣推進(jìn)系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)。冷氣推進(jìn)器結(jié)構(gòu)簡單，能夠產(chǎn)生的推力大，但是相比較于電推進(jìn)，冷氣推進(jìn)器的比沖小，即單位重量流量的推進(jìn)劑所產(chǎn)生的噴氣速度較小。在攜帶相同質(zhì)量推進(jìn)劑的條件下，電推進(jìn)的總沖會(huì)遠(yuǎn)大于冷氣推進(jìn)的總沖，使衛(wèi)星的在軌壽命大幅延長。

但現(xiàn)有的霍爾推力器、離子推力器和脈沖等離子體推力器等電推進(jìn)系統(tǒng)比較復(fù)雜，很難直接小型化到1U上?？招年帢O作為霍爾和離子電推進(jìn)的電子源和中和器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、功耗低，可以直接利用現(xiàn)有的冷氣作為工質(zhì)，但噴氣比沖可以提高5～10倍，是非常理想的立方體星推力器。但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空心陰極是作為電子源設(shè)計(jì)的，離子無法直接向外噴出，產(chǎn)生的推力小無法適用于立方體衛(wèi)星。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有空心陰極推力器無法適用于立方體衛(wèi)星的問題，從而提供新型空心陰極推力器。

本發(fā)明所述的第一種新型空心陰極推力器，

發(fā)射體嵌固在觸持極套管的末端，發(fā)射體連接電源負(fù)極；發(fā)射體的中心設(shè)有節(jié)流孔；

平板陽極嵌固在通氣管的末端，平板陽極連接電源正極；通氣管的側(cè)壁設(shè)有氣孔。

優(yōu)選的是，發(fā)射體的一側(cè)設(shè)有一圈凸起，凸起的外徑與觸持極套管的內(nèi)徑相匹配，通過凸起發(fā)射體嵌固在觸持極套管的末端。

優(yōu)選的是，觸持極套管的末端嵌固有觸持極頂，觸持極頂?shù)闹行拈_有圓孔，發(fā)射體嵌固在圓孔中。

優(yōu)選的是，觸持極頂?shù)暮穸刃∮诎l(fā)射體的厚度，觸持極頂?shù)膬?nèi)端面與發(fā)射體的內(nèi)端面平齊或觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊。

優(yōu)選的是，觸持極頂?shù)暮穸却笥诎l(fā)射體的厚度，觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊。

優(yōu)選的是，平板陽極的外徑大于通氣管的外徑。

優(yōu)選的是，平板陽極為球面電極。

優(yōu)選的是，還包括加速陽極；加速陽極為空心結(jié)構(gòu)，加速陽極的中心線與節(jié)流孔的中心線重合，加速陽極位于發(fā)射體外側(cè)，加速陽極與發(fā)射體之間絕緣，加速陽極嵌固在第二陶瓷套管末端，第二陶瓷套管套固在觸持極套管上。

優(yōu)選的是，空心的形狀為圓柱形、錐形且錐形的小孔徑方向朝向節(jié)流孔或噴管形且噴管形的小孔徑方向朝向節(jié)流孔。

本發(fā)明所述的第二種新型空心陰極推力器，

發(fā)射體嵌固在觸持極套管的末端，發(fā)射體連接電源負(fù)極；發(fā)射體的中心設(shè)有節(jié)流孔；

陽極棒連接電源正極。

本發(fā)明將發(fā)射體和陽極的位置對調(diào)，使空心陰極放電產(chǎn)生的離子從原來的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，改為向外噴出，從而提高空心陰極推力器的推力。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的空心陰極推力器的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕，能夠滿足立方體衛(wèi)星對空間體積及載重質(zhì)量的苛刻要求；同時(shí)空心陰極推力器的功耗小，發(fā)射體溫度高，能夠在低功率下獲得相對較大的力；采用電推進(jìn)能夠增大推力器比沖，增加立方體衛(wèi)星的有效載荷和延長使用壽命；將發(fā)射體外置，內(nèi)部通氣管接到電源正極有利于高能離子噴出，增大推力與比沖。

本發(fā)明適用于立方體衛(wèi)星。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的空心陰極推力器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的空心陰極推力器的電路連接示意圖；

圖4是新型空心陰極推力器的電路連接示意圖；

圖5是具體實(shí)施方式二中的發(fā)射體與觸持極套管安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是具體實(shí)施方式四中的觸持極頂?shù)膬?nèi)端面與發(fā)射體的內(nèi)端面平齊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是具體實(shí)施方式四中的觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是具體實(shí)施方式五中的觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是具體實(shí)施方式六中的平板陽極的外徑等于通氣管的外徑的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是具體實(shí)施方式六中的平板陽極的外徑大于通氣管的外徑的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是具體實(shí)施方式七中的平板陽極為球面電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是具體實(shí)施方式九中的空心的形狀為圓柱形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是具體實(shí)施方式九中的空心的形狀為錐形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是具體實(shí)施方式九中的空心的形狀為噴管形的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是具體實(shí)施方式十中的陽極棒的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1至圖4具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的新型空心陰極推力器，

發(fā)射體1嵌固在觸持極套管2的末端，發(fā)射體連接電源負(fù)極；發(fā)射體的中心設(shè)有節(jié)流孔3；

平板陽極4嵌固在通氣管5的末端，平板陽極連接電源正極；通氣管的側(cè)壁設(shè)有氣孔7。

圖1中空心陰極推力器1a為發(fā)射體，4a為觸持陽極，6為第一陶瓷套管；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的空心陰極推力器的電路連接示意圖，8為二極管，9為點(diǎn)火電源，10為維持電源。發(fā)射體嵌在通氣管末端，觸持陽極嵌在觸持極套管末端，節(jié)流孔開在觸持陽極中心位置。

新型空心陰極推力器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，發(fā)射體整體嵌在觸持極套管末端，內(nèi)部的通氣管末端為平板陽極。電路連接示意圖如圖3和圖4所示，圖3中虛線框內(nèi)的為現(xiàn)有空心陰極推力器，圖4中虛線框內(nèi)的為新型空心陰極推力器，現(xiàn)有空心陰極推力器接到電源負(fù)極的通氣管接到電源正極，而現(xiàn)有空心陰極推力器接到電源正極的觸持極套管接到電源負(fù)極。其中電源包括點(diǎn)火電源與維持電源。發(fā)射體與觸持極套管導(dǎo)通，平板陽極與通氣管導(dǎo)通，因此電源可直接與觸持極套管和通氣管連接。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖5具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，發(fā)射體1的一側(cè)設(shè)有一圈凸起1-1，凸起1-1的外徑與觸持極套管2的內(nèi)徑相匹配，通過凸起發(fā)射體嵌固在觸持極套管的末端。

發(fā)射體整體鑲嵌在觸持極套管2的末端，之間的間隙利用鉭鉑焊接連接，起到固定密封的作用。本實(shí)施方式的發(fā)射體的結(jié)構(gòu)減輕了推力器重量，縮小了觸持極套管的直徑，縮小了體積，同時(shí)增加了輻射散熱強(qiáng)度，提高了工作電壓，有利于增加離子能量。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖6和圖7具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，觸持極套管2的末端嵌固有觸持極頂2-1，觸持極頂2-1的中心開有圓孔，發(fā)射體1嵌固在圓孔中。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖6和圖7具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式三所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，觸持極頂2-1的厚度小于發(fā)射體1的厚度，觸持極頂2-1的內(nèi)端面與發(fā)射體1的內(nèi)端面平齊或觸持極頂2-1的外端面與發(fā)射體1的外端面平齊。

如圖6所示，觸持極頂?shù)膬?nèi)端面與發(fā)射體的內(nèi)端面平齊，這種結(jié)構(gòu)的輻射散熱面積較大，提高了工作電壓，有利于增加離子能量，發(fā)射體與觸持極頂間的縫隙利用鉭箔在內(nèi)端面焊接連接。

如圖7所示，觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊，這種結(jié)構(gòu)減小了輻射散熱面積，降低了輻射強(qiáng)度，從而降低推力器的工作電壓，發(fā)射體與觸持極頂間的縫隙利用鉭箔在內(nèi)端面焊接連接。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖8具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式三所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，觸持極頂2-1的厚度大于發(fā)射體1的厚度，觸持極頂2-1的外端面與發(fā)射體1的外端面平齊。

觸持極頂?shù)闹行膱A孔內(nèi)部設(shè)有凸臺(tái)，對發(fā)射體位置起定位作用，發(fā)射體與觸持極頂間的縫隙利用鉭鉑焊接連接。觸持極頂?shù)暮穸却笥诎l(fā)射體的厚度，觸持極頂?shù)耐舛嗣媾c發(fā)射體的外端面平齊，這種結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)一步降低輻射換熱強(qiáng)度，降低工作功率。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖9和圖10具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，平板陽極4的外徑大于通氣管5的外徑。

平板陽極與通氣管為一體件，通氣管除了起到導(dǎo)入氣體的作用，還有當(dāng)作電極的作用。通氣管接到電源的正極，形成的電場方向由推力器內(nèi)部指向外部，有利于高能電子噴出。陽極材料采用不銹鋼材料，與圖9所示的結(jié)構(gòu)相比，圖10中將平板陽極面積增大，從而使內(nèi)部電場分布均勻。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖11具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，平板陽極為球面電極。

平板陽極與通氣管為一體件，通氣管除了起到導(dǎo)入氣體的作用，還有當(dāng)作電極的作用。通氣管接到電源的正極，形成的電場方向由推力器內(nèi)部指向外部，有利于高能電子噴出。陽極材料采用不銹鋼材料，球面電極有利于增強(qiáng)發(fā)射體節(jié)流孔處的電場強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，還包括加速陽極；加速陽極為空心結(jié)構(gòu)，加速陽極的中心線與節(jié)流孔的中心線重合，加速陽極位于發(fā)射體外側(cè)，加速陽極與發(fā)射體之間絕緣，加速陽極嵌固在第二陶瓷套管末端，第二陶瓷套管套固在觸持極套管上。

加速陽極安裝在空心陰極推力器尾部，用于使發(fā)射體節(jié)流孔噴出的離子通過加速陽極得到加速。

具體實(shí)施方式九：結(jié)合圖12至圖14具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式八所述的新型空心陰極推力器作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，空心的形狀為圓柱形、錐形且錐形的小孔徑方向朝向節(jié)流孔或噴管形且噴管形的小孔徑方向朝向節(jié)流孔。

加速陽極采用不銹鋼材料，加速陽極與發(fā)射體之間利用陶瓷墊片絕緣，圖12中空心的形狀為圓柱形，圖13中空心的形狀為錐形，不僅可以加速離子，同時(shí)使加熱的氣體工質(zhì)膨脹加速。圖14中空心的形狀為噴管形，不僅可以加速離子，同時(shí)使加熱的氣體工質(zhì)膨脹加速。

具體實(shí)施方式十：結(jié)合圖15具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的新型空心陰極推力器，

發(fā)射體嵌固在觸持極套管的末端，發(fā)射體連接電源負(fù)極；發(fā)射體的中心設(shè)有節(jié)流孔；

陽極棒連接電源正極。

陽極棒采用鎢材料，此時(shí)陽極不再起導(dǎo)入氣體的作用，只是一根實(shí)心鎢棒，氣體直接通入到觸持極套管腔內(nèi)，此種結(jié)構(gòu)簡化了推力器結(jié)構(gòu)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

雖然在本文中參照了特定的實(shí)施方式來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的原理和應(yīng)用的示例。因此應(yīng)該理解的是，可以對示例性的實(shí)施例進(jìn)行許多修改，并且可以設(shè)計(jì)出其他的布置，只要不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。應(yīng)該理解的是，可以通過不同于原始權(quán)利要求所描述的方式來結(jié)合不同的從屬權(quán)利要求和本文中所述的特征。還可以理解的是，結(jié)合單獨(dú)實(shí)施例所描述的特征可以使用在其他所述實(shí)施例中。