現(xiàn)在人類對探索對太空旅行的興趣越發(fā)濃厚。然而，幾乎任何超越月球的任務(wù)，無論是載人的還是無人的，都將要求航天器至少在數(shù)年內(nèi)保持完全運行。霍爾推力器是一種推進系統(tǒng)，經(jīng)常用于參與長期任務(wù)的飛船。

俄羅斯莫斯科物理與技術(shù)研究所的安德烈?沙什科夫及其同事一項新研究表明，這些系統(tǒng)的運行壽命可以進一步延長，其研究成果發(fā)表在《歐洲物理期刊D》上。在真空中運行的航天器速度或方向可以通過離子驅(qū)動來改變。

離子驅(qū)動通過加速陽離子來產(chǎn)生推力?；魻柾屏ζ魇且环N離子驅(qū)動裝置，其加速度由電場提供，而不是化學(xué)燃料，建議僅用于3-5年以上的空間任務(wù)。目前這些通常涉及衛(wèi)星。當(dāng)這些推進器停止工作時，通常是由于推進劑引起的表面腐蝕；表面侵蝕模式取決于霍爾推力器通道中離子形成并加速的位置：電離和加速區(qū)域(IARs)。利用計算機模型研究了氣體流速和磁場大小的變化如何影響這些區(qū)域位置。然后，在一個真空實驗室規(guī)模的霍爾推力器上測量了這些參數(shù)，從而驗證了該研究發(fā)現(xiàn)。

重要的是，發(fā)現(xiàn)將電離和加速區(qū)域保持在相同最佳位置是可能的。已知靜止電離和加速區(qū)域可以延長霍爾推進器的壽命，這表明這些驅(qū)動器可以用于航天器執(zhí)行更長時間的任務(wù)：比月球遠很多倍。電離和加速區(qū)域的位置決定了沖蝕帶位置和推進器的最大流量。對于節(jié)流閥比較大的霍爾推力器，每一種工作模式下的電離區(qū)和加速區(qū)位置差異較大，難以提供多模式運行所需的吞吐量。本研究利用數(shù)值方法研究了工作模式變化引起的電離區(qū)和加速區(qū)位置的變化，采用1D3V混合pic數(shù)值模擬方法進行了數(shù)值研究。

結(jié)果表明，隨著氣體流量的增加和磁場減小，電離區(qū)和加速區(qū)明顯向上游移動。此外，磁場梯度的增大使通道外電離區(qū)和加速區(qū)位置發(fā)生顯著變化。對數(shù)值模擬結(jié)果進行了實驗驗證。在一臺1.5 kW的霍爾實驗室推力器上進行了電子探針測量，驗證了加速度區(qū)域的趨勢。實驗室內(nèi)2.3 kW霍爾推力器通道內(nèi)氙氣最大光強的變化驗證了電離區(qū)位移。此外，實驗研究表明，當(dāng)振蕩模式發(fā)生變化時，電離區(qū)和加速區(qū)會發(fā)生顯著的變化。

博科園｜研究/來自：Springer

參考期刊《歐洲物理期刊D》

DOI: 10.1140/epjd/e2019-90641-y

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