溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

耿海，孙明明，罗俊华，刘家涛

兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点试验室 兰州 730000

离子推力器基于其高比冲、长寿命及高效率等优点，在航天器在轨推进领域得到了广泛应用[1-2]。

离子推力器在轨飞行前，需在地面进行一系列测试及考核。由于其只能在真空环境下工作，因此必须建造地面真空环境设备以开展相关的测试和验证。电推进真空环境设备为封闭空间，且通过各类真空泵维持设备内真空度始终处于较高水平(一般要求真空度≤10-3Pa)。同时，由于推力器在工作时喷射出的高速、高温且呈电中性状态的氙气羽流，若直接轰击至设备壁面，会造成设备壁面出现离子刻蚀现象。因此，在电推进真空测试设备内须配置溅射靶以降低羽流中高能离子造成的壁面刻蚀影响，且溅射靶需设计为至少对推力器羽流具有一次光学屏蔽能力[3]。2019年中国空间技术研究院KM4真空环境设备内开展30 cm离子推力器联试试验，从结果来看，推力器在稳定运行一段时间后，溅射靶和栅极温度均快速升高，且栅极截获电流增大，与之对应的则是推力器的工作性能(基于电参数得到的推力、比冲等)发生了衰退。分析其原因认为，由于溅射靶在推力器羽流影响下温度快速升高，并通过热辐射引起栅极表面温度升高，近一步造成栅极间距变化，从而引起束流聚焦状态以及整体工作性能的变化。因此，研究溅射靶对推力器影响，对保证推力器地面测试试验的顺利开展以及分析在轨和地面条件下推力器性能不一致性均具有重要意义。……