60 mm口径霍尔推力器放电特性数值模拟与试验

郭伟龙，高 俊，顾 左，杨 威，孙明明

(兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室, 兰州 730000)

近年来，微小卫星星座的快速发展以及其他低轨宇航任务的涌现，极大地促进了小功率霍尔电推进技术的发展。小功率霍尔推力器因为其高比冲、宽功率范围可调等优点，在宇航任务中扮演着越来越重要的角色[1-2]。采用电推进已成为衡量航天器先进性的重要标志[3]。

目前，已有多个国家开展过小功率霍尔推力器的研发工作。由美国研发的BHT-200霍尔推力器可在200 W功率工况下，实现11.4 mN推力，1 570 s比冲以及42%阳极效率的性能指标[4]。由法国研发的ISCT-200霍尔推力器，推力可达12 mN，比冲1 100 s，阳极效率32%[5-6]。近年来还有CAM200、HT100等推力器问世。

LHT-60是一款由兰州空间技术物理研究所研制、面向微小卫星推进需求、功率宽范围可调的小功率霍尔推力器，放电口径60 mm，功率范围260～530 W。为了对推力器未来的性能优化及工程应用提供帮助和支撑，需要明晰推力器工作的物理机制，现结合数值模拟和试验手段，针对LHT60霍尔推力器开展放电特性研究。

在数值模拟方面，已有多个机构开展过大量工作。Dieg等[7]和Vesselovzorov等[8]针对霍尔推力器放电通道建立二维模型，对推力器的放电稳定性进行了研究。Shinatora[9]采用全粒子法，针对放电壁面刻蚀现象，对霍尔推力器的寿命进行模拟研究。Brandon等[10]对HiVHAc霍尔推力器进行了高电压工况下性能模拟，并分析了不同阳极电压对放电通道的刻蚀的影响。Hofer等[11]采用混合方法模拟了推力器内电子运动。

现采用流体方法对LHT60霍尔推力器开展数值模拟。……