吸气式电弧加热发动机直流放电等离子生成试验研究

戴芳立，杨寒，徐勇，杨龙，赵光磊，赵宏

（北京航天试验技术研究所，北京 100074）

0 引言

与传统化学推进相比，吸气式电推进的投资规模小，入门难度低，取得技术突破获得技术成果的可能性高，在超低轨道卫星应用前景广阔[1-2]。在1959年，轨道器收集空气作为推进剂的理念[3]被Demetriades第一次提出。上个世纪90年代开始，欧美等国家对吸气式栅网型离子推进器（ABIE）的研究取得了一系列的成果，对其吸气方式、电离方式、加热方式和推进过程等进行了大量的分析和改进[4-5]。欧空局在2018年3月5日发布了吸气式电推进试验的消息，发动机为双模式发动机，既可使用氙气工质，也可使用空气工质，工作高度为200km，飞行器飞行速度7.8km/s[6]。国内方面，航天五院在火星探测方案中，提出了吸气式螺旋波电推进进行航天器轨道维持的方案[7]；北京卫星环境工程研究所完成了以原子氧为工质，综合考虑碰撞、激发、电离等过程，通过13.56MHz射频加热，由磁喷口完成推力输出的吸气式螺旋波电推进器仿真模拟[8]。

本文在超低轨道来流模拟技术、电弧加热发动机技术、空间环境模拟试验硬件条件基础上，探索吸气式电弧加热发动机方案与结构设计、试验方法等相关技术，为工程样机研制及吸气式稳态等离子发动机技术探索奠定基础[9]。

1 试验装置及工作原理

等离子体放电试验装置分布如图1所示，试验装置实物如图2所示。

图1 放电试验装置分布示意图

图2 试验装置实物及附件

其中包括真空舱、真空机组、真空机组控制系统、试验电源、氮气加热装置、配气系统、测量系统以及铜电极板等[10]。……