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这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海( 二 )

这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海
（国产离子推进器实验装配现场）（三）新型材料栅级：让离子推进更高效离子电推进器栅极组件 ， 亦称离子光学系统 ， 由屏栅极和加速栅极组成 ， 是离子电推进器的关键组件之一 ， 其主要功能是聚焦并加速放电室工质气体电离后产生的离子 。 它不但直接关系到离子电推进器的推力、比冲、效率等性能参数 ， 还决定着推进器的可靠性和寿命 ， 是离子电推进器的重点研究对象 。这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海
此前中国研制的离子电推进器采用的均是金属钼栅极 。 但是 ， 对于离子电推进器所采用钼、钛等金属材料栅极而言 ， 其离子溅射腐蚀率较高 ， 离子电推进器放电室的等离子体在电离和加速过程中会放出大量热量 ， 这些热量分布不均匀 ， 会对很薄的栅极产生影响 。 若要规避上述影响 ， 栅间距和栅极厚度势必需要增大 ， 此外 ， 钼栅极受热发生膨胀变形 ， 甚至造成加速栅和屏栅接触短路 ， 这些都将降低栅极组件离子引出能力 ， 进而降低电推进器性能 。因此 ， 对于应用于深空探测主推进任务的大推力、高束流密度、高比冲离子电推进器 ， 金属钼栅极已经成为制约其发展的重要因素 。而由于C/C（碳-碳）复合材料具备热膨胀系数小、离子溅射系数低等特点 ， 具备作为理想栅极材料的综合潜质 ， 可以有效提高离子电推进器的热稳定性和寿命 ， 因此 ， 中国科研人员开展新型C/C栅极的设计与制备 。通过采用钼栅极作为屏栅极 ， 选取T700碳纤维和和M50J碳纤维制成的 C/C 复合材料栅极作为加速栅极 ， 科研人员制备出有效致密化的 C/C 复合材料栅极 ， 以尽量减少有栅孔带来的纤维截断 ， 提高栅极强度 ， 延长离子推进器栅极的寿命 。这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海
（正在制备中的 C/C 复合材料栅极格栅预制体）（四）长寿更耐久的秘密 ， 还得看这里离子推力器放电室磁场设计是推力器设计的一项关键技术 ， 磁场极数、磁极位置、磁极方向、磁场强度等都是影响放电室性能的重要因素 ， 放电室磁场设计优劣决定了离子推力器放电损耗和束流平直度等性能指标 。LIPS-300离子推力器采用了四极环形永磁体环切场磁路结构 ， 与此前中国多款等离子推进器所采用的三级场放电室相比 ， 这种结构具有放电效率高、束流平直度好、所需永磁体磁感应强度弱的优点 。这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海
（LIPS-300离子推力器放电室结构示意图）而在离子推力器放电室中 ， 由于需要通过磁场来约束电子绕磁力线在阳极壁面附近作螺旋线运动 ， 延长电子运动路径 ， 提高原初电子与氙气间的电离碰撞几率 ， 因此 ， 磁场直接影响放电室的放电稳定性及推力器在轨工作寿命 。 放电室内设计磁场强度构成的磁空区体积越大 ， 越容易获得良好的引出束流平直度 ， 此外 ， 阳极壁面附近的磁场等势线越密 ， 分布越均匀 ， 越有利于约束电子 。而离子推力器为适应不同的轨道任务需求 ， 实现高效、可靠、稳定的工作 ， 就需要综合考虑高温度、高真空、长寿命等因素对其磁路系统中磁性材料磁性能稳定性和可靠性的影响 。这款动力，让更多中国航天器驶向星辰大海
（离子推力器工作过程示意图）由于LIPS-300离子推力器的永磁材料需要在太空环境下承受最高450℃工作温度 ， 并在-65℃低温环境中能长期无损贮存 ， 为此 ， 中国科研人员选择2:17型耐高温钐钴（Sm2Co17）永磁材料为离子推力器提供稳定可靠的磁场 。这种高性能永磁材料 ， 其良好的内禀磁学特性 ， 是钐钴系列永磁材料的首选 ， 与其它永磁材料相对比 ， 2:17型耐高温钐钴永磁材料的最高工作温度可达550℃ ， 而最低可承受-196℃的温度 ， 在与液氮长期直接接触条件下只发生轻微磁性能老化,而在化学中性的环境中 ， 在最高使用温度以下工作寿命可达十年 ， 施加保护涂层后工作寿命更长 ， 在太空辐射环境下作业也不会出现磁性能损失 。用这种磁性材料作为离子推力器磁路系统的核心器件 ， 其磁性能的稳定性可以得到保证 ， 可满足 LIPS-300离子推力器在轨应用需求 。


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