面向全電推進(jìn)衛(wèi)星的霍爾推進(jìn)技術(shù)*

扈延林，毛 威，李 棟，魏立秋，魏延明

(1.北京控制工程研究所，北京100190;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150001)

面向全電推進(jìn)衛(wèi)星的霍爾推進(jìn)技術(shù)*

扈延林1，毛 威1，李 棟1，魏立秋2，魏延明1

(1.北京控制工程研究所，北京100190;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150001)

不同空間任務(wù)和約束條件對(duì)霍爾推力器提出了多模式工作的需求，通過對(duì)全電推進(jìn)衛(wèi)星對(duì)推進(jìn)器的需求分析，論述霍爾推力器多模式工作涉及的關(guān)鍵技術(shù).分析表明，高比沖模式下工質(zhì)充分電離、推力器熱負(fù)荷、羽流聚焦是技術(shù)瓶頸問題，多模式寬范圍工作的陰極設(shè)計(jì)技術(shù)、多環(huán)/成組技術(shù)是霍爾推力器發(fā)展的重要研究方向，多模式霍爾推力器未來(lái)的發(fā)展需要在模式連續(xù)可調(diào)、大總沖和高比沖方向取得技術(shù)性突破.

全電推進(jìn);霍爾推力器;高比沖;多模式

0 引言

電推進(jìn)技術(shù)具有高比沖優(yōu)勢(shì)，成為世界各國(guó)降低航天器總質(zhì)量、提高平臺(tái)有效載荷、延長(zhǎng)在軌壽命的最有效手段之一，是否采用電推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)成為衡量航天器先進(jìn)性的重要指標(biāo)之一.

截止2012年以前，電推力器在衛(wèi)星平臺(tái)都是應(yīng)用在南北位保，直到一次空間任務(wù)中AEHF軍用衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移化學(xué)推進(jìn)裝置失效，采用多模式霍爾推力器BPT4000成功將衛(wèi)星從LEO軌道轉(zhuǎn)移到GEO軌道，成功地挽救了價(jià)值20多億美元的衛(wèi)星.這件事情給電推進(jìn)在空間的任務(wù)賦予了新的使命:可執(zhí)行軌道提升等多種任務(wù).2015年波音公司(Boeing)推出全球首款全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)BSS-702SP，拉開了全電推進(jìn)衛(wèi)星研制的序幕.

依托霍爾推力器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移及南北位保，實(shí)現(xiàn)一箭雙星甚至是一箭多星全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)是未來(lái)空間動(dòng)力發(fā)展的重要方向之一.

不同空間任務(wù)和約束條件對(duì)全電推進(jìn)衛(wèi)星平臺(tái)用霍爾推力器提出了多模式工作的需求，本文通過對(duì)全電推進(jìn)衛(wèi)星對(duì)推進(jìn)器的需求分析，論述霍爾推力器多模式工作涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并討論多模式霍爾推力器的發(fā)展方向.

1 全電推進(jìn)衛(wèi)星對(duì)電推力器的需求分析

全電推進(jìn)衛(wèi)星對(duì)電推進(jìn)器的需求，由不同任務(wù)需求、不同工作段決定，從國(guó)外各種衛(wèi)星平臺(tái)的應(yīng)用需求分析來(lái)看，目前空間平臺(tái)對(duì)推力器的輸入約束條件主要是不同任務(wù)階段的供給功率以及推力需求.以通訊衛(wèi)星為例，平臺(tái)一般具有較大的總功率，轉(zhuǎn)軌階段總功率可以全部用于推進(jìn)，此時(shí)推力需求也比較大;入軌后載荷用電，供給電推進(jìn)的功率降低，同時(shí)位保的推力需求也較小;兩個(gè)階段的推力需求/功率供給比例，決定了不同模式下比沖的數(shù)值;霍爾推力器的推力功率比為:

式中，T為推力，P為功率，η為效率，g為重力加速度，Isp為比沖.

由此可根據(jù)平臺(tái)不同任務(wù)階段的推力需求和可提供的最大功率確定推力器的比沖，對(duì)于強(qiáng)調(diào)軌道轉(zhuǎn)移時(shí)間短的任務(wù)，需要推力器工作于大推力低比沖的模式;對(duì)于節(jié)省推進(jìn)劑重量提高有效載荷為主的任務(wù)，需要推力器工作于高比沖的模式.空間平臺(tái)不同階段的任務(wù)需求和功率約束，形成的不同任務(wù)推力比沖的多元化需求是多模式霍爾推力器工作模式多元化設(shè)計(jì)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力.

目前，國(guó)外進(jìn)行全電推衛(wèi)星平臺(tái)的研究的單位主要有美國(guó)的波音、勞拉空間系統(tǒng)、洛克希德-馬丁，俄羅斯的衛(wèi)星通訊公司RSCC和歐洲的OHB公司、泰雷茲-阿萊尼亞.波音公司的702SP平臺(tái)本體尺寸1.8 m×1.9 m×3.5 m，發(fā)射質(zhì)量不超過2 000 kg，氙氣加注量400 kg，有效載荷500 kg，衛(wèi)星壽命15年，變軌階段可提供功率為9 kW，變軌時(shí)間4～6個(gè)月，位置保持階段可提供功率為3kW.OHB公司的Electra平臺(tái)，發(fā)射質(zhì)量2～3 t，包含700 kg有效載荷，壽命末期仍能提供8 kW，軌道提升階段可提供9.6 kW功率，位置保持階段可提供最大功率為3.2 kW.洛克希德·馬丁公司的A2100平臺(tái)已采用5 kW級(jí)BPT4000多模式霍爾推力器執(zhí)行部分軌道提升任務(wù)和位保任務(wù).美國(guó)勞拉空間系統(tǒng)公司LS-1300平臺(tái)計(jì)劃用多模式SPT-140霍爾推力器取代原有SPT-100霍爾推力器，執(zhí)行部分軌道提升和在軌位保任務(wù).

多模式霍爾推力器主要以俄羅斯的SPT-140、美國(guó)的BPT-4000和歐空局PPS-X000為主要代表.Fakel研制的SPT-140霍爾推力器，在放電電壓在250～450 V變化的時(shí)候，其功率變化范圍為2～6.75 kW，推力為134～350 mN，比沖能達(dá)到1 700～2 410 s，效率基本維持在55%.美國(guó)的BPT-4000霍爾推力器在放電電壓為 300～400 V，功率 3～4.5 kW，推力153～268 mN，比沖1 673～1 768 s.2005年完成了BPT-4000的性能演示實(shí)驗(yàn).并且推力器在1～4.5 kW的工作范圍下工作了10 400小時(shí).對(duì)推力器的腐蝕輪廓進(jìn)行測(cè)量表明，推力器工作5 600小時(shí)后腐蝕速率變得很低.為了進(jìn)一步評(píng)估BPT-4000在高比沖情況下的工作性能，NASA對(duì)BPT-4000在500～800 V放電電壓下進(jìn)行了2.5～5.5 kW的放電實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明，在這種情況下推力范圍為135～288 mN，比沖為1 980～2 720 s，效率為50%～59%.此外，結(jié)果表明，在高電壓放電情況下，離子的束流聚焦更難控制、多模式工作時(shí)，各工作點(diǎn)的協(xié)調(diào)匹配設(shè)計(jì)難度加大.針對(duì)未來(lái)3～10 kW的在軌同步平臺(tái)任務(wù)需求，歐空局專門研制了PPSX000樣機(jī)，并重點(diǎn)研究了其多模式的工作特性.在霍爾推力器的放電穩(wěn)定性、熱負(fù)荷和PPU極限功率等幾項(xiàng)指標(biāo)的綜合限制下，PPS-X000能在4 kW功率量級(jí)上實(shí)現(xiàn)2 500 s左右的高比沖，放電電壓約700 V，可用于在軌平臺(tái)的位置保持.而在6 kW條件下最大可實(shí)現(xiàn)超過350 mN的推力，可以執(zhí)行衛(wèi)星平臺(tái)的軌道轉(zhuǎn)移任務(wù).

從上述分析可以看出，各種衛(wèi)星平臺(tái)的功率輸入、任務(wù)需求和約束條件不同，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)的推力、比沖的需求也會(huì)因此不同，國(guó)際主流的多模式霍爾推力器的研究也針對(duì)性的給出了可提供的推力比沖范圍.對(duì)轉(zhuǎn)軌時(shí)間要求嚴(yán)格的任務(wù)下，一般功率推力比相對(duì)較低，推力器工作于大推力300 mN低比沖約1 600 s模式，而對(duì)有效載荷要求比較高的任務(wù)中，推力器功率推力比相對(duì)較高，一般推力約為200 mN，比沖＞2 500 s.由此可以看出，各種空間任務(wù)的任務(wù)需求和約束條件，對(duì)推力器的工作模式需求也是多種多樣.

2 多模式霍爾推力器及其關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 多模式霍爾推力器工質(zhì)充分電離問題

根據(jù)式(1)可確定推力器的設(shè)計(jì)比沖，霍爾推力器的比沖主要由放電電壓決定，進(jìn)而可以得到對(duì)應(yīng)大功率工作模式和小功率工作模式推力器的工作電壓，小功率工作模式的工作電壓相對(duì)大功率模式而言有3種情況:降低/不變/提高，其設(shè)計(jì)難度依次提高，即在多模式霍爾推力器小功率工況實(shí)現(xiàn)高電壓設(shè)計(jì)難度更大.

根據(jù)霍爾推力器中能量平衡與損失體系可知，要保證推力器有好的整體性能，就必須保證高的工質(zhì)利用率和電壓利用率，即工質(zhì)要充分電離，而且離子能獲得較大份額的加速電壓，在霍爾推力器中可用中性氣體的連續(xù)性方程可用來(lái)描述中性氣體的電離過程，如式(2)所示:

式中，nn為中性原子密度，Vn為中性原子速度，β為電離系數(shù)，ne為電子密度.

SPT(stationary plasma thruster)的創(chuàng)始人Morozov等［1］推導(dǎo)出了保證工質(zhì)充分電離的相似準(zhǔn)則數(shù)S

式中，e為電子電荷，M為工質(zhì)氣體原子質(zhì)量，Ud為放電電壓，β為電離系數(shù)，L為通道長(zhǎng)度，A為通道截面積，˙m為工質(zhì)流量.

根據(jù)Bugrova-Maslennikov-Morozov判據(jù)，S滿足

可以得到在一定放電條件下，保證工質(zhì)充分電離的質(zhì)量流量范圍

這說明在推力器多模式工作時(shí)，為實(shí)現(xiàn)大功率和小功率等多種工況的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，必然導(dǎo)致在小功率情況下，通道內(nèi)中性氣體密度低，通道內(nèi)電子平均自由程變大，碰撞頻率降低，進(jìn)一步降低了通道內(nèi)電子密度，使得工質(zhì)利用率降低大幅降低.

盡管低功率下為了獲得更到的比沖，放電電壓相對(duì)比較高，提高放電電壓能夠提高電離系數(shù)β，增加通道內(nèi)的工質(zhì)電離率.但研究表明通道內(nèi)最高電子溫度在一定的高電壓區(qū)間內(nèi)達(dá)到飽和，亦即在一定的高電壓區(qū)間內(nèi)，最高電子溫度不隨放電電壓的增加而增加.美國(guó)PPPL［1-3］對(duì)通道內(nèi)參數(shù)在改變電壓進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究以及理論分析給出了“電子溫度飽和”現(xiàn)象，如圖1所示，從圖中可以看出在該臨界電壓之前，最大電子溫度隨放電電壓的增加而增加，當(dāng)超過該臨界電壓之后，最大電子溫度不再顯著增長(zhǎng)，甚至有所下降，此即為“飽和”現(xiàn)象.因此多模式霍爾推力器在小功率工作情況下，中性氣體的充分電離將成為制約推力器性能提升的瓶頸問題.

圖1 最大電子溫度與放電電壓變化關(guān)系Fig.1 The relationship between the maximum electron temperature and discharge voltage

2.2 多模式工作熱負(fù)荷問題

霍爾推力器作為一種典型的將電能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)換裝置，效率通常在50%～60%范圍內(nèi)，這說明推力器輸入功率中的四成以上將通過發(fā)熱，發(fā)光，電離激發(fā)等過程耗散掉，其中熱耗散是最主要過程.對(duì)于定工況運(yùn)行的霍爾推力器，由于熱負(fù)荷特性單一，可有針對(duì)性的采用較大裕度的熱設(shè)計(jì).而多模式大功率霍爾推力器的熱負(fù)荷問題，主要矛盾在于需要考慮不同模式工作條件下熱負(fù)荷及高效放電問題.Mazouffre對(duì)PPX000-ML多模式霍爾推力器的測(cè)量結(jié)果顯示如圖2～4所示，推力器壁面溫度、陽(yáng)極溫度隨著功率上升而上升，推力器輸入功率從約2kW提高到約4.5 kW，壁面的熱流密度增加4～8倍［5-6］.

陽(yáng)極主要用于復(fù)合等離子體中的電子形成放電回路，電子的剩余能量會(huì)在較小的陽(yáng)極面積上形成大量的熱沉積，導(dǎo)致陽(yáng)極產(chǎn)生局部的高溫.陽(yáng)極產(chǎn)熱主要與電子電流的大小及電子溫度成正比.多模式霍爾推力器大流量或是高電壓的工作模式均會(huì)造成陽(yáng)極接收的電子電流增大以及電子溫度的升高，使得陽(yáng)極的產(chǎn)熱大幅上升.如果陽(yáng)極熱量得不到及時(shí)的疏導(dǎo)，將導(dǎo)致陽(yáng)極局部溫度過高，使得陽(yáng)極部件局部過熱，最終導(dǎo)致推力器無(wú)法工作.

圖2 壁面溫度與輸入功率的關(guān)系Fig.2 The relationship between wall temperature and the input power

圖3 壁面/陽(yáng)極溫度隨流量和功率的變化Fig.3 Wall/anode temperature varies with power and flow

圖4 壁面熱流與輸入功率的關(guān)系Fig.4 The relationship between wall heat flux and the input power

2.3 多模式霍爾推力器高比沖設(shè)計(jì)問題

隨著近年來(lái)長(zhǎng)壽命衛(wèi)星平臺(tái)和深空探測(cè)等項(xiàng)目的開展，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高比沖，成為了霍爾推力器發(fā)展的重要趨勢(shì).多模式霍爾推力器設(shè)計(jì)也提出了在不同模式下盡可能提供更高的比沖的需求，在眾多提高比沖的方法中，提高放電電壓被大量實(shí)驗(yàn)證明是有效的方法之一［7-10］.

高比沖模式推力器設(shè)計(jì)中，不可避免地遇到高比沖推力器羽流發(fā)散角過大的問題.美國(guó)PPPL實(shí)驗(yàn)在不同電壓下通道中心線上電子溫度的分布如圖5所示，從測(cè)量結(jié)果中可以看出，電壓提高使得最大電子溫度值向通道出口移動(dòng)，甚至移動(dòng)到羽流區(qū)，造成了額外電壓損失，降低了電壓利用率，使得通道內(nèi)電離分布總體向出口移動(dòng).如圖6所示，使得要實(shí)現(xiàn)磁聚焦需要出口磁場(chǎng)具有更大的曲率，電離分布與磁場(chǎng)位型的匹配難度加大［1］.

圖5 軸向電子溫度分布與放電電壓之間的關(guān)系Fig.5 The relationship between the axial electron temperature distribution and the discharge

圖6 不同放電電壓下電離數(shù)密度沿軸向分布Fig.6 The relationship between the axial ionization distribution and the discharge

高電壓工作模式另外的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題就是通道壁面的濺射問題，表面束縛能U0決定了材料產(chǎn)生濺射的離子能量閾值Eth，在低能離子轟擊條件下，材料的表面束縛能對(duì)濺射系數(shù)具有決定性影響.Garrigues曾指出在低能Xe+離子濺射轟擊下，BN陶瓷材料的Eth對(duì)濺射系數(shù)具有重要影響，并對(duì)Eth取值不同情況下的器壁侵蝕過程進(jìn)行了分析［12］.通常情況下，單原子材料的U0接近于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的升華能Us［1，13-15］.高電壓模式下高能離子轟擊陶瓷壁面，使壁面腐蝕率大幅增加，是高電壓霍爾推力器設(shè)計(jì)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn).

2.4 多模式陰極設(shè)計(jì)問題

全電推進(jìn)對(duì)推力器的多模式工作要求，給空心陰極提出了寬范圍自持工作、引出電流大范圍調(diào)整的工作需求.

在低功率工作模式，空心陰極的引出電流在幾安培，而在大功率模式空心陰極的引出電流接近十安培甚至更高，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作方式的空心陰極在如此寬范圍內(nèi)變電流時(shí)，需要解決若干關(guān)鍵技術(shù)問題.其一，空心陰極變電流工作時(shí)發(fā)射體上的加熱功率會(huì)發(fā)生大幅變化，這種改變將引起空心陰極或者熄火不能自持，或者壽命大幅縮減.研究結(jié)果顯示鋇鎢發(fā)射體空心陰極引出電流每增加一倍，發(fā)射體溫度將變化150℃，會(huì)引起蒸發(fā)率迅速增大(鋇鎢發(fā)射體溫度每升高20℃，材料蒸發(fā)速率增加一倍)，導(dǎo)致陰極壽命迅速下降.第二，空心陰極工作時(shí)需要供給一定流量的氣體，以保證其內(nèi)部的等離子體放電，但這部分氣體由于不能產(chǎn)生推力，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)推進(jìn)裝置的輸出比沖的下降.傳統(tǒng)空心陰極供氣流量一般為總供氣量的7%～10%.以7 A的工作電流為例，陰極的供氣流量為5～7 ml/min.對(duì)于推力器低功率模式，陽(yáng)極供氣流量只有約40～50 ml/min，這樣陰極耗氣將會(huì)拉低比沖約10%～14%.可見，傳統(tǒng)空心陰極在寬范圍變電流輸出時(shí)，自持困難、發(fā)射體損耗增大，以及對(duì)推力器比沖影響增大等將成為制約多模式推力器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題.

2.5 多模式推力器多環(huán)/成組設(shè)計(jì)

多模式霍爾發(fā)展中不可避免遇到大功率模式和小功率模式設(shè)計(jì)上的矛盾，國(guó)外很多研究機(jī)構(gòu)也嘗試通過多模式霍爾推力器成組和多環(huán)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展霍爾推力器的工作域.如利用技術(shù)成熟度較高的1 kW量級(jí)推力器四臺(tái)組成推力器組，如圖7所示，在轉(zhuǎn)軌階段四臺(tái)同時(shí)工作，在位保階段單臺(tái)交替工作，或利用大功率霍爾推力器內(nèi)部非流通部分的體積形成多環(huán)霍爾推力器，在不同的任務(wù)階段推力器不同環(huán)工作提供不同的推力.

圖7 推力器成組工作設(shè)計(jì)Fig.7 The design of thrusters group work

多環(huán)霍爾推力器的設(shè)計(jì)思想由美國(guó)密西根大學(xué)和NASA提出，如圖8所示.在多環(huán)霍爾推力器中，放電通道由多個(gè)同軸的圓環(huán)組成，空心陰極位于中軸線上.通過這種設(shè)計(jì)方式，最大限度地減小了霍爾推力器的通流面積，減小了大功率推力器的體積和重量，提高了推力密度.

圖8 多環(huán)霍爾推力器原理圖和放電羽流圖Fig.8 The diagram of polycyclic Hall thruster schematics and discharge plume

多環(huán)結(jié)構(gòu)的霍爾推力器能夠大幅度地減小推力器重量和尺寸，同時(shí)增加功率密度.多環(huán)霍爾推力器可以提供一個(gè)大范圍的運(yùn)行功率.NASA的100 kW級(jí)大功率多環(huán)結(jié)構(gòu)霍爾推力器X3的工作功率范圍為1～200 kW之間，比沖為4 600 s時(shí)其推力可以達(dá)到15 N.

多模式霍爾推力器成組設(shè)計(jì)能有有效的借鑒現(xiàn)有成熟的推力器設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論，多臺(tái)推力器間可實(shí)現(xiàn)冗余備份并提高推進(jìn)系統(tǒng)的總體使用壽命，但成組設(shè)計(jì)同樣也存在相同功率等級(jí)下，比功率和尺寸遠(yuǎn)大于多環(huán)結(jié)構(gòu)霍爾推力器的問題.以200 kW為 例，成 組 設(shè) 計(jì) 的 比 功 率 估 計(jì) 為1.3 kg/kW，而多環(huán)推力器為0.5 kg/kW.

3 結(jié)論與發(fā)展展望

多模式霍爾推力器的發(fā)展取決于飛行器的多任務(wù)需求.深空探測(cè)的長(zhǎng)壽命長(zhǎng)距離飛行、空間站等大型空間平臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間大阻力補(bǔ)償、近地小行星探測(cè)、主帶小行星探測(cè)、木星火星探測(cè)的應(yīng)用需求以及不同任務(wù)的約束條件限制，決定了多模式霍爾推力器的應(yīng)用發(fā)展方向.以此需求為牽引，多模式霍爾推力器未來(lái)的研究可在以下幾個(gè)方向展開:

(1)高總沖，模式連續(xù)可調(diào)

對(duì)于深空探測(cè)器長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間、多目標(biāo)、多任務(wù)運(yùn)行而言，在航天器不同任務(wù)階段不同壽命期內(nèi)，平臺(tái)能提供的給電推進(jìn)的輸入功率和所需的推力顯著不同，為提高平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)能力，模式連續(xù)可調(diào)的寬范圍工作霍爾推力器將成為技術(shù)發(fā)展的重要方向之一.

(2)高比沖

目前衛(wèi)星平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，平臺(tái)總功率的提升速度大于平臺(tái)質(zhì)量的提升速度，這就意味著平臺(tái)未來(lái)對(duì)比沖的需求增長(zhǎng)將大于對(duì)推力的需求，同時(shí)受長(zhǎng)壽命衛(wèi)星平臺(tái)及深空探測(cè)等背景需求的技術(shù)牽引，高比沖成為霍爾推力器發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，

(3)變工質(zhì)

傳統(tǒng)霍爾推力器一般采用氙氣作為工質(zhì)，氙是惰性氣體中原子量最大的氣體，這使相同加速電壓條件下離子的噴出速度明顯偏低，這對(duì)高比沖要求無(wú)疑是個(gè)缺點(diǎn).實(shí)現(xiàn)霍爾推力器高比沖通常采用提高放電電壓或者輕工質(zhì)的方法，但高電壓法對(duì)比沖的提高有限，很難在量級(jí)上有突破，同時(shí)也會(huì)大大增加電源的設(shè)計(jì)難度，降低整星的可靠性.而采用輕工質(zhì)如Kr，不但可以很容易地提高比沖，還能有效增加其推力，發(fā)展比沖大于3 000 s的Kr工質(zhì)多模式霍爾推力器將成為未來(lái)的重要發(fā)展方向之一.

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The Hall Propulsion Technology Oriented All-Electric-Propulsion Satellites

HU Yanlin1，MAO Wei1，LI Dong1，WEI Liqiu2，WEI Yanming1
(1.Beijing Institute of Control Engineering，Beijing 100190，China; 2.Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China)

The development of all-electric propulsion platform，the need of different space missions and space constraints make it necessary to develop the multi-mode operation Hall Thruster.Based on the demand analysis of all-electric propulsion platform for propeller，we discuss the key technologies.It shows that the bottleneck problems are sufficient ionization of working medium，thermal load of thruster and plum focalization under the high specific mode.The development directions of the multi-mode operation Hall thruster are cathode design technology in wide scope of work condition and nest technology.These need the technical breakthrough about development of the multi-mode Hall thruster in continuous adjustment of work mode，high specific impulse and large total specific impulse.

all electric propulsion;Hall thruster;high specific impulse;multi-mode

V439

A

1674-1579(2017)01-0073-06

10.3969/j.issn.1674-1579.2017.01.012

扈延林(1985—)，男，工程師，研究方向?yàn)楹教祀娡七M(jìn)技術(shù);毛 威(1981—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教祀娡七M(jìn)技術(shù);李 棟(1980—)，女，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教焱七M(jìn)技術(shù);魏立秋(1980—)，男，副教授，研究方向?yàn)楹教焱七M(jìn)及電源技術(shù);魏延明(1965—)，男，研究員，研究方向?yàn)楹教焱七M(jìn)技術(shù).

*總裝預(yù)研基金資助項(xiàng)目(9140A20050315HT05001).

2015-12-14