環(huán)型離子推力器放電機(jī)理研究進(jìn)展①

鹿 暢，梁學(xué)明，夏廣慶，關(guān)思琦

(1.大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連 116024；2.大連理工大學(xué) 遼寧省空天飛行器前沿技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連 116024；3.大連理工大學(xué) 圖書館，大連 116024)

0 引言

電推進(jìn)因其高比沖、高效率、長壽命和高可靠性等優(yōu)勢(shì)在航天任務(wù)中的應(yīng)用愈加廣泛[1-5]。2019年12月，國內(nèi)在“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星上成功應(yīng)用了由航天五院510所自主研發(fā)的LIPS-300離子推力器，標(biāo)志著國內(nèi)電推進(jìn)技術(shù)取得重大突破[6]。2020年初，國內(nèi)探月計(jì)劃“嫦娥工程三期”順利完成，初步建立了深空探測(cè)網(wǎng)，火星探測(cè)計(jì)劃提上議事日程[7]。開展火星探測(cè)任務(wù)的首要難題是探測(cè)器的運(yùn)載問題，探測(cè)器要擺脫地球引力進(jìn)入火星軌道，其飛行速度需超過第二宇宙速度。與此同時(shí)，探測(cè)器要經(jīng)過極長的飛行時(shí)間，期間還要經(jīng)受各種力、熱和輻射的干擾。因此，開展火星探測(cè)任務(wù)對(duì)探測(cè)器推力器的推力、功率、比沖、效率和使用壽命等性能提出了更高的要求。研發(fā)更大推力和更高功率的電推力器將對(duì)我國未來的航天任務(wù)起到至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器是目前比沖、效率和使用壽命最高，也是應(yīng)用最廣的電推力器之一[8-10]，但其推力和功率距火星探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)的要求還有較大差距[11-12]。大尺寸柵極組件的制造困難和最大輸入功率的降低是制約大推力、高功率離子推力器研制的兩大技術(shù)難題[13-14]。為解決這兩大技術(shù)難題，突破傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器的尺寸和功率上限，2012年NASA 格林研究中心提出了一種新型的離子推力器——環(huán)型離子推力器[15]。針對(duì)國內(nèi)未來近地軌道任務(wù)、遠(yuǎn)距離深空探測(cè)等使命，2015年航天五院510所在國內(nèi)率先展開了環(huán)型離子推力器的研發(fā)[16]。同年，鹿暢等參與到航天五院510所該推力器的研發(fā)中，開展了環(huán)型離子推力器的數(shù)值模擬工作以輔助該推力器設(shè)計(jì)[17]。

綜上所述，2020年國內(nèi)已啟動(dòng)火星探測(cè)計(jì)劃，大推力、高功率電推進(jìn)是保證該計(jì)劃順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。環(huán)型離子推力器作為大推力、高功率電推進(jìn)的重要發(fā)展方向，具備突破傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器尺寸和功率上限，并大幅提升離子推力器綜合性能的潛在優(yōu)勢(shì)。因此，環(huán)型離子推力器將是國內(nèi)未來航天任務(wù)的重要技術(shù)儲(chǔ)備。本文對(duì)環(huán)型離子推力器放電機(jī)理的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，并提出環(huán)型離子推力器的下一步研究重點(diǎn)。

1 環(huán)型離子推力器的優(yōu)勢(shì)

離子推力器的工作過程大致分為三個(gè)階段：(1)推進(jìn)工質(zhì)在放電室內(nèi)被電離產(chǎn)生離子；(2)離子被柵極系統(tǒng)加速形成束流；(3)束流被中和器中和形成羽流。其中，離子被柵極系統(tǒng)加速的階段是推力獲得及功率輸出的主要階段[18-19]。因此，離子推力器的推力和功率水平與柵極的尺寸密切相關(guān)，增大柵極的尺寸是大幅提高離子推力器推力和功率水平的關(guān)鍵[18-19]。

傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器主要由陰極、陽極、柵極和中和器等構(gòu)成，放電室通常為軸對(duì)稱的截圓錐結(jié)構(gòu)，如圖1所示[8]。由其結(jié)構(gòu)可知，柵極尺寸增大后，柵極跨度及放電室體積面積比也隨之增大。然而，柵極跨度和放電室體積面積比的增大會(huì)嚴(yán)重降低柵極組件的力熱穩(wěn)定性和放電室輸入功率上限[20]。

(a)Appearance (b)Section diagram

環(huán)型離子推力器的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示[15-16]。其放電室主要由兩個(gè)陽極套筒組成，整體呈環(huán)形，陰極偏置于放電室一側(cè)，使放電室為非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)[16]。放電室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的變化使得環(huán)型離子推力器相比于傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器，具備如下顯著優(yōu)勢(shì)：

(1)柵極跨度成倍減小，大大降低了大尺寸柵極的制造難度，可大幅提高推力器的設(shè)計(jì)尺寸。

采用環(huán)形幾何結(jié)構(gòu)，柵極系統(tǒng)的跨度和間距比成倍降低，提升了柵極系統(tǒng)的熱/機(jī)械穩(wěn)定性，因而可輕松突破傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器柵極的直徑上限并大幅提高推力器的設(shè)計(jì)尺寸，具備獲得更大束流和推力的潛力。

由于離子推力器的推力基本上與其出口面積成正比[21]，在相同的運(yùn)行工況下，4臺(tái)直徑20 cm的離子推力器與1臺(tái)直徑40 cm的離子推力器提供的推力相當(dāng)。然而，1臺(tái)直徑40 cm的離子推力器，其本身質(zhì)量、占用空間、相應(yīng)的貯箱和工質(zhì)供應(yīng)管路、電源設(shè)備占用空間與1臺(tái)直徑20 cm的離子推力器基本沒有差別。因此，增大離子推力器的出口面積，不僅可增大推力，而且可顯著提高離子推力器的有效載荷比。推力和有效載荷比的增大，不僅可滿足多種航天任務(wù)的需求(特別是深空探測(cè)任務(wù)的需求)，還可進(jìn)一步降低航天任務(wù)的發(fā)射成本。

(a)Appearance (b)Internal structure

(2)陽極面積增大近1倍(即放電面積增大1倍)，顯著增大了推力器的輸入功率及等離子體密度上限。

考夫曼型離子推力器中等離子體密度與其放電室體積面積比相關(guān)。體積面積比越小，則放電面積越大，放電室輸入功率上限越高，可獲得的等離子體密度也越高。然而，對(duì)于傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器，隨著柵極尺寸增大，體積面積比會(huì)顯著增大，導(dǎo)致放電室輸入功率上限不斷降低，可獲得的等離子體密度也明顯減小，因此在一定程度上抵消了柵極尺寸增大帶來的推力增益。環(huán)型離子推力器的雙陽極結(jié)構(gòu)可在相同柵極面積下顯著減小放電室體積面積比，所以相比于同尺寸的傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器，環(huán)型離子推力器可大幅提升推力器的輸入功率及等離子體密度上限。

(3)節(jié)省了安裝空間。傳統(tǒng)離子推力器的外部中和器需要懸掛在推力器出口一側(cè)，所以在安裝時(shí)，需要較大空間來安置外部中和器。環(huán)型離子推力器可將中和器安置在推力器中心軸線位置，使推力器結(jié)構(gòu)一體化，從而顯著減小推力器占用的總體積。

(4)環(huán)型離子推力器內(nèi)環(huán)為中空結(jié)構(gòu)，具備制造多環(huán)環(huán)型離子推力器和混合環(huán)型推力器的潛力。

多環(huán)環(huán)型離子推力器的概念圖如圖3所示[22]，其整體推力水平和輸入功率可隨嵌套環(huán)數(shù)的增大而增大。

圖3 多環(huán)環(huán)型離子推力器[22]

混合環(huán)型推力器的概念圖如圖4所示[22]?？煽闯觯旌檄h(huán)型推力器是將環(huán)型離子推力器與其他類型推力器相互嵌套在一起的推力器，其將具備更寬范圍的工作模式。

Annular+Hall model Annular+Chemical model

綜上所述，環(huán)型離子推力器作為大推力、高功率電推進(jìn)的一個(gè)重要發(fā)展方向，將是國內(nèi)未來火星探測(cè)及其他深空探測(cè)任務(wù)的重要技術(shù)儲(chǔ)備。其通過改變放電室結(jié)構(gòu)突破了傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器的尺寸和輸入功率限制，可大幅提升離子推力器的推力和功率水平，并具備許多其他潛在優(yōu)勢(shì)。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

環(huán)型離子推力器的概念最早由NASA電推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的ASTON等于1989年提出[21]。但早期的環(huán)型離子推力器僅是在放電室中軸位置增加了一個(gè)絕緣支撐柱，將柵極結(jié)構(gòu)變成了環(huán)形。而陰極位于支撐柱內(nèi)部，并通過支撐柱的縫隙進(jìn)行放電。1990～1995年，ASTON等[23-24]研制了基于上述設(shè)計(jì)概念的推力器樣機(jī)。樣機(jī)測(cè)試結(jié)果證明了環(huán)形柵極的可行性。

離子推力器的一個(gè)重要特點(diǎn)是等離子體的產(chǎn)生和加速為兩個(gè)基本獨(dú)立的過程[25]，因此其放電室結(jié)構(gòu)理論上可采取多種形式而不影響推力器功能的完整性?；谶@一特點(diǎn)，2011年NASA格林研究中心的PATTERSON等[25]提出了新一代環(huán)型離子推力器的概念。與早期不同，新一代環(huán)型離子推力器采用了雙陽極設(shè)計(jì)，其內(nèi)部支撐柱不僅起掛載柵極的作用，還作為陽極參與放電。同時(shí)，放電陰極不再位于支撐柱內(nèi)部，而是偏置于放電室一側(cè)。

2012年，NASA格林研究中心根據(jù)PATTERSON等提出的設(shè)計(jì)概念制作了用于實(shí)驗(yàn)研究的小口徑(42 cm)環(huán)型離子推力器原理樣機(jī)[15]。該樣機(jī)的放電和束流引出測(cè)試結(jié)果顯示其性能基本滿足設(shè)計(jì)要求，證明了新一代環(huán)型離子推力器的可行性。同時(shí)表明，環(huán)型離子推力器是快速研發(fā)極高功率(>100 kW)電推力器的關(guān)鍵，其可在高比沖保持不變的情況下，將離子推力器的輸入功率和推力密度拓展至極高水平。

同年，SHASTRY等[28]針對(duì)非軸對(duì)稱環(huán)形放電室的放電特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)：

(1)工質(zhì)原子對(duì)等離子體均勻性有顯著影響。放電均勻性與推進(jìn)工質(zhì)流率具有強(qiáng)相關(guān)性，適當(dāng)減小推進(jìn)工質(zhì)流率，不僅增加了到達(dá)柵極的離子電流密度，而且提高了放電均勻性，如圖5所示[26]。SHASTRY等推測(cè)高密度推進(jìn)工質(zhì)對(duì)電子周向漂移運(yùn)動(dòng)的干擾是導(dǎo)致該問題的原因。

(a)Rated propellant flow rate

(b)Low propellant flow rate

(2)電參數(shù)對(duì)等離子體均勻性也有顯著影響。放電陰極下游的電流密度明顯高于其他周向位置，特別是在高放電電流工況下。在合適的放電功率下，可實(shí)現(xiàn)較為均勻的放電，但當(dāng)放電功率較小或較大時(shí)，放電的非均勻性顯著增大，如圖6所示[26]。

(3)電參數(shù)對(duì)平均離子密度有重要影響。平均離子密度與放電功率呈高度線性關(guān)系，放電功率越高平均離子密度越大，而且在高放電功率下放電損耗顯著降低。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，束流平直度隨束電流的增加而增加，離子電流密度在陽極表面2 cm處快速下降。因此，在束流引出過程中對(duì)該部分區(qū)域進(jìn)行了遮擋，以避免其對(duì)束流均勻性的影響。

圖6 放電的非均勻性度隨放電功率的變化[26]

然而，對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，如推進(jìn)工質(zhì)流率和放電功率對(duì)等離子體均勻性和平均離子密度的影響機(jī)理，SHASTRY等沒有進(jìn)行更深入的探究。由于等離子體均勻性和平均離子密度等特性是決定環(huán)型離子推力器性能高低的關(guān)鍵因素，所以有必要對(duì)上述問題進(jìn)行深入研究。

2013～2015年，NASA格林研究中心報(bào)道了其正在研制的65 cm口徑環(huán)型離子推力器研究現(xiàn)狀[22,27]，測(cè)試結(jié)果證明了大口徑、高功率環(huán)型離子推力器的可行性。同時(shí)，研究結(jié)果表明，65 cm環(huán)型離子推力器與42 cm環(huán)型離子推力器具有相似的特性表現(xiàn)，其磁場(chǎng)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保持磁場(chǎng)的最大閉合等值面約為50 G，并在放電室中間留有較大的磁空區(qū)。

另外,還發(fā)現(xiàn)：

(1)陰極位置對(duì)等離子體分布有顯著影響。在柵極正對(duì)陰極上方的較小區(qū)域內(nèi)等離子體密度達(dá)到峰值，如圖7所示[22]，導(dǎo)致此處具有極高的加速柵極截獲電流，但其產(chǎn)生機(jī)理尚不明確。

圖7 陰極上方等離子體峰值區(qū)域的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)圖試驗(yàn)觀測(cè)陰極上方等離子體峰[22]

(2)磁阻是影響放電穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。環(huán)型離子推力器在低功率下的放電不穩(wěn)定性與磁阻大小相關(guān)，而非傳統(tǒng)離子推力器中常見的陰極自持加熱功率不足，磁阻越大放電越容易失穩(wěn)。這些研究結(jié)論表明等離子體分布特性和放電穩(wěn)定性問題值得重點(diǎn)探索。

2016～2017年，NASA格林研究中心報(bào)道了其下一步研究計(jì)劃[28-29]。他們將在未來實(shí)現(xiàn)115 cm口徑的環(huán)型離子推力器，并將其輸入功率增大至300 kW，同時(shí)將開展多環(huán)環(huán)型離子推力器，霍爾推力器、化學(xué)推力器與環(huán)型離子推力器相結(jié)合的混合推力器的研發(fā)。

2018年，F(xiàn)OSTER等[30]基于三維磁場(chǎng)求解器和零維模型對(duì)環(huán)型離子推力器內(nèi)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，以降低尺寸增大帶來的高放電損耗。

國內(nèi)航天五院510所于2015年開展了50 cm口徑的5 kW環(huán)型離子推力器樣機(jī)研發(fā)[16,31]。 2017年，該樣機(jī)性能摸底實(shí)驗(yàn)結(jié)束，實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了環(huán)型離子推力器的可行性[16]。2018～2019年，陳娟娟等[32-33]利用二維軸對(duì)稱模型對(duì)環(huán)型離子推力器的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和陰極流率進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和工質(zhì)流率對(duì)推力器性能有顯著影響，相關(guān)影響機(jī)理亟需進(jìn)一步研究。

考夫曼型離子推力器的放電過程非常復(fù)雜，不同粒子的時(shí)空特性差異巨大，放電室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜,因此要求其仿真模型需具備極高的效率并能保持良好的精度，這使得其仿真研究難度極大，已有的放電室仿真模型只有零維模型和二維軸對(duì)稱模型[34-36]。然而，環(huán)型離子推力器的放電室呈非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，許多關(guān)鍵問題必須采用三維模型才能進(jìn)行研究，這進(jìn)一步加劇了仿真研究的難度，導(dǎo)致目前有關(guān)環(huán)型離子推力器放電特性的仿真研究非常有限。

針對(duì)上述問題，2015～2019年，鹿暢等[17]開發(fā)了高效高精度的三維放電室仿真模型。該模型使用了三維各向異性浸入式有限元(IFE)算法[37]，以及基于等離子體雙極擴(kuò)散描述和宏粒子(PIC-MCC)算法建立的混合PIC解耦迭代算法，使得該模型可對(duì)具有復(fù)雜邊界和非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的放電室進(jìn)行高效高精度仿真。與LIPS-300離子推力器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示(仿真結(jié)果如圖8所示)，該模型仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，表明其可對(duì)非軸對(duì)稱的放電室進(jìn)行可靠的仿真和輔助設(shè)計(jì)。但該模型采用了工質(zhì)原子均勻分布假設(shè)，目前尚不能用于工質(zhì)原子三維分布特性的仿真分析。

(a)Primary electron density distribution (b)Ionization rate distribution

(c)Plasma potential distribution (d)Ion density distribution

利用上述模型，鹿暢等對(duì)影響環(huán)型離子推力器放電室內(nèi)等離子體均勻性的因素進(jìn)行了初步探討，研究發(fā)現(xiàn)陰極長度、磁極個(gè)數(shù)和放電通道寬徑比等參數(shù)均會(huì)對(duì)等離子體均勻性產(chǎn)生顯著影響，但對(duì)于這些因素的影響機(jī)理還有待更深入的分析。此外，鹿暢等[38-40]還針對(duì)環(huán)型離子推力器的柵極性能和羽流分布特性進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)型離子推力器的放電不均勻性會(huì)嚴(yán)重降低柵極使用壽命，并導(dǎo)致其羽流也具有非對(duì)稱性進(jìn)而導(dǎo)致放電陰極一側(cè)的羽流污染更嚴(yán)重。

3 影響環(huán)型離子推力器放電性能的關(guān)鍵問題

文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明現(xiàn)有國內(nèi)外研究均已證明了環(huán)型離子推力器的可行性，但對(duì)于其放電機(jī)理尚處于初步探討階段，許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象因放電過程的復(fù)雜性而缺乏可靠的解釋。通過總結(jié)現(xiàn)有研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段亟待解決的三方面主要問題：

(1)針對(duì)推進(jìn)工質(zhì)流率及工質(zhì)原子分布對(duì)等離子體均勻性等分布特性的影響機(jī)制缺乏深入探究。在傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器中，推進(jìn)工質(zhì)流率主要影響放電室內(nèi)等離子體的密度，對(duì)等離子體的均勻性等分布特性影響不大，且推進(jìn)工質(zhì)流率越大，到達(dá)柵極的離子電流也越大。然而，SHASTRY等[26]研究發(fā)現(xiàn)在環(huán)型離子推力器中推進(jìn)工質(zhì)流率對(duì)放電室內(nèi)等離子體的均勻性有顯著影響，而且適當(dāng)減小流率可提高到達(dá)柵極的離子電流。這一現(xiàn)象與傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器中差別較大，說明傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器推進(jìn)工質(zhì)的供給設(shè)計(jì)在環(huán)型離子推力器中不再適用。但對(duì)于環(huán)型離子推力器中推進(jìn)工質(zhì)流率如何對(duì)等離子體的分布產(chǎn)生影響，以及工質(zhì)原子分布是否是其中的關(guān)鍵參數(shù)等問題，SHASTRY等沒有進(jìn)行進(jìn)一步探討。因此，有必要針對(duì)推進(jìn)工質(zhì)流率及工質(zhì)原子分布對(duì)等離子體分布特性的影響進(jìn)行研究，然后通過了解其影響機(jī)制找到環(huán)型離子推力器最佳性能下的推進(jìn)工質(zhì)流率及工質(zhì)原子分布。

(2)針對(duì)幾何參數(shù)及電磁場(chǎng)參數(shù)對(duì)等離子體均勻性、平均離子密度等分布特性的影響機(jī)理認(rèn)識(shí)不清。現(xiàn)有研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電磁場(chǎng)參數(shù)和放電室結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)型離子推力器中等離子體的分布特性有顯著影響，并會(huì)對(duì)推力器的放電損耗、效率等宏觀性能產(chǎn)生較大影響，如文獻(xiàn)[15,22,26]所述。但對(duì)于這些因素如何影響等離子體的分布特性及其對(duì)推力器宏觀性能的影響機(jī)制均缺乏更深入的分析。深入了解這些因素的影響機(jī)制，可為環(huán)型離子推力器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的確定及性能提升提供有益參考。

(3)針對(duì)磁阻對(duì)放電穩(wěn)定性的影響機(jī)制缺乏深入研究。放電是否穩(wěn)定主要表現(xiàn)為陰極能否進(jìn)行穩(wěn)定的自持放電，其是推力器正常工作的前提。在傳統(tǒng)考夫曼型離子推力器中，陰極無法穩(wěn)定的自持放電主要由陰極自身問題導(dǎo)致，如陰極自持加熱不足等。NASA格林研究中心研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)型離子推力器中放電穩(wěn)定性與外部磁阻大小密切相關(guān)[22]，但對(duì)于相應(yīng)的影響機(jī)理沒有給出更深入的解釋。此外，對(duì)于其他設(shè)計(jì)參數(shù)，如陰極結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)等，對(duì)磁阻大小的影響也亟需更深入的研究。

4 結(jié)束語

2020年，國內(nèi)已啟動(dòng)火星探測(cè)計(jì)劃，高功率乃至超高功率的電推力器是執(zhí)行該任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。環(huán)型離子推力器正是未來大功率電推力器中極具潛力的發(fā)展方向之一。然而，目前的研究主要集中在環(huán)型離子推力器的可行性驗(yàn)證、性能測(cè)試和放電特性觀測(cè)，對(duì)于其工作機(jī)理的深入探討還非常缺乏，主要包括：針對(duì)推進(jìn)工質(zhì)流率及工質(zhì)原子分布對(duì)等離子體均勻性等分布特性的影響機(jī)制缺乏深入探究；針對(duì)幾何參數(shù)及電磁場(chǎng)參數(shù)對(duì)等離子體均勻性、平均離子密度等分布特性的影響機(jī)理認(rèn)識(shí)不清；針對(duì)磁阻對(duì)放電穩(wěn)定性的影響機(jī)制缺乏深入研究。針對(duì)上述三個(gè)問題，環(huán)型離子推力器的下一步研究重點(diǎn)主要包括以下三方面：

(1)建立兼具仿真效率和精度的工質(zhì)原子三維仿真模型，并將其耦合進(jìn)入三維的放電模型；然后，針對(duì)推進(jìn)工質(zhì)流率和工質(zhì)原子分布對(duì)等離子體分布特性的影響進(jìn)行研究。

(2)對(duì)環(huán)型離子推力器復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)及多場(chǎng)耦合作用下的微觀本質(zhì)放電過程進(jìn)行研究，探討環(huán)型離子推力器放電室中等離子體分布特性在不同參數(shù)下的變化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定環(huán)型離子推力器的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

(3)分析推力器設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)磁阻的影響并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工況，通過對(duì)比不同工況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析磁阻對(duì)放電穩(wěn)定性的影響機(jī)理。