霍爾推力器放電通道中性氣體分布及檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展①

羅 威,龍建飛,*,徐祿祥,柏 樹,孫明明,王嘉彬

(1.南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院,衡陽 421001;2.國科大杭州高等研究院 引力波太極實(shí)驗(yàn)室(杭州),杭州 310024;3.國科大杭州高等研究院 基礎(chǔ)物理與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院,杭州 310024;4.國科大杭州高等研究院 浙江省引力波精密測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ,杭州 310024;5.蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000)

0 引言

逐步多樣化和復(fù)雜化的空間任務(wù)對(duì)空間飛行器的功能和性能提出了更高的要求,空間飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)也隨之面臨著巨大的挑戰(zhàn)與革新,電推進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)為飛行器姿態(tài)控制、軌道控制及深空探測(cè)等任務(wù)提供了更高效的解決方案[1]?；魻柾屏ζ?Hall thruster,HT)是目前應(yīng)用最多最成熟的電推力器[2]。中性氣體(通常為惰性氣體)是霍爾推力器內(nèi)部放電過程的重要組成部分,在霍爾推力器工作過程中,中性氣體與電磁場(chǎng)作用下的電子進(jìn)行碰撞并產(chǎn)生離子,電場(chǎng)加速離子噴出放電通道,最終形成推力。由于放電通道內(nèi)存在正交電磁場(chǎng),其中電場(chǎng)沿著軸向,磁場(chǎng)指向徑向,等離子體中的電子將被磁場(chǎng)約束并沿著E×B(E為電場(chǎng),B為磁場(chǎng))方向漂移,即周向霍爾漂移。在放電通道電離過程中,氣體密度分布不均勻?qū)⒅苯赢a(chǎn)生非均勻、部分電離等離子體,中性氣體不均勻?qū)е碌木植侩婋x以及周向等離子體密度梯度能夠產(chǎn)生周向電場(chǎng),與徑向磁場(chǎng)耦合,又進(jìn)一步造成指向陽極的霍爾漂移,使得到達(dá)陽極的電子電流增大,同時(shí)改變了局部電勢(shì)分布?？梢娭行詺怏w分布對(duì)放電通道內(nèi)等離子體產(chǎn)生及帶電粒子運(yùn)動(dòng)具有重要影響[3-5],其周向和徑向均勻性是霍爾推力器優(yōu)化的重要參數(shù)。

20世紀(jì)60年代起,研究人員便開始關(guān)注放電通道中性氣體分布非均勻性。HAGELAAR等[6]研究發(fā)現(xiàn),放電通道內(nèi)等離子體反常擴(kuò)散主要是由中性氣體密度不均勻性引起的。HOFER[7]、FUKUSHIMA[8]等研究表明,中性氣體非均勻分布時(shí),通道內(nèi)將使局部電子密度增大并產(chǎn)生周向電場(chǎng),進(jìn)而導(dǎo)致電子霍爾漂移效應(yīng)顯著,致使更大的陽極電流,最終增加推力器熱負(fù)荷。XIA[9]、江濱浩[10]等研究發(fā)現(xiàn),中性氣體在放電通道周向上呈現(xiàn)不均勻性時(shí),將加劇放電電流振蕩,進(jìn)而減少推力器效率和比沖,尤其是低功率霍爾推力器中,其性能對(duì)中性氣體分布的均勻性更加敏感。

本文通過分析氣體分配器供氣方式、出氣小孔徑向位置、放電通道尺寸等因素,全面探討了影響霍爾推力器內(nèi)部中性氣體均勻性的因素,并進(jìn)一步分析了中性氣體分布檢驗(yàn)方法,為優(yōu)化霍爾推力器中性氣體分布提供參考。

1 影響氣體均勻性的關(guān)鍵因素

中性氣體主要通過氣體分配器注入至放電通道,氣體分配器不僅實(shí)現(xiàn)中性氣體供氣,也是霍爾推力器供電陽極,其結(jié)構(gòu)一般采用雙腔式[11-12]設(shè)計(jì),主要包括進(jìn)氣管、下緩沖腔、隔板、上緩沖腔和出氣小孔組成,通常布置于放電通道底部,如圖1所示。推力器工作時(shí),中性氣體由供氣管進(jìn)入氣體分配器,在其下緩沖腔實(shí)現(xiàn)一次勻化,之后通過擋板小孔進(jìn)入上緩沖腔,在上緩沖腔實(shí)現(xiàn)二次勻化,最后通過出氣小孔注入放電通道,絕大部分在放電通道內(nèi)被電離產(chǎn)生等離子體,少量未被電離氣體從通道出口逃逸出去。從中性氣體擴(kuò)散過程來看,氣體分布均勻性主要受氣體分配器和放電通道結(jié)構(gòu)影響。首先氣體分配器供氣方式直接決定了氣體注入通道的初始速度和方向,對(duì)放電通道上游區(qū)域氣體分布影響較大;另外氣體分配器出氣小孔位置決定了氣體進(jìn)入放電通道的初始位置,在放電通道內(nèi),越靠近氣體分配器出口,氣體密度越大且不均勻,改變氣體分配器出氣小孔徑向位置必然改變中性氣體分布;最后中性氣體在放電通道內(nèi)擴(kuò)散過程中,放電通道長(zhǎng)度及寬度等尺寸也會(huì)影響氣體分布,從而改變中性氣體均勻性。

圖1 氣體分配器典型結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 氣體分配器出口供氣方式影響

2009年美國密歇根大學(xué)REID等[13]對(duì)霍爾推力器氣體分配器供氣方向開展研究,針對(duì)氣體分配器出氣小孔軸向供氣和徑向供氣兩種方式,采用流體仿真方法,對(duì)比分析了兩種供氣方向下的氣體密度均勻性,結(jié)果如圖2所示。研究表明,出氣小孔采用軸向供氣時(shí),出氣小孔附近的氣體密度軸向分量偏大,導(dǎo)致氣體在周向分布顯著不均勻;相比而言,徑向供氣方式明顯提高了氣體密度周向的均勻性,同時(shí)推力器性能也優(yōu)于軸向擴(kuò)散方式。KIM[14]、MIYASAKA[15]等通過研究得到相近結(jié)論,氣體分配器供氣采用徑向供氣方式可顯著改善通道內(nèi)中性氣體周向分布均勻性,降低陽極附近氣體密度的周向差異,從而提高了推力器的性能。

圖2 氣體分配器出口軸向供氣和徑向供氣示意圖(a-b);軸向供氣和徑向質(zhì)量通量仿真對(duì)比(c-d)[13]

2019年哈爾濱工業(yè)大學(xué)范昊天等[16]進(jìn)一步開展了氣體分配器周向供氣方式研究。為實(shí)現(xiàn)氣體分配器出口周向供氣,研究人員將出氣小孔在原來徑向的基礎(chǔ)上相對(duì)過原點(diǎn)的中心線傾斜45°進(jìn)行加工,使得氣體從氣體分配器出口沿著軸向進(jìn)入放電通道,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3(a)所示。采用仿真手段對(duì)比分析了周向供氣和軸向供氣方式對(duì)中性氣體分布均勻性的影響,仿真結(jié)果如圖3(b)、(c)所示,其中圖3(b)為周向供氣,圖3(c)為軸向供氣。研究表明,采用軸向供氣時(shí),氣體主要集中在通道中徑區(qū)域(此處氣體密度最高),而當(dāng)供氣方式改用周向供氣時(shí),氣體主要集中在通道內(nèi)外壁面附近。對(duì)比發(fā)現(xiàn),周向供氣時(shí)放電通道內(nèi)氣體密度徑向均勻性更好。

圖3 周向供氣示意圖(a);周向供氣和軸向供氣氣體密度分布仿真結(jié)果對(duì)比(b-c)[16]

1.2 供氣小孔位置影響

研究人員對(duì)氣體分配器供氣小孔位置進(jìn)行了研究。GARRIGUES等[17]對(duì)供氣小孔軸向位置進(jìn)行研究,出氣孔不同軸向位置會(huì)影響氣體在通道內(nèi)的停留時(shí)間,進(jìn)而對(duì)氣體分布均勻性產(chǎn)生影響;VIAL等[18]對(duì)氣體分配器供氣小孔徑向位置進(jìn)行了研究,將出氣小孔沿著徑向分別設(shè)置為:內(nèi)壁面附近、通道中間、外壁面附近。通過仿真分析,得到三種不同位置下放電通道內(nèi)氣體密度沿軸向分布,結(jié)果如圖4所示,其中a、b、c分別代表內(nèi)壁面附近、通道中間、外壁面附近氣體密度軸向分布。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),出氣小孔位于通道中心時(shí),通道內(nèi)氣體密度最大值與最小值之間差值與均值比值最小,即氣體分布均勻性最好。

圖4 出氣小孔徑向位置對(duì)氣體密度分布影響[18]

2017年哈爾濱工業(yè)大學(xué)高圓圓等[19]進(jìn)一步開展了氣體分配器出氣小孔徑向位置研究。針對(duì)低功率圓柱型霍爾推力器,將氣體分配器出氣小孔徑向位置依次設(shè)計(jì)為Rg取0、5、10 mm三種情況,如圖5(a)所示。采用直接模擬蒙特卡洛(DSMC)方法分別得到了三種情況下中性氣體密度分布,仿真結(jié)果如圖5(b～d)所示。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在相同的陽極供氣流量下,隨氣孔的徑向位置對(duì)應(yīng)的半徑Rg從0 m增大到10 mm的過程中,通道內(nèi)氣體密集區(qū)也隨之從通道中心移動(dòng)到靠近外壁面處。值得注意的是,當(dāng)出氣小孔位于通道中心(Rg=0 mm),更易于氣體向周圍空間的擴(kuò)散,通道內(nèi)的氣體分布更均勻,而隨著Rg增大到10 mm,供氣位置靠近陽極,使得陽極周圍的氣體密度達(dá)到最高,沿著徑向指向通道中央氣體密度迅速減小,其中軸線附近的氣體密度最低,其值不到陽極表面的1/10。

圖5 出氣小孔不同徑向位置示意圖(a);不同徑向位置氣體分布仿真結(jié)果對(duì)比(b～d)[19]

1.3 放電通道尺寸影響

以色列理工學(xué)院RAITSES等[20]在通過實(shí)驗(yàn)方法研究了通道尺寸對(duì)氣體密度分布影響。根據(jù)推力器放電特性,放電通道沿著軸向依次可分為靠近陽極的近陽極區(qū),位于通道中間的電離區(qū),以及出口的加速區(qū)[10,19]。研究發(fā)現(xiàn),如果增加放電通道長(zhǎng)度,中性氣體的電離率越高,之后趨于穩(wěn)定;而縮小通道近陽極區(qū)寬度,可提高電離區(qū)域的中性氣體密度。另外分析認(rèn)為,放電通道長(zhǎng)度和輪廓設(shè)計(jì)中,需要考慮陽極流量的匹配關(guān)系。LOYAN等[21]通過增加陶瓷墊片來局部改變通道尺寸,研究發(fā)現(xiàn),電離區(qū)寬度將影響氣體的停留時(shí)間。ASHKENAZY等[22]研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)增加通道長(zhǎng)度可提升氣體密度分布均勻性。此外,DING等[23]分析了傾斜通道對(duì)氣體密度分布影響。

2021年大連海事大學(xué)段萍等[24]在開展通道寬度對(duì)霍爾推力器性能影響的數(shù)值研究時(shí),將通道寬度從10mm逐漸增加到18mm,如圖6(a)所示。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn),相同陽極流量下,隨著通道寬度的增加,通道內(nèi)電離區(qū)域離子密度均勻性增加,如圖6(b)所示。分析認(rèn)為,隨著通道寬度變大,使得中性氣體徑向擴(kuò)散路徑增大,氣體徑向分布更加均勻,提升了放電通道內(nèi)工質(zhì)利用率,通道內(nèi)等離子體密度增加,進(jìn)而推力器性能提升。

(a) (b)

2 中性氣體分布測(cè)試方法

中性氣體密度檢驗(yàn)可直觀觀察放電通道內(nèi)中性氣體分布情況,便于對(duì)氣體分布均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于中性氣體密度無法被靜電探針探測(cè),增加了中性氣體分布實(shí)驗(yàn)診斷難度。為測(cè)量中性氣體均勻性分布,目前主要方法包括:誘導(dǎo)熒光法、火焰亮度法和壓力傳感器法測(cè)量。

2.1 誘導(dǎo)熒光法檢測(cè)

2003年VIAL等[18]采用電子束誘導(dǎo)熒光方法對(duì)SPT100霍爾推力器通道內(nèi)氣體密度進(jìn)行檢測(cè),測(cè)試原理如圖7(a)所示。主要測(cè)試設(shè)備包括:高能電子槍、單色儀光譜接收器組件、數(shù)據(jù)分析組件等。該測(cè)試方法主要是利用電子槍產(chǎn)生單一高能量(7000 V)電子束,電子束從推力器出口端面正面射入放電通道,與通道內(nèi)中性氣體進(jìn)行激發(fā)碰撞,中性原子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)將產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的熒光信號(hào),通道側(cè)面縫隙釋放出來的熒光將被光譜分析儀捕獲,通過光譜數(shù)據(jù)分析進(jìn)而得到通道內(nèi)中性原子密度分布。測(cè)試結(jié)果如圖7(b)所示,SPT100推力器通道內(nèi)中性原子密度分布關(guān)于通道平均半徑具有較好的對(duì)稱性,在通道內(nèi)徑附近有最小密度,沿著徑向原子密度逐漸增大,最大密度約為5.0×1019/m3。SMITH、HARGUS等[25-27]也采用類似的激光誘導(dǎo)熒光法對(duì)霍爾推力器內(nèi)部氣體密度進(jìn)行了測(cè)量,不在此贅述。

(a) (b)

2.2 火焰亮度法檢測(cè)

2012年美國喬治亞理工的LANGENDORF等[28]采用火焰亮度法對(duì)霍爾推力器氣體密度分布進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試原理如圖8(a)所示,主要測(cè)試設(shè)備包括丙烷氣瓶、空氣氣瓶、壓力調(diào)節(jié)閥、壓力計(jì)、流量控制器、氣體分配器、相機(jī)等。這種檢測(cè)技術(shù)是在氣體分配器內(nèi)通入可燃燒氣體,并在氣體分配器表面產(chǎn)生火焰,通過位于氣體分配器正面的相機(jī)拍攝火焰并記錄火焰光強(qiáng)度的方位角變化,從而量化出燃燒氣體數(shù)密度的方位角均勻性,最終間接等效出推力器內(nèi)部工質(zhì)氣體密度分布均勻性。測(cè)試結(jié)果如圖8(b)所示,氣體分配器出口端面火焰光強(qiáng)較為均勻,在右側(cè)0°附近存在一個(gè)較亮光斑,分析認(rèn)為這是進(jìn)氣口可燃?xì)怏w密度過高導(dǎo)致。該方法通過火焰亮度對(duì)比較好得到氣體分配器出口端面附近氣體分布的不均勻性。

圖8 壓力測(cè)試裝置的示意圖(a);火焰可視化測(cè)試結(jié)果(b)[28]

2.3 電離規(guī)壓力法檢測(cè)

2017年美國加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的HOFER等[29]對(duì)H9霍爾推力器放電通道中性氣體均勻性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。測(cè)試原理如圖9(a)所示,主要設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、氙氣供氣系統(tǒng)、皮托管、電離規(guī)等。測(cè)試過程中,將穩(wěn)態(tài)電離規(guī)370與一根皮托管相連,并將皮托管另一端放置于通道內(nèi)部(1/2通道深度),放電通道陶瓷固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上,通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)測(cè)試出放電通道內(nèi)不同周向角度中性氣體壓力,根據(jù)測(cè)量壓力與平均壓力之間的比值關(guān)系從而評(píng)價(jià)出氣體均勻性分布,測(cè)量結(jié)果如圖9(b)所示,H9霍爾推力器在推進(jìn)劑流量分別為1 mg/s和3 mg/s時(shí),最大峰峰值壓力變化分別為3.2% 和2.6%。

圖9 電離規(guī)壓力法測(cè)量示意圖(a);電離規(guī)壓力測(cè)試結(jié)果(b)[29]

3 分析與討論

3.1 氣體均勻性影響分析

為了進(jìn)一步理解各因素對(duì)中性氣體密度分布影響,結(jié)合氣體分子運(yùn)動(dòng)理論[30-31]做進(jìn)一步分析?；魻柾屏ζ鞣烹娡ǖ纼?nèi)中性氣體連續(xù)方程[32-35]:

(1)

式中z為軸向位置;Na(z)為中性氣體軸向密度;N0為氣體分配器表面的氣體密度;〈σive〉為氣體電離速率;ne為電子密度;λi為離子的自由程;Vaz為原子軸向速度。

根據(jù)式(1)可知,當(dāng)中性氣體的軸向速度Vaz過大時(shí),則軸向的原子數(shù)密度變小,進(jìn)而使得氣體內(nèi)部碰撞減少,不利于中性氣體在通道內(nèi)的均勻。氣體的軸向速度還將影響氣體在通道內(nèi)的停留時(shí)間[36-38]。其中氣體的停留時(shí)間t1滿足:

(2)

氣體在放電通道內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng),越有利于氣體分布的均勻性。因此,為了讓中性氣體在通道內(nèi)的停留時(shí)間最大化,盡可能減少氣體的軸向速度。在考慮氣體分布均勻性的同時(shí),還需要結(jié)合氣體的電離效率[39-43]分析,電子與中性氣體平均電離碰撞時(shí)間t2為

(3)

為充分對(duì)中性氣體電離,需要滿足t2?t1:

(4)

在氣體分配器供氣方式的選擇方面,相比徑向和軸向供氣方式,采用周向供氣方式,氣體在軸向和徑向初始流動(dòng)速度相對(duì)較小(理論上可以認(rèn)為這兩個(gè)方向初始速度接近于零),提高了氣體密度在軸向和徑向的均勻性,結(jié)合放電通道為環(huán)狀結(jié)構(gòu),增大周向速度有利于氣體密度在周向的均勻分布。在放電通道尺寸設(shè)計(jì)中,延長(zhǎng)通道長(zhǎng)度或者增大通道寬度,可以提升氣體的擴(kuò)散路徑,有利于氣體的均勻化,但是這也將增加了電子和離子在通道壁面的碰撞損失,以及壁面能量沉積,給推力器的性能帶來負(fù)面影響。

工質(zhì)流量主要影響通道內(nèi)原子密度,較低質(zhì)量流量工況下,中性氣體在通道內(nèi)的原子密度相對(duì)較低,周向供氣方式下氣體周向擴(kuò)散可降低軸向擴(kuò)散速度,而在大質(zhì)量流量工況下,碰撞產(chǎn)生的離子同時(shí)繼承了原子的周向速度分量,且原子密度的增加也會(huì)導(dǎo)致壁面離子損失的加劇,從而難以達(dá)到明顯的性能改善效果。而關(guān)于周向速度是否存在最優(yōu)值尚未見到相關(guān)報(bào)道,值得關(guān)注。

3.2 氣體均勻性檢測(cè)技術(shù)分析

(1)針對(duì)放電通道內(nèi)中性氣體分布均勻性檢測(cè)技術(shù),誘導(dǎo)熒光檢測(cè)方法可以較好診斷出放電通道內(nèi)局部區(qū)域氣體密度,通過光譜分析而獲得氣體密度分布。該方法是通過使用高能量電子束沖擊中性氣體產(chǎn)生熒光發(fā)展而來的,該方法所需高能電子槍、光譜分析儀等復(fù)雜設(shè)備,測(cè)試過程中光譜信息捕獲難度較大,且熒光對(duì)推力器造成一定的光污染。

(2)火焰亮度檢測(cè)方法可以較好診斷出氣體分配器出口端面氣體密度分布均勻性。該技術(shù)主要通過火焰亮度來表征氣體密度,同時(shí)可以識(shí)別出霍爾推力器氣體分配器的制造缺陷。該方法可以通過提高氣體流量來放大和識(shí)別氣體分布的不均勻性,并且基于圖像處理可以提高測(cè)量精度。但是該方法主要針對(duì)氣體分配器出口端面進(jìn)行診斷,對(duì)于通道長(zhǎng)度和寬度等尺寸影響無法識(shí)別,且需要后期圖像處理等技術(shù)支持。

(3)電離規(guī)壓力檢測(cè)法主要通過電離計(jì)測(cè)量氣體壓力來表征,相比火焰亮度檢測(cè),該方法可以定量測(cè)量出中性氣體均勻性,但獲得的氣體分布數(shù)據(jù)有限,無法直觀地觀察中性氣體在放電通道內(nèi)的分布,另外該方法僅針對(duì)推力器待機(jī)狀態(tài)開展,不能在推力器工作狀態(tài)下進(jìn)行在線診斷。相比待機(jī)狀態(tài),工作狀態(tài)下氣體密度分布還將受到電子與氣體的電離碰撞、推力器內(nèi)部壁面溫度非均勻分布等多因素影響。

4 結(jié)束語

中性氣體不均勻分布是優(yōu)化霍爾推力器性能不可忽視的問題,本文對(duì)推力器內(nèi)部氣體均勻性關(guān)鍵影響因素和中性氣體分布測(cè)試方法兩方面進(jìn)行總結(jié)與展望。

(1)針對(duì)氣體均勻性關(guān)鍵影響因素,國內(nèi)外研究人員主要研究了氣體分配器供氣方向、出氣小孔徑向和軸向位置、通道長(zhǎng)度和通道寬度等影響,這些因素幾乎涵蓋了氣體在放電通道擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的全過程,較為全面地分析了氣體密度分布影響規(guī)律,主要結(jié)論及存在問題包括:1)采用周向擴(kuò)散方式優(yōu)于徑向擴(kuò)散和軸向擴(kuò)散,但目前關(guān)于周向供氣方式研究中,出氣小孔的傾斜角度對(duì)氣體均勻性的定量關(guān)系尚不明確,周向供氣方式涉及的一些關(guān)鍵參數(shù),仍需開展深入研究工作;2)氣體分配器出氣小孔位于放電通道內(nèi)壁面優(yōu)于外壁面,位于內(nèi)壁面時(shí)更容易實(shí)現(xiàn)中性氣體在放電通道擴(kuò)散,中性氣體分布更均勻,但另一方面,會(huì)造成近陽極區(qū)的中性氣體密度較低,導(dǎo)致電離效果弱,間接影響電離和加速的過程;3)關(guān)于氣體分配器內(nèi)部參數(shù)對(duì)通道內(nèi)氣體密度分布均勻性的研究較為缺乏,現(xiàn)有研究主要關(guān)注氣體分配器供氣方向和出氣孔位置,對(duì)氣體分配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)氣體均勻性影響研究相對(duì)較少,后續(xù)需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬開展研究;4)適當(dāng)延長(zhǎng)放電通道尺寸和擴(kuò)展放電通道寬度,可以延長(zhǎng)氣體的擴(kuò)散路徑,提升中性氣體的均勻性,但是放電通道尺寸涉及等離子體放電、帶電粒子運(yùn)動(dòng),等離子體與壁面相互作用等多物理過程,在綜合分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善分析模型。

(2)針對(duì)中性氣體內(nèi)部均勻性檢測(cè)研究,目前主要的檢測(cè)方法包括誘導(dǎo)熒光法、火焰亮度法、電離規(guī)壓力法等。這些測(cè)試方法可以獲得放電通道內(nèi)氣體分布均勻性,但仍有一定局限性:1)誘導(dǎo)熒光檢測(cè)中需要對(duì)推力器通道壁面?zhèn)让骈_縫隙以便捕獲通道內(nèi)部光譜信息,這種結(jié)構(gòu)性破壞將影響通道內(nèi)中性原子流動(dòng),需要分析縫隙附近中性原子密度分布影響,減少測(cè)試誤差;另外,光譜分析中需要進(jìn)一步提高電子槍電子束的單一性;2)火焰亮度檢測(cè)方法中火焰燃燒亮度不僅與可燃?xì)怏w密度分布相關(guān),還與周圍環(huán)境中氧的分布以及可燃?xì)怏w本身化學(xué)性質(zhì)相關(guān),這些因素都將給測(cè)量帶來誤差,因此需建立燃燒火焰亮度與中性密度的關(guān)聯(lián)模型,以便進(jìn)一步提高測(cè)試的準(zhǔn)確性;3)電離規(guī)壓力檢測(cè)方法中,當(dāng)固定的皮托管與陶瓷通道產(chǎn)生周向相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),中性原子也在周向產(chǎn)生一定的分向速度,影響了氣體進(jìn)入皮托管的流量,從而使得測(cè)量產(chǎn)生誤差,需要建立定向流中性原子密度檢測(cè)模型,分析相向運(yùn)動(dòng)帶來的誤差。

近年來各國在深空探測(cè)領(lǐng)域的不斷探索推動(dòng)了霍爾推力器技術(shù)的快速發(fā)展,取得了許多階段性成果,并對(duì)霍爾推力器性能提出了更高的要求。對(duì)于霍爾推力器放電通道內(nèi)中性氣體均勻分布問題的研究顯得更重要。盡管我國近年來在中性氣體均勻分布研究中取得了一定成果,但與國外相比仍存在一定差距。因此,未來進(jìn)一步深入開展中性氣體均勻分布研究需緊盯國際發(fā)展前沿,集思廣益,合理設(shè)計(jì)氣體分配器結(jié)構(gòu),解決放電通道內(nèi)氣體不均勻的問題,為我國霍爾推力器優(yōu)化中性氣體均勻分布研究與發(fā)展提供支撐。