一種離子推力器壽命地面試驗設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及離子推力器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離子推力器壽命地面試驗設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子推力器是目前最為先進的空間推進系統(tǒng)之一，國外航天技術(shù)發(fā)達國家已廣泛 應(yīng)用于航天器飛行任務(wù)。其特點是推力小、比沖高、壽命長，2012年10月，我國實踐九號衛(wèi) 星發(fā)射升空，對多種電推進技術(shù)方案的正確性、在軌工作性能、與航天器的相容性以及長期 在軌工作能力進行了成功驗證，意味著我國全電推進系統(tǒng)已經(jīng)初步具備在軌應(yīng)用能力。但 其要其在航天器上成熟應(yīng)用，一般還需要在地面驗證其壽命試驗，考核其可靠性。美國"深 空一號"(DS-1)探測衛(wèi)星采用的30cm氙推力器在飛行應(yīng)用之前進行了高達30000余小時的 地面壽命驗證試驗，同樣我國也需建造離子推力器壽命驗證試驗設(shè)備，做壽命的地面壽命 考核工作。目前國內(nèi)外的該類試驗設(shè)備，大流量氣體負(fù)載單純靠傳統(tǒng)常規(guī)真空栗抽氣，抽氣 效率較低，試驗設(shè)備與離子推力器試驗控制系統(tǒng)相對獨立，集成度低，試驗操作復(fù)雜，離子 推力器的性能及狀態(tài)，例如發(fā)散角、柵極表面狀況（尤其是2臺及以上離子推力器試驗時） 等測試手段簡單，設(shè)備濺射沉積物大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種離子推力器壽命地面試驗設(shè)備，能夠滿足離子推力 器壽命試驗對試驗設(shè)備抽氣能力強、返回濺射沉積物小、可靠性高、設(shè)備集成度高等特殊要 求。
[0004] 本發(fā)明的離子推力器壽命地面試驗設(shè)備包括：主艙真空容器、插板閥、副艙真空容 器、真空抽氣系統(tǒng)、離子束靶、防濺射屏、推力器移動機構(gòu)、石英晶體微量天平QCM、推力器發(fā) 散角測量系統(tǒng)、柵極腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)、地面試驗電源系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、氙氣供氣系統(tǒng)、 復(fù)壓系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氣動元件供氣系統(tǒng)、液氮儲供系統(tǒng)和攝像照明系統(tǒng)；
[0005] 其中，主艙真空容器一端設(shè)有主艙艙門，另一端通過插板閥與副艙真空容器相連， 副艙真空容器一端設(shè)有副艙艙門，另一端通過插板閥與主艙真空容器相連；主艙真空容器 為離子推力器地面壽命試驗的工作艙，副艙為離子推力器的放置艙；
[0006] 真空抽氣系統(tǒng)由用于抽空氣的普通大口徑低溫栗和用于抽氙氣的氙氣大口徑低 溫栗組成，每臺低溫栗與主艙真空容器之間設(shè)有插板閥，用于將地面試驗設(shè)備抽至要求的 真空度；
[0007] 離子束靶安裝在主艙真空容器的主艙艙門內(nèi)表面上，離子束靶外表面設(shè)有高純石 墨革巴板；
[0008] 防濺射屏安裝在主艙真空容器直線段的內(nèi)圓周面上，防濺射屏材料為純鈦Tal;
[0009] 柵極腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)包括機械臂以及安裝機械臂上的照相機，通過照相獲得試 驗過程中離子推力器柵極的腐蝕狀況；所述柵極腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝在主艙真空容器內(nèi) 的檢測室中；
[0010] 推力器發(fā)散角測量系統(tǒng)安裝在主艙真空容器前段距離離子推力器前方，可上下翻 轉(zhuǎn)和水平平移，參與離子推力器束流發(fā)散角檢測時，推力器發(fā)散角測量系統(tǒng)水平平移至離 子推力器端面前方，并將推力器發(fā)散角測量系統(tǒng)的檢測端面翻轉(zhuǎn)為豎直態(tài)，使得推力器發(fā) 散角測量系統(tǒng)的測試面中心與離子推力器中心對齊、且測試面與離子推力器的噴出口端面 平行；不參與檢測時，將推力器發(fā)散角測量系統(tǒng)的測試面翻轉(zhuǎn)為水平態(tài)，測試面向下；
[0011] QCM安裝在推力器移動機構(gòu)上，位于推力器的前端面前上方，用于監(jiān)測濺射沉積物 污染狀況；
[0012] 主艙真空容器和副艙真空容器上各自設(shè)有復(fù)壓系統(tǒng)，用于試驗停止時，向主艙真 空容器和副艙真空容器真空室充入潔凈氣體；
[0013] 冷卻水系統(tǒng)用于向真空抽氣系統(tǒng)提供冷卻水；
[0014] 氣動元件供氣系統(tǒng)向真空抽氣系統(tǒng)的氣動元件提供壓縮氣；
[0015] 液氮儲供系統(tǒng)儲存并向離子束靶、真空抽氣系統(tǒng)中的大孔徑低溫栗提供冷氮氣， 用于降低離子束靶和大孔徑低溫栗的溫度；
[0016] 攝像照明系統(tǒng)安裝在主艙真空容器頂部，用于實時監(jiān)測和記錄地面試驗過程中主 艙真空容器內(nèi)推力器的實時圖像；
[0017] 推力器移動機構(gòu)位于副艙真空容器內(nèi)，用于安裝和自動控制移動離子推力器；
[0018] 地面試驗電源系統(tǒng)通過副艙真空容器上的穿艙法蘭用導(dǎo)線與離子推力器相連，為 推力器提供試驗電源；
[0019] 設(shè)備控制系統(tǒng)用于對各設(shè)備工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控和記錄，負(fù)責(zé)推力器電源的控 制管理和試驗測試數(shù)據(jù)的分析處理，具有報警系統(tǒng)；
[0020] 氙氣供氣系統(tǒng)通過副艙真空容器上的穿艙管接頭與離子推力器相連，為推力器提 供氣源。
[0021] 進一步地，主艙真空容器和副艙真空容器均由0Crl8Ni9材料制成。
[0022] 進一步地，主艙真空容器要求極限真空度小于I.OX10 5Pa，本底真空度小于 I. 3X10 4Pa，工作真空度小于5. 0X104Pa;副艙真空度要求小于I. 0X10 2Pa。
[0023] 有益效果：
[0024] (1)通過普通大口徑低溫栗和氙氣專抽大口徑低溫栗的組合及備份考慮，提高了 設(shè)備的抽氣效率，大大提高了試驗的設(shè)備的可靠性。通過配置在線監(jiān)測設(shè)備（發(fā)散角測量 裝置、柵極腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)及QCM)，實時監(jiān)測離子推力器狀態(tài)，為離子推力器的設(shè)計仿真 及研究提供強力支持。設(shè)備控制系統(tǒng)集成設(shè)備控制管理和試驗控制管理功能，方便操作。采 用了高純石墨球面離子束靶、真空主艙真空容器內(nèi)表面防濺射屏以及主艙真空容器內(nèi)機構(gòu) 防濺射包覆，有效減少推力器束流濺射返回沉積物對推力器的影響。
[0025] (2)使用本試驗設(shè)備及試驗方法能夠取得離子推力器壽命的真實結(jié)果，為評價推 力器的壽命和可靠性評價提供真實、可靠的試驗數(shù)據(jù)。通過試驗過程中的大量測試，可以獲 得離子推力器整個壽命期間推力器的主要性能參數(shù)，進而取得推力器性能參數(shù)隨累計工作 時間的變化規(guī)律，為離子推力器長壽命工作和應(yīng)用提供依據(jù)，能夠為今后更加有效的離子 推力器加速試驗獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該試驗方法有效、可靠，極大地降低了壽命試驗的經(jīng)濟成本 和時間成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明離子推力器地面試驗組成原理圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明離子推力器地面試驗離子推力器試驗狀態(tài)圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明離子推力器地面試驗的3D示意圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明試驗方法流程圖。
[0030] 圖5為長時間壽命試驗流程圖。
[0031] 圖6為本發(fā)明大口徑抽除氙氣低溫栗的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖7為本發(fā)明的障板和吸附陣遮擋關(guān)系圖。
[0033] 圖8為吸附陣結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖9為障板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 其中，1-低溫制冷機，2-吸附陣，3-熱沉，4-防輻射屏，5-栗殼，6-障板，7-障板測 溫元件，8-吸附陣測溫元件，9- 一級冷屏，10-翅片。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。
[0037] 本發(fā)明提供了一種離子推力器壽命地面試驗設(shè)備，可用于1臺或2臺離子推力器 的壽命地面試驗。如圖1所示，地面試驗設(shè)備包括主艙真空容器、插板閥、副艙真空容器、真 空抽氣系統(tǒng)、離子束靶、防濺射屏、推力器移動機構(gòu)、石英晶體微量天平（QCM)、推力器發(fā)散 角測量系統(tǒng)、柵極腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)、地面試驗電源系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、氙氣供氣系統(tǒng)、復(fù) 壓系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氣動元件供氣系統(tǒng)、液氮儲供系統(tǒng)、艙外平臺和攝像照明系統(tǒng)。
[0038] 離子推力器壽命試驗須在工作真空度小于5.OX104Pa的真空容器進行，由于離 子推力器壽命試驗周期長達數(shù)萬小時，如果試驗期間主艙真空容器發(fā)生故障，特別是真空 抽氣系統(tǒng)故障或主艙真空容器發(fā)生泄漏，將會對離子推力器壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，故設(shè)置真 空副艙容器，并