李亦非, 付宸聪, 刘 伟, 蔡国飙, 王伟宗

(北京航空航天大学, 北京 100191)

引 言

“航天探索, 动力先行”. 与利用燃料氧化燃烧产生推力的化学推进相比, 电推进利用电离推进剂加速工质形成射流, 具有比冲高、 推力小、 控制精度高、 使用寿命长等优点, 尤其适用于航天器位置保持、 轨道转移、 轨道维持、 姿态控制和深空探测等太空任务[1]. 根据推进剂加速机制的不同, 可将电推进分为3类: 电热推进[2-4]、 电磁推进[5-7]和静电推进[8]. 射频离子推力器基于感性耦合放电技术, 无放电电极, 不存在电子轰击式推力器的阴极寿命问题, 同时没有电子回旋共振式离子推力器需要外部静磁场和固定推进剂流量以达到电子回旋共振的限制, 具有结构简单、 工作寿命长、 推力动态范围大、 性能调节响应灵敏[9]等特点, 是国际电推进领域的研究热点之一.

无论是高推力精度要求的太空任务(如欧洲航天局的Darwin， GAIA， LISA等), 还是协同运作的立方星星座任务(如SpaceX的StarLink), 都迫切需要微推进系统[10]. 微型射频离子推力器满足体积小、 质量小、 推力小、 响应快速、 控制精确的要求, 除此之外结构简单、 工作寿命长, 是最具有发展潜力的推力器之一.

目前, 对微型射频离子推力器的研究主要集中在欧洲和美国, 典型样机有德国吉森大学的RIT-10[11-12]， RIT-4[10,13], 美国宾夕法尼亚州立大学的MRIT[14], 美国BUSEK公司的BIT-3. 其中RIT-10于2001年在ARTEMIS通信卫星上得到正式应用, 用于执行南北位置保持任务[15], BIT-3预计2020年之后将搭载太空发射系统升空[16]. 国内研制微型射频……