夏旭 杨涓† 付瑜亮 吴先明 耿海 胡展

1) (西北工业大学 航天学院 西安 710072)

2) (兰州空间技术物理研究所 兰州 730000)

电子回旋共振离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster, ECRIT)离子源内等离子体分布会影响束流引出, 而磁场结构决定的ECR 区与天线的相对位置共同影响了等离子体分布.在鞘层作用下, 等离子体中的离子或电子被加速对壁面产生溅射, 形成壁面离子或电子电流, 造成壁面磨损和等离子体损失, 因此研究壁面电流与等离子体特征十分重要.为此本文建立2 cm ECRIT 的粒子PIC/MCC (particle-in-cell with Monte Carlo collision)仿真模型, 数值模拟研究磁场结构对离子源内等离子体与壁面电流特性的影响.计算表明, 当ECR 区位于天线上游时, 等离子体集中在天线上游和内外磁环间, 栅极前离子密度最低, 故离子源引出束流、磁环端面电流和天线壁面电流较低.ECR 区位于天线下游时, 天线和栅极上游附近的等离子体密度较高, 故离子源引出束流、天线壁面电流和磁环端面电流较高.腔体壁面等离子体分布与电流受磁场影响最小.

1 引 言

ECRIT 具有无阴极烧蚀特点, 除了用于空间飞行器控制[1,2], 还能用于材料处理等方面[3,4].目前国外研究出10 cm 和2 cm ECRIT, 并分别应用于HAYABUSA[2,5]和50 与70 kg 微小卫星[6,7].目前国内外热衷于微小卫星推进装置的研究, 因此开展2 cm ECRIT 研究具有重要意义.离子源是2 cm ECRIT 重要的部件, 其内部物理过程包括电离、碰撞以及鞘层加速带电粒子对壁面轰击, 这些过程决定了等离子体和壁面电流特征.等离子体特征影响推力器引出束流大小, 同时推力器内……