田 恺，史 楷，郭德洲，赵 勇，陈新伟

（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）

0 引言

真空弧推力器（Vacuum Arc Thruster，VAT）以阴极为推进剂，基于无触发引弧原理，在阳极和阴极间加几十到数百伏的脉冲电压即可在微阴极表面诱发真空电弧放电。放电过程中阴极表面熔融物质伴随热、场发射电子喷射到阴极与绝缘体导电膜之间的间隙中，并发生碰撞电离，再通过气动加速、电子-离子摩擦碰撞等机制使离子加速，形成高速等离子体射流，产生微牛级推力。VAT广泛应用于微纳卫星微小推力控制，传统VAT放电脉冲次数在百万次量级[1-2]，寿命问题仍然是限制其空间应用的主要因素。

磁增强真空弧推力器（Magnetically Enhanced Vacuum Arc Thruster，MVAT）是在VAT器头部加装轴向磁场，通过磁场约束羽流等离子体，以降低推力损耗和羽流污染；同时，阴极斑在离子电流与磁场作用下沿J⇀×B⇀方向旋转，促进了阴极表面的均匀烧蚀，延长了推力器寿命。按照电极排列方式，MVAT通常分为环形和同轴结构[3]。美国阿拉米达应用科学公司（Alameda Applied Sciences Corporation）联合NASA JPL[4]于2005年研制的首款MVAT为同轴型VAT外加电磁线圈结构，在22 A峰值电流下可以激发0.05 T磁场，推力器平均元冲量2.7 μN·s，相比没有磁场时的推力提高了50%。2019年，美国华盛顿大学与俄罗斯Tomsk州立大学联合研制了一款基于永磁铁的环形电极高推功比MVAT[5]，该推力器质量80 g，功耗16 W，设计磁场0.2 T，平均推力0.21 mN，比冲3 400 s，推功比达到 15 μN/W。国内报导的MVAT[6]元冲量为0.26 μN·s，比冲为518 s，寿命为1.12×106次[7]。

2020年，兰州空间技术物理研究所研制的首款真空弧推力器LVAT-1完成在轨验证，元冲量为0.68～0.83 μN·s，满 足 ＜1 μN·s 的 设 计 要 求[8]。……