国外电推进系统空心阴极技术
电推进系统空心阴极研制试验技术
2007-02 9 ・综述・电推进系统空心阴极研制试验技术张天平,袁 子,田华兵(兰州物理研究所,甘肃 兰州 730000)Development T ests of H ollow C athodes for Electric PropulsionZHAN G Tian 2ping ,YUAN Zi ,TIAN Hua 2bing(L anz hou I nstitute of Physics ,L anz hou 730000,China )Abstract :Hollow cat hodes are key assemblies of reliability and life for an elect ric prop ulsion system ,and t heir develop ment s are strongly depended on a series of test s.In t his paper ,t he develop ment test s of a hollow cat hode for ion or hall t hruster was presented wit hin t hree aspect s ,including test kinds ,test facili 2ties ,and test technologies ,respectively.K ey w ords :Hollow cat hode ;Electric prop ulsion ;Develop ment test ;Life test摘要:空心阴极是电推进系统可靠性和工作寿命关键部件,空心阴极研制在很大程度上依赖于阴极试验技术的支持。
本文从空心阴极的试验分类、试验设备、试验技术等方面介绍了电推进系统应用空心阴极的研制试验技术。
关键词:空心阴极;电推进;研制试验;寿命试验中图分类号:O462 文献标识码:A 文章编号:1002-8935(2007)02-0009-06 空心阴极是离子和霍尔电推进系统的关键部件。
国外电推进系统空心阴极技术
文章编号:100621630(2008)0120039208国外电推进系统空心阴极技术张天平,唐福俊,田华兵(兰州物理研究所,甘肃兰州730000) 摘 要:介绍了国外离子和霍尔电推进系统空心阴极技术的现状。
根据空心阴极的常规设计,分析了发射体源材料耗尽,发射体有效发射表面被难挥发沉积物覆盖,源材料活性分子不能到达发射体表面,触持极、顶板、加热器因溅射腐蚀损坏,加热器损坏,以及发射体化学中毒等影响空心阴极长寿命的因素。
讨论了一体化阴极、小电流高效钡钨阴极、大电流钡钨阴极、LaB 6阴极、L 式储备阴极和Bi 阴极等新技术。
关键词:电推进;空心阴极;发射体;长寿命中图分类号:V439.4 文献标识码:AForeign Technique Sta tus of Hollow C at hode for Electric Pr opulsionZHAN G Tian 2pi ng ,TAN G Fu 2jun ,TIAN Hua 2bing(Lanzhou Institute of Physic s ,La nzhou Gansu 730000,China)Abstract :The a broad tec hnology of hollow cat hode use d in ion a nd Hall thruster was introduced in this paper.The factors that aff ecte d long lif e of hollow cathode ,whic h we re sour ce material of the emitte r exhausted ,eff ective emission surface of the emitter covered with deposit unvolatilized ,active molecular of the s o urce ma terial not reached t he surf ace of emitte r ,da ma ge of contact 2hold pole ,roof a nd heater ca used by sputtering etc hing ,da ma ge of the heater ,and che mical poisoning of t he emitter ,we re discussed acco rding to the traditional de sign of hollow cat hode.The new technologies suc h as integration cathode ,low c urrent barium 2tungste n hollow cat hode wit h high efficienc y ,high c ur rent barium 2t ungsten hollow cathode ,LaB 6cathode ,L 2t y pe dispe nser cathode and bismuth cathode were a nalyzed.Keyw or ds:Elect ric propul sion ;Hollow cathode ;Emitter ;Long life 收稿日期622;修回日期622 作者简介张天平(63—),男,博士,研究员,主要从事航天器推进技术研究和工程。
空间电推进的技术发展及应用
空间电推进的技术发展及应用张伟文;张天平【摘要】近日，由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统（LIPS-200）（其束流直径为200mm）地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h，开关机3000次，具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。
另外，航天推进技术研究院上海空间推进研究所的霍尔电推进技术也取得了重大突破—80mN霍尔推力器的空心阴极长寿命试验突破18000h，这标志着我国自主研制的电推进系统达到了国际先进水平，将全面迈入工程应用阶段，能够满足我国通信卫星系列平台的发展需求。
【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】8页(P1-8)【作者】张伟文;张天平【作者单位】兰州空间技术物理研究所;兰州空间技术物理研究所【正文语种】中文近日，由中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所自主研制的中国首个卫星用离子电推进系统（LIPS-200）（其束流直径为200mm）地面寿命及可靠性试验累计工作时间达到6000h，开关机3000次，具备确保卫星在轨可靠运行15年的能力。
另外，航天推进技术研究院上海空间推进研究所的霍尔电推进技术也取得了重大突破—80mN霍尔推力器的空心阴极长寿命试验突破18000h，这标志着我国自主研制的电推进系统达到了国际先进水平，将全面迈入工程应用阶段，能够满足我国通信卫星系列平台的发展需求。
1 引言电推进又称为电火箭，它是把外部电能转换为推进剂喷射动能的火箭类型。
根据把电能转换为推进剂动能的工作原理，电推进可分为电热型、静电型、电磁型、新型四大类，目前，同属静电类型的离子电推进和霍尔电推进的技术最成熟、应用也最广泛。
由于突破了传统化学推进喷射动能受限于推进剂化学内能的约束，电推进很容易实现比化学推进高一个量级的比冲性能。
在航天器上应用高比冲推进系统可以节省大量推进剂，从而增加航天器有效载荷、降低发射质量、延长工作寿命等。
北航电推进大作业——吸气式电推进
北航电推进大作业——吸气式电推进(共15页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-目录引言..................................................... 错误!未定义书签。
1.任务分析............................................. 错误!未定义书签。
.地球轨道大气环境.................................. 错误!未定义书签。
.火星轨道大气环境.................................. 错误!未定义书签。
2.吸气式电推进技术介绍 ................................. 错误!未定义书签。
.工作原理.......................................... 错误!未定义书签。
.技术指标.......................................... 错误!未定义书签。
.系统方案.......................................... 错误!未定义书签。
3.进气系统（Intake） ................................... 错误!未定义书签。
.结构设计.......................................... 错误!未定义书签。
方案一........................................ 错误!未定义书签。
方案二........................................ 错误!未定义书签。
.系统评估.......................................... 错误!未定义书签。
平衡模型...................................... 错误!未定义书签。
空心阴极离子源原理
空心阴极离子源原理首先，空心阴极离子源的电子扩散是通过阴极的热电子解离产生的。
在离子源中，阴极由插入的中性气体和一个或多个阴极组成。
当电源施加到阴极上时，阴极加热，产生高能电子。
这些高能电子通过热电子解离的方式将中性气体分解成离子和电子。
其次，空心阴极离子源的电离过程是通过碰撞电离实现的。
在离子源的空心区域中，通过施加高压电场，离子被加速到足够高能，使其能够与进入空心区域的中性气体发生碰撞。
碰撞过程中，离子与中性气体分子发生碰撞而失去电子，形成新的离子。
这个过程是多步骤的，每一步骤中离子和中性气体分子碰撞一次，被电离的几率就增加一次。
最终，离子经过多次碰撞电离后，产生大量的电离离子。
最后，空心阴极离子源的抽运是通过抽真空系统实现的。
由于离子源需要在低压区域中工作，所以需要一个抽真空系统来实现对气体的抽除。
在离子源内部，有一些靠近空心区域的孔隙，这些孔隙可以作为通道将离子带出离子源。
抽真空系统将离子源内部的气体抽走，从而形成真空环境。
在真空环境下，离子可以被提取出来形成离子束，供质谱仪进行分析。
总的来说，空心阴极离子源的工作过程主要涉及电子扩散、电离和抽运三个过程。
通过阴极上的高能电子解离中性气体，产生离子和电子。
离子经过多次碰撞电离后，形成电离离子。
然后，通过抽真空系统将离子源内的气体抽除，形成真空环境。
最后，离子被提取形成离子束，供质谱仪进行分析。
空心阴极离子源具有产生稳定、高强度离子束的特点，被广泛应用于质谱分析、粒子加速器等领域。
《真空电子技术》2007年总目次
工 艺 与 应 用
聚合 物前 驱体 转化 法制 备 陶瓷微 机 电系统 …… … …… …… …… … …… …… 陈伟伟 ， 陈立新 ， 家 乐， （ １ 宋 等 ４） 行 波 管螺 旋线 加热 去气 工 艺研究 …… …… … …… …… … …… …… …… …… 刘 燕文 ， 晓林 ， 张 许 柯 ， （ ５ 等 ４） 锰铬 体掺 杂氧 化铝 陶瓷及 其金 属化 … …… … …… …… … …… …… …… …… 雷杨俊 ， 敏 ， 小凤 ， （ ７ 曾 游 等 ４）
维普资讯
《 空 电 子 技 术 ￣ ０ ７年 设 计
幅相 一致 栅控 耦合 腔行 波 管 的研 制 …… …… …… … …… …… … ……… … … 张 军红 ， 周碎 明 ， 洪涛 ， （ ） 李 等 １
端部 空 间对磁 控管 系统 谐 振特性 的影 响 … …… …… … …… …… …… ． … …… …… …… …… ・王彩 育 （ ） ． … ４ 广义 切 比雪夫 滤 波器 等效 电路 参数 的提 取 … …… …… … …… …… …… … …… … 王 一凡 ， 贾宝 富 ， 罗正 祥 （ ） ８ 高性 能导 电薄 膜 的制备 …… ・ …… …… …… … …… … …… ・ ・ … …… …… …… 张树 人 ， 国 良， 陈 赵 靖 ， （ ２ 等 １）
一
台 国外 引进 微 光管制 备 真空设 备 超高 真空 获 得 的技术 改进 … …… …… …… …… … …… …… 徐 江涛 （ １ ５） 涛 ， 爱华 ， 高 张 伟 （ ６ ５）
电推进原理与典型结构
Kosmos
Luch-1
8.0引言—应用情况
电推进卫星应用之二:GEO卫星南北位保(NSSK)
1981年TRW公司肼电热首次应用于Intelsat-502 1983年AR公司MR-501肼电热应用于Satcom-1R 1987年AR公司MR-502肼电热开始应用,并延续至今 肼电热先后应用于150个航天器(包括95颗铱星)
Intelsat-502
Satcom-1R
8.0引言—应用情况
电推进卫星应用之二:GEO卫星南北位保(NSSK) 1993年AR公司肼电弧首次应用于洛马Telstar-401 AR公司MR510肼电弧一直应用于洛马公司A2100平台 MR510的主要性能:功率2kW、比冲585s、寿命1730h
8.0引言—发展历程
发展现状概括
国家和部门不断增多：从美国、俄罗斯、日本、德国、英国、 法国、意大利等发达国家扩展到中国、巴西、乌克兰、韩国、 印度和以色列等发展中国家。每个国家电推进技术研究部门日 益增加
国际合作日益加强：1991年SS/L和俄罗斯火炬设计局联合成立 国际空间技术公司（ISTI）向西方推广SPT-100电推进,目前已 经形成LS-1300、ES-3000、SB-40000平台的批量应用；2010年 美国AEROJET和日本NEXC签署协议联合开发低功率离子电推进系 统在美国的宇航市场
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8.0引言—概念与特点
对现代航天器而言，应用电推进的必要性和重要越来越凸显
赢得通信卫星市场竞争的筹码，包括降低成本、提升性价 比、工作延长寿命等方面
8.0引言—概念与特点
离子推力器空心阴极热特性模拟分析
ＡＮＳ ＹＳ中提 供 了热 生成 率 载 荷 ， 以模 拟 化 学 反 应 生 热 或 电 流 生 热 。它 的单 位 是单 位 体 积 的 热 流率 。 可
作 为 空心 阴极 的热 量来 源 ， 义 热生 成 率作 为 体 载荷 施加 于热丝 有 限元 模 型模 拟 电流 生 热 ， ｑ 定 即 —Ｈ ２， ／ 式 Ｌ 中 ｑ为 热生 成率 ， 为 热 流率 ， 是 物体 的体 积 。在 本 文 中热 流 率 即 空心 阴极 工 作所 均 匀 加 载 的直 流稳 压 电 Ｈ 源功率 为 ８ ， 阻丝体 积 为 ７ ０ｗ 热 ５ｍｍ。则 在热 阻 丝上 加 载 的热 生 成率 为 １ Ｏ ×１ 。 ｍ。 ， ． ７ Ｏ ｗ／ 。 在 ＡＮＳ Ｓ软件 模 拟 时 ， 定不 同材 料 之 间接触 良好 ， 且 假定 材 料 层 间 保 持 同一 温 度 ， 在工 程 实 际 中 Ｙ 假 并 但 这 个假 定并 不存 在 。因为任 何 固体 表 面之 间 的接触 都 不 可能 是 紧 密 的 。在 这 种 情况 下 ， 两壁 面 之 间 只有 接 触 的地方 才直 接 导热 ， 在不 接触 处存 在 空 隙 。在 空隙 处热 量是 通 过充 满空 隙 的流体 的导热 、 流 和辐 射 的方 式 传 对
离 子 推 力 器 空 心 阴极 热 特 性 模 拟 分 析
孙明明， 顾 佐， 郭 宁， 李 娟
（ 州 物 理 研 究 所 真 空 低 温 技 术 与 物 理 国家 级 重 点 实 验 室 ，兰 州 ７ ０ ０ ） 兰 ３ ０ ０
摘 要 ： 对 离 子 推 力 器 空 心 阴极 进 行 了热 分 析 。 利用 ＡＮＳ Ｓ有 限元 软 件 对 阴极 罩 开 启 ／ 合 状 态 下 的 Ｙ 闭 空 心 阴 极 热 启 动 过 程 和达 到 稳 态 工 作 时 温 度 场 分 布 进 行 了模 拟 ， 果 表 明 稳 态 工 作 时 空 心 阴 极 内 部 能 量 主 要 结 损 耗 在 热 阻 丝 和 阴极 顶 部 分 ， 且 阴极 罩 及 热 屏 是 降低 空 心 阴 极 温 度 损 耗 提 高 其 热 效 率 的 关键 部 件 ， 用 阴 极 并 采
空心阴极原理
空心阴极原理
空心阴极是一种新型的发光材料，它具有较高的亮度和较长的使用寿命，因此在显示技术领域具有广泛的应用前景。
空心阴极的发光原理主要是利用电子轰击激发荧光物质产生光致发射，下面我们将详细介绍空心阴极的发光原理。
首先，空心阴极发光的基本原理是利用电子轰击激发荧光物质产生光致发射。
当电子被加速后，撞击到荧光物质表面时，会激发荧光物质的原子或分子，使其处于激发态。
在激发态下，原子或分子会发生跃迁，返回基态时释放出光子，从而产生可见光。
这种光致发射的原理是空心阴极发光的基础。
其次，空心阴极的发光原理还涉及到电子的产生和加速。
空心阴极中通常包含一个加速电极和一个荧光物质层，当加速电压加到一定程度时，阴极表面的电子会被加速，形成高速电子束。
这些高速电子束在撞击到荧光物质表面时，就会激发荧光物质产生光致发射。
因此，电子的产生和加速是空心阴极发光原理中不可或缺的一部分。
最后，空心阴极的发光原理还与荧光物质的选择和设计有关。
不同的荧光物质具有不同的发光特性，因此在空心阴极的设计中需要选择合适的荧光物质，以获得所需的发光效果。
同时，荧光物质的厚度、形状和分布也会影响空心阴极的发光效果，因此需要进行合理的设计和优化。
综上所述，空心阴极的发光原理是利用电子轰击激发荧光物质产生光致发射，其中包括电子的产生和加速以及荧光物质的选择和设计。
通过对空心阴极发光原理的深入理解，可以为其在显示技术领域的应用提供理论支持和技术指导，推动其在显示技术领域的进一步发展和应用。
空心阴极放电原理
空心阴极放电原理
空心阴极放电是一种特殊的电子放电现象，可以在一定条件下在空气
中产生气体放电。
空心阴极放电的原理基于电子发射现象和反常电晕放电
现象。
当高电场作用在空气中时，电子会受到加速并获得足够的能量，以克
服空气分子周围的电中性层，撞击分子后产生二次电子。
这些多次撞击后，会产生足够强的正离子和负离子区域，形成电晕放电。
但是，空心阴极放
电区别于传统的电晕放电，它是在一个中空引出极内部通过导电路径来维
持阴极晕放电的。
在空心阴极放电器中，空气中的离子在强电场的作用下会被加速，然
后撞击阴极壳产生二次电子，这些二次电子在阴极内部产生电子轰击使得
空气分子不断离子化，从而产生气体放电，这样循环就形成了一个稳定的
气体放电环境。
空心阴极放电具有响应快、灵敏度高、能耗低等优点，广泛应用于传
感器、气体分析、离子排放等领域。
上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源
上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源一、概述上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源是一种高性能的离子源，广泛应用于表面处理、材料研究、半导体制造等领域。
该离子源采用了先进的空心阴极和霍尔电场技术，具有高稳定性、高效率和长寿命等优点。
二、空心阴极技术1. 空心阴极原理空心阴极是一种中空的金属管，其内部被抽成真空状态。
在管壁上涂有一层特殊的发射材料，如碳化钨或钨酸钙等。
当管内加入气体并施加高压电场时，气体分子被电离并产生电子。
这些电子被发射材料吸收，并从其表面逸出形成电子云。
2. 空心阴极优点与传统的热阴极相比，空心阴极具有以下优点：（1）不需要预热；（2）无需使用复杂的真空系统；（3）耐腐蚀性能更好；（4）寿命更长。
三、霍尔电场技术1. 霍尔效应原理霍尔效应是指当电流通过一块导体时，如果该导体处于一个磁场中，则在该导体的两侧会出现一个电势差。
这个现象被称为霍尔效应。
2. 霍尔电场优点霍尔电场技术是一种高效的离子加速技术，具有以下优点：（1）加速器长度更短；（2）加速器结构更简单；（3）加速器能够产生更高的离子能量。
四、上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源特点1. 高稳定性该离子源采用了空心阴极和霍尔电场技术，可以保证稳定的离子输出，并且减少了因为阴极烧损而引起的频繁更换和维护。
2. 高效率由于采用了空心阴极和霍尔电场技术，上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源在较低的功率下就可以产生高能量的离子束，从而提高了工作效率。
3. 长寿命由于采用了空心阴极和霍尔电场技术，该离子源具有长寿命和高稳定性，可以减少因为频繁更换和维护而造成的成本和时间浪费。
五、应用领域上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源广泛应用于表面处理、材料研究、半导体制造等领域。
具体包括：（1）表面处理：如表面硬化、表面改性等；（2）材料研究：如薄膜沉积、纳米材料制备等；（3）半导体制造：如半导体器件加工和清洗等。
六、总结上海光学镀膜空心阴极霍尔离子源采用了先进的空心阴极和霍尔电场技术，具有高稳定性、高效率和长寿命等优点。
空心阴极灯的原理
空心阴极灯的原理引言空心阴极灯是一种高压放电灯，常用于工业和科研领域中的光学实验。
该灯具有明亮、高亮度以及经济实用的特点，因此也受到了越来越多的关注。
本文将对空心阴极灯的原理进行详细的介绍。
空心阴极灯的概述空心阴极灯是一种利用气体放电而发射出高亮光的灯具。
其基本构成由真空室、阴极和阳极组成。
典型的空心阴极灯是由第二代小型的室温氦氖（HeNe）激光器发展而来的，在其激光管中配有一个阴极，阳极则是由几个金属圈环成的。
当阴极被通电时，在阳极中产生了一个电场区域，产生了较高的电压，从而使得气体在电极之间产生放电现象。
空心阴极灯的原理空心阴极灯的工作原理和气体放电灯有些许区别。
气体放电灯通常由一个电杆和一个椭球形反射器组成，并在反射器的中心位置放置一个小管（可以通过窄通道进入）。
在小灯管内加入高压电，从而产生了电弧，从而由放电区辐射而出的光线经由椭球形反射器转向反射，最终形成了强烈的光束。
而空心阴极灯，则是将气体放置在一个外形呈圆筒状的内部空间中，由输入信号调整放电条件的强度和频率，从而产生高亮度的放电激光，同时也具有较高的光斑质量。
因此，空心阴极灯通常被用作光学实验中的光源，它的形状、大小可以根据实验需要调整。
在实际应用中，空心阴极灯还能用于荧光显微镜、半导体加工、合成晶体等领域。
空心阴极灯的特点空心阴极灯具有许多优点，包括：1.衍射和色散比较小，光斑质量高。
2.可以获得大功率的、紧凑的光束，且易于调整与控制。
3.具有持续寿命长、可重复使用性好等特点。
同时，空心阴极灯也存在以下的缺点：1.一般使用气体为氦氖，工作温度较高，升温时间长，使用寿命受到限制。
2.阴极的使用寿命较短，需要定期进行更换。
3.灯的功率与输出强度受到一定限制。
总结综合来看，空心阴极灯是一种常见的气体放电灯，具有高亮度、可调控等优点。
在光学实验、荧光显微镜、半导体加工等领域中被广泛应用，同时其还存在着使用寿命有限，功率、输出受限等缺点。
无热子空心阴极内中性气体分布的数值模拟研究
无热子空心阴极内中性气体分布的数值模拟研究董小敏;李娟;陈娟娟【摘要】The distribution of neutral propellant gas pressure in the heaterless cathode,especially the region which along the cathode tip to keeper,is important to the ignition voltage value. In this paper,the pressure and velocity distribu-tion before the ignition of heaterless cathode were simulated by the FEA method and high Mach number compressible flu-id model. The result is indicated that the neutral gas pressure along the cathode tip and keeper was related sensitively to the keeper orifice diameter and it was effect weakly by the cathode tip orifice diameter and the spacing along the tip and keeper. But the ignition voltage of heaterless cathode will be affected by the spacing along the electrode according to the Paschen's law. The result of this paper demonstrates that key factors of influences the breakdown voltage of heaterless cath-ode are keeper orifice diameter and spacing along the tip and keeper when the propellant is not changed. That would be given some references when developing the simulation model of hollow cathode or the design of a new heaterless cathode.%无热子空心阴极内部中性气体压力分布，特别是阴极顶与触持极间的压力分布，对其点火启动电压有较大影响。
空心阴极离子源
空心阴极离子源
摘要：
I.空心阴极离子源简介
- 空心阴极离子源的定义
- 空心阴极离子源的应用领域
II.空心阴极离子源的工作原理
- 空心阴极离子源的构造
- 空心阴极离子源的工作原理详解
III.空心阴极离子源的优缺点
- 空心阴极离子源的优点
- 空心阴极离子源的缺点
IV.空心阴极离子源的发展趋势
- 空心阴极离子源的发展现状
- 空心阴极离子源的未来发展趋势
正文：
空心阴极离子源是一种用于清洗或辅助沉积的设备，它采用高能量的离子束对物体表面进行处理。
空心阴极离子源具有高能量、高效率、高稳定性等特点，被广泛应用于半导体、光学、航空航天等领域。
空心阴极离子源的工作原理主要是通过空心阴极和阳极之间的放电产生高能离子束。
空心阴极离子源的构造中，空心阴极作为离子源的发射极，阳极作为离子束的收集极，两者之间通过高压电场进行加速。
当电压达到一定值时，
空心阴极和阳极之间会产生放电，形成高能离子束。
空心阴极离子源具有许多优点，如高能量、高效率、高稳定性等，但也存在一些缺点，如设备成本高、操作复杂等。
随着科技的不断发展，空心阴极离子源的应用领域也在不断扩大。
电推进技术的发展概况与趋势
电推进技术的开展概况与趋势X冰XS140120351 引言1.1电推进技术概述推进装置是航天器脱离地球引力束缚，进入广袤太空的动力之源，人类在多个世纪的太空探索进程中，各种航天器推进系统的研究从未止步，从最早的冷气推进到化学推进，再到电推进技术，以及未来的核推进。
过去冷气直接喷射系统一直是航天器姿态控制应用中最简单的推进系统，但由于总冲非常有限，不利于长时间的在轨管理。
但随着小卫星、微小卫星、行星探测器，及深空探测、星际航行等空间探测技术的兴起，要求航天器上的推进系统质量更轻、体积更小、效率更高，因此开展比冲高、构造紧凑、消耗工质少、本钱低廉的推进系统已成为航天技术开展的迫切需要[1]。
而电推进技术的推进剂比冲要远远高于传统的化学推进系统，是其几倍乃至十几倍的效率，高比冲的电推进能够大大较少对于推进剂的需求，从而增加航天器的有效载荷。
从而缩小航天器尺寸，降低运载火箭发射要求，尤其适用于深空探测、星际航行等长时间在轨飞行。
表1.比照了目前世界上再空间任务重应用的推进系统。
图1比较了化学推进与电推进的工作原理，这两种推进方式均是通过向后高速喷出推进剂来实现加速的，其推进剂的喷出速度和推进剂的喷出量决定了航天器入轨以后的速度。
但对推进剂进展加速的能量来源是不同的，冷气推进通过自身高压气体膨胀加速，化学推进通过化学反响释放推进剂本身的化学能对推进剂进展加速，而电推进是利用来自于太阳或是核能产生的电能对推进剂进展加速[2]。
表1. 不同类型推进系统性能参数比照图1.化学推进系统与电推进系统工作原理比照1.2电推进技术分类电推力器是利用电能加热或电离推进剂加速喷射而产生推力的一种反作用式推力器。
它与电推进系统 比冲输入功率〔kW 〕效率〔%〕 推进剂 化学推进〔单组元〕115~225—— —— 高压气体N 2N 4，N 2N 2 化学推进〔双组元〕300~400—— —— N 2N 4，N 2N 2等 电阻加热式 3000.5~1 65~90 N 2N 4离子推力器2500~3600.4~4.3 40~80 Xe 霍尔推力器1000~3001.4~4.5 36~50 Xe 脉冲等离子推力器 850~1200<0.2 7~13 Teflon源子系统、电源变换器和控制子系统、推进剂储存和输送子系统组成一体，可成为航天器的电推进系统。
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万方数据 万方数据 万方数据 万方数据２００８年第１期张天平。
等；国外电推进系统空心阴极技术图３一体化阴极与传统阴极比较Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃａｔｈｏｄｅ心（ＧＲＣ）自１９９５年开始研制３．２ｍｍ钡钨空心阴极，试验了５个不同形状，分析评价了功率消耗和流率消耗与阴极设计关系［７’３２’３引。
虽然研究有所进展，并有效增加了小阴极的效率，但１００Ｗ以下电推进应用的小电流空心阴极技术并不理想。
场发射阴极可能是一种更好选择［３４’２引。
３．３大电流钡钨阴极ＮＡＳＡ的５０ｋｗ霍尔推力器需要１００Ａ，１０ｍｇ／ｓ阴极。
用参数研究法确定阴极几何对作为发射电流和流率函数的工作温度的影响，选择了１４种阴极发射体内直径、顶孔直径和孔板直径的组合［９］。
为确定发射体直径，用Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ方程计算在电流１００Ａ时的发射面积，在轴向温度梯度为０％、１０％、２０％三种条件下分析了发射体温度。
研制了实验室模型阴极，触持极为石墨片，但未采用闭合触持极方案，试验中用７个热电偶（ＴＣ）测量温度。
试验结果表明：发射电流１００Ａ时最优顶板温度低于１３５０℃，仍高于长寿命要求的１１００℃。
该阴极需与推力器ＮＡＳＡ一４５７Ｍ配合进行发射电流５０Ａ、推进剂流率大于２．５ｍｇ／ｓ的阴极几何效应试验和推力器工作环境性能评价试验，以最终确定热优化的阴极。
ＧＲＣ为未来使命高功率离子电推进应用寿命１００ｋｈ、发射电流１００Ａ阴极研制进行了源材料消耗和发射体温度梯度对寿命影响的模型分析，发现达到１００ｋｈ寿命的发射体工作温度上限为１１００℃。
鉴于发射体温度梯度对寿命的影响重要，一方面需增加长度向的热传导降低梯度和温度峰值，另一方面要求增大发射体内径以增大电子发射面积，降低电流发射密度。
基于这些分析结果，研制了发射电流５０Ａ、寿命１００ｋｈ的实验室模型阴极，用石墨材料闭合触持极消除孔板和加热器腐蚀寿命限制［２］。
流率５～１９ｍｇ／ｓ和相应发射电流１０ｂ６０Ａ的试验表明，发射电流低于６０Ａ的顶板最高温度为１１００℃，与分析预测结果一致。
３．４ＬａＢ６阴极用ＬａＢ。
发射体可消除或大幅降低所有与发射体相关的长寿命限制因素影响。
ＬａＢ。
材料的电子发射不存在建立低功函数表面的化学过程，对杂质和暴露大气不敏感，可降低对氙气供应系统洁净度和气体纯度要求。
虽发射体工作温度为１６５０℃，但蒸发率较钡钨低５倍，寿命却明显延长，且随着内表面腐蚀，面积增加而工作温度降低，寿命还可望延长１个量级。
应用ＬａＢ。
阴极需解决高温工作条件下材料的相容性，特别是支撑发射体和与发射体电接触材料中硼的扩散。
ＬａＢ。
阴极结构与钡钨阴极类似［１３３。
采用了钽导体铠装加热器和最高工作温度为１８００℃的氧化铝粉末绝缘，与ＬａＢ。
发射体接触的材料只能容许硼扩散，阴极管采用整体加工而成，触持极可用石墨制造。
图４（ａ）所示的ＬａＢ６阴极管外径１５ｉＴｌｍ，发射体厚３ｍｍ、长２５ｍｍ，在温度１６５０℃下发射电流５０Ａ，发射体用开槽的碳弹簧推压于顶板，全碳结构解决了材料相容性，也提高了抗离子溅射能力。
阴极性能试验结果如图４（ｂ）所示，电流５０Ａ时寿命可达１００ｋｈ。
ＡＬＢＡＲＥＤＥ等在ＳＰＴ－１００霍尔推力器上进行的钡钨阴极和ＬａＢ６阴极的对比试验，验证了推力器工作性能的一致性［３３．５Ｌ式储备阴极为消除钡钨阴极发射体表面形貌变化和表面覆盖引起的寿命限制，以及直接增加多孔钨浸渍源材料的不利影响，研制了Ｌ式储备阴极，如图５所示。
其圆筒多孔发射体由钨铱合金或钨制造，钨铱合金功函数较钡钨低０．２～ｏ．２５ｅＶ，由此可降低工作温度１００℃。
钨铱合金与氧和水的反应性也弱于钨［２８］。
发射体不直接浸渍钡源材料，钡源材料由钨粉末和钡钙铝氧化物混合而成，贮存于包围中心发射体的库容器中。
中心发射体作为电子发射基地，对释放于封闭源并通过发射体小孔达到发射表面的钡和氧化钡进行控制，发射体不必与源材料发生化 万方数据上海航天ＡＥＲｏＳＰＡＣＥＳＨＡＮＧＨＡＩ２００８年第１期（ａ）结构发射电流／Ａ（ｂ）预测寿命图４ＬａＢ６阴极Ｆｉｇ．４ＬａＢｓｃａｔｈｏｄｅ图５Ｌ式储备阴极Ｆｉｇ．５Ｌ－ｔｙｐｅｄｉｓｐｅｎｓｅｒｃａｔｈｏｄｅ学反应，由此消除了发射体表面与源材料的耦合。
其益处有：钡源的贮备可满足寿命要求；源材料与发射体的分离恒定了寿命期内多孔结构的流阻，钡和氧化钡的供应流率极稳；更低功函数的钨铱合金降低了额定发射电流密度下的工作温度；钨铱合金的反应弱于钨，孔不会因反应产物而变小甚至封闭。
为验证Ｌ式储备阴极在等离子体环境中的寿命，马歇尔飞行中心（ＭＳＦＣ）试验了方案以验证Ｌ式储备阴极［３６‘。
验证项目有：钡源材料和发射体分离后能供应足量的钡到发射体表面以保证在等离子体环境中维持低温工作；在流率和发射电流变化时阴极能自调节工作而无需加热器控制温度；在各种热辐射环境中能稳定工作。
２００９ｈ的试验表明：触持电压和电流、阳极电压和电流，以及流率均未超出预定范围。
电流２５Ａ时顶板温度低于１１００℃，库容器中部温度低于９００℃，在较宽的电流和流率范围阴极能自加热稳定工作，自动调节输送到表面的，钡覆盖。
试验验证了阴极的可用性。
３．６Ｂｉ阴极与氙气相比，金属Ｂｉ的原子质量大、电离能低、贮存密度高，非常适于用作霍尔推力器的推进剂。
２００５年密西根大学用ＬａＢ。
氙阴极成功验证了Ｂｉ推力器的性能，在此基础上研制了氙和铋共用阴极，如图６所示［３７｜。
该阴极采用ＬａＢ。
发射体，阴极孔直径４．２５ｍｍ。
氙通过阴极外壁管进入，ＬａＢ。
小球后为钨丝加热器，用多层钼箔和陶瓷绝缘，Ｂｉ贮存在阴极底部，有独立的钨丝加热器，用热偶测量温度以控制Ｂｉ蒸发率。
试验验证了Ｂｉ阴极可在两个独立加热器结构中工作，但放电电压高于氙。
精确控制Ｂｉ蒸气流率是继续研究的主要内容。
图６氙和铋双模阴极Ｆｉｇ．６Ｘｅｎｏｎａｎｄｂｉｓｍｕｔｈｄｕａｌ－ｍｏｄｅｃａｔｈｏｄｅ４结束语本文综述了国外电推进系统应用空心阴极技术。
分析表明：离子和霍尔电推进系统应用空心阴极的常规设计技术已成熟，用扩比或缩比法能设计满足要求的空心阴极；低电流和大电流是传统钡钨空心阴极的两个发展方向，前者的技术难点是高效率，而后者是长寿命；ＬａＢ。
阴极、Ｌ式储备钡钨阴极可能实现１００ｋｈ工作寿命；基于大量试验结果和逐渐改进的分析模型，对空心阴极工作物理和化学过程的理解正在不断深化，将为优化空心阴极设计和预测工作寿命提供可靠和低成本的技术支持。
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