一种离子推力器寿命地面试验设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及离子推力器技术领域，具体涉及一种离子推力器寿命地面试验设备。
【背景技术】
[0002] 离子推力器是目前最为先进的空间推进系统之一，国外航天技术发达国家已广泛 应用于航天器飞行任务。其特点是推力小、比冲高、寿命长，2012年10月，我国实践九号卫 星发射升空，对多种电推进技术方案的正确性、在轨工作性能、与航天器的相容性以及长期 在轨工作能力进行了成功验证，意味着我国全电推进系统已经初步具备在轨应用能力。但 其要其在航天器上成熟应用，一般还需要在地面验证其寿命试验，考核其可靠性。美国"深 空一号"(DS-1)探测卫星采用的30cm氙推力器在飞行应用之前进行了高达30000余小时的 地面寿命验证试验，同样我国也需建造离子推力器寿命验证试验设备，做寿命的地面寿命 考核工作。目前国内外的该类试验设备，大流量气体负载单纯靠传统常规真空栗抽气，抽气 效率较低，试验设备与离子推力器试验控制系统相对独立，集成度低，试验操作复杂，离子 推力器的性能及状态，例如发散角、栅极表面状况（尤其是2台及以上离子推力器试验时） 等测试手段简单，设备溅射沉积物大等问题。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器寿命地面试验设备，能够满足离子推力 器寿命试验对试验设备抽气能力强、返回溅射沉积物小、可靠性高、设备集成度高等特殊要 求。
[0004] 本发明的离子推力器寿命地面试验设备包括：主舱真空容器、插板阀、副舱真空容 器、真空抽气系统、离子束靶、防溅射屏、推力器移动机构、石英晶体微量天平QCM、推力器发 散角测量系统、栅极腐蚀在线监测系统、地面试验电源系统、设备控制系统、氙气供气系统、 复压系统、冷却水系统、气动元件供气系统、液氮储供系统和摄像照明系统；
[0005] 其中，主舱真空容器一端设有主舱舱门，另一端通过插板阀与副舱真空容器相连， 副舱真空容器一端设有副舱舱门，另一端通过插板阀与主舱真空容器相连；主舱真空容器 为离子推力器地面寿命试验的工作舱，副舱为离子推力器的放置舱；
[0006] 真空抽气系统由用于抽空气的普通大口径低温栗和用于抽氙气的氙气大口径低 温栗组成，每台低温栗与主舱真空容器之间设有插板阀，用于将地面试验设备抽至要求的 真空度；
[0007] 离子束靶安装在主舱真空容器的主舱舱门内表面上，离子束靶外表面设有高纯石 墨革巴板；
[0008] 防溅射屏安装在主舱真空容器直线段的内圆周面上，防溅射屏材料为纯钛Tal;
[0009] 栅极腐蚀在线监测系统包括机械臂以及安装机械臂上的照相机，通过照相获得试 验过程中离子推力器栅极的腐蚀状况；所述栅极腐蚀在线监测系统安装在主舱真空容器内 的检测室中；
[0010] 推力器发散角测量系统安装在主舱真空容器前段距离离子推力器前方，可上下翻 转和水平平移，参与离子推力器束流发散角检测时，推力器发散角测量系统水平平移至离 子推力器端面前方，并将推力器发散角测量系统的检测端面翻转为竖直态，使得推力器发 散角测量系统的测试面中心与离子推力器中心对齐、且测试面与离子推力器的喷出口端面 平行；不参与检测时，将推力器发散角测量系统的测试面翻转为水平态，测试面向下；
[0011] QCM安装在推力器移动机构上，位于推力器的前端面前上方，用于监测溅射沉积物 污染状况；
[0012] 主舱真空容器和副舱真空容器上各自设有复压系统，用于试验停止时，向主舱真 空容器和副舱真空容器真空室充入洁净气体；
[0013] 冷却水系统用于向真空抽气系统提供冷却水；
[0014] 气动元件供气系统向真空抽气系统的气动元件提供压缩气；
[0015] 液氮储供系统储存并向离子束靶、真空抽气系统中的大孔径低温栗提供冷氮气， 用于降低离子束靶和大孔径低温栗的温度；
[0016] 摄像照明系统安装在主舱真空容器顶部，用于实时监测和记录地面试验过程中主 舱真空容器内推力器的实时图像；
[0017] 推力器移动机构位于副舱真空容器内，用于安装和自动控制移动离子推力器；
[0018] 地面试验电源系统通过副舱真空容器上的穿舱法兰用导线与离子推力器相连，为 推力器提供试验电源；
[0019] 设备控制系统用于对各设备工作状态进行实时监控和记录，负责推力器电源的控 制管理和试验测试数据的分析处理，具有报警系统；
[0020] 氙气供气系统通过副舱真空容器上的穿舱管接头与离子推力器相连，为推力器提 供气源。
[0021] 进一步地，主舱真空容器和副舱真空容器均由0Crl8Ni9材料制成。
[0022] 进一步地，主舱真空容器要求极限真空度小于I.OX10 5Pa，本底真空度小于 I. 3X10 4Pa，工作真空度小于5. 0X104Pa;副舱真空度要求小于I. 0X10 2Pa。
[0023] 有益效果：
[0024] (1)通过普通大口径低温栗和氙气专抽大口径低温栗的组合及备份考虑，提高了 设备的抽气效率，大大提高了试验的设备的可靠性。通过配置在线监测设备（发散角测量 装置、栅极腐蚀在线监测系统及QCM)，实时监测离子推力器状态，为离子推力器的设计仿真 及研究提供强力支持。设备控制系统集成设备控制管理和试验控制管理功能，方便操作。采 用了高纯石墨球面离子束靶、真空主舱真空容器内表面防溅射屏以及主舱真空容器内机构 防溅射包覆，有效减少推力器束流溅射返回沉积物对推力器的影响。
[0025] (2)使用本试验设备及试验方法能够取得离子推力器寿命的真实结果，为评价推 力器的寿命和可靠性评价提供真实、可靠的试验数据。通过试验过程中的大量测试，可以获 得离子推力器整个寿命期间推力器的主要性能参数，进而取得推力器性能参数随累计工作 时间的变化规律，为离子推力器长寿命工作和应用提供依据，能够为今后更加有效的离子 推力器加速试验获得基础数据。该试验方法有效、可靠，极大地降低了寿命试验的经济成本 和时间成本。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明离子推力器地面试验组成原理图。
[0027] 图2为本发明离子推力器地面试验离子推力器试验状态图。
[0028] 图3为本发明离子推力器地面试验的3D示意图。
[0029] 图4为本发明试验方法流程图。
[0030] 图5为长时间寿命试验流程图。
[0031] 图6为本发明大口径抽除氙气低温栗的结构示意图。
[0032] 图7为本发明的障板和吸附阵遮挡关系图。
[0033] 图8为吸附阵结构示意图。
[0034] 图9为障板结构示意图。
[0035] 其中，1-低温制冷机，2-吸附阵，3-热沉，4-防辐射屏，5-栗壳，6-障板，7-障板测 温元件，8-吸附阵测温元件，9- 一级冷屏，10-翅片。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0037] 本发明提供了一种离子推力器寿命地面试验设备，可用于1台或2台离子推力器 的寿命地面试验。如图1所示，地面试验设备包括主舱真空容器、插板阀、副舱真空容器、真 空抽气系统、离子束靶、防溅射屏、推力器移动机构、石英晶体微量天平（QCM)、推力器发散 角测量系统、栅极腐蚀在线监测系统、地面试验电源系统、设备控制系统、氙气供气系统、复 压系统、冷却水系统、气动元件供气系统、液氮储供系统、舱外平台和摄像照明系统。
[0038] 离子推力器寿命试验须在工作真空度小于5.OX104Pa的真空容器进行，由于离 子推力器寿命试验周期长达数万小时，如果试验期间主舱真空容器发生故障，特别是真空 抽气系统故障或主舱真空容器发生泄漏，将会对离子推力器寿命产生严重影响，故设置真 空副舱容器，并