LIPS-300离子推力器加速栅电压的优化设计

摘要

在不改变推力器几何结构的前提下,为了获得LIPS-300离子推力器的最佳加速栅电压,采用半经验分析和数值仿真计算相结合的方法分析了加速栅电压分别为-180 V、-190V、-200V、-210V和-220V时LIPS-300离子推力器栅极组件引出束流过程中束流离子从非平衡态到平衡态的演化过程,通过数值模拟计算得到了推力器运行过程中交换电荷离子轰击溅射到加速栅壁面的产额,利用寿命预测的半经验计算方法对5种情况下LIPS-300离子推力器的栅极寿命进行估计,分析了关键失效模式,通过对比获得了LIPS-300离子推力器的最佳加速栅电压.计算结果显示,在现有几何结构下加速栅电压的变化不会影响栅极组件的引出性能;加速栅下游更易受到交换电荷离子的轰击溅射;加速栅电压从-180V变化至-220V过程中,影响栅极寿命的关键失效模式为电子反流失效;对比5种情况下发生电子反流和结构失效时对应的栅极寿命可以发现,LIPS 300离子推力器加速栅电压最佳值应为-220V,此时对应的栅极寿命为16 170.4 h.