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推进技术2025年第12期:微波驱动的电子回旋共振阴极研究综述

来源:期刊VIP网 时间:


作者:曾明;靳旭红;刘辉;任昱康;孙兆伟;于达仁;

单位:哈尔滨工业大学航天等离子体推进实验室;哈尔滨工业大学卫星技术研究所;中国航天空气动力技术研究院;

摘要:微波电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)阴极是一种等离子体阴极,通过电子回旋共振加热能提高等离子体密度,可引出几毫安到超过1 A的电子电流,具有结构简单、易操作、工质适应性强、工作温度低(常温)等优势,适用于百瓦级及以下小功率电推进系统,在微小卫星、深空探测及超低轨吸气式推进任务中展现出显著应用潜力。本文从ECR阴极的工作原理及主要过程出发,系统综述了微波ECR阴极的核心研究进展:阐明其工作原理(ECR加热-磁镜约束-电离碰撞-电子引出的多物理场耦合过程)与特性(高电流密度、宽工质兼容性);从样机研制(日本μ1/μ10型、国内改进型)、仿真研究(PIC/MCC模型揭示等离子体产生与电子引出机制)、寿命可靠性(溅射污染、航天器表面条件影响)及变工质可行性(氙/氩/氪/氮/水等工质性能差异)四方面总结国内外关键技术突破,展望了仍需解决的问题与挑战。研究表明,微波ECR阴极已逐步从实验室验证走向工程应用,未来需进一步深化多物理场耦合机制、材料抗侵蚀设计及多工质适配技术,以支撑其在更复杂空间任务中的推广。

关键词:电子回旋共振阴极;;电推进;;中和器;;微波等离子体;;综述

基金资助:国家自然科学基金(NFSC20240268);; 黑龙江省博士后基金(LBH-Z24129);; 中国航天科技横向项目(JH20240673)~~