靜電離子加速器裝置的制造方法
【專利說明】靜電離子加速器裝置
[0001]本申請是申請日為2008年9月12日、PCT國際申請號為PCT/EP2008/062169、中國國家階段申請號為200880115852.8的、發明名稱為“靜電離子加速器裝置”的中國專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種靜電離子加速器裝置。
【背景技術】
[0003]可將靜電離子加速器裝置有利地用作航天器中的驅動設備。從WO 2003/000550Al獲知的有利實施例提供了具有圓柱形電離室的結構，該圓柱形電離室的中心縱軸確定室幾何形狀的縱向方向。在作為所謂的霍爾推力器的離子加速器的另一實施例中，室被構造成中間內部的環狀。電離室在縱向方向的一側上具有射束出口孔，等離子射束在縱向方向上起源于該射束出口孔。陰極被布置在電離室的外部且相對于射束出口孔橫向偏離。陽極被布置在電尚室的底部而與縱向上的射束出口孔相對。陽極與陰極之間的尚壓在電1?室內形成指向縱向方向的靜電場，并對在電離室中得以射束出口孔方向上電離的工作氣體以及陽極方向上的電子進行加速。經過室的磁場使得電子被陽極吸收之前在室內停留較長時間。電子撞擊陽極時的剩余能量以及流過陽極的電流導致在陽極中產生損耗熱量，從而，陽極的溫度升高，并因此在某些情況下限制驅動力，和/或由于固體熱傳導和/或必須流體冷卻而造成復雜冷卻的問題。
【發明內容】
[0004]本發明以介紹靜電離子加速器裝置為出發點，該靜電離子加速器裝置處理陽極的大損耗熱量，而且結構簡單。
[0005]通過在電離室方向上以熱輻射形式除去主要由撞擊到陽極上的電子的能量(大于50% )而主要在陽極中產生的損耗熱量，換言之將損耗熱量排到位于陽極裝置的面向射束出口孔的前面的半個室中，從而尤其能獲得陽極裝置的簡單結構，其中，陽極內產生的尤其是通過金屬或者非金屬部件利用固體導熱而排出的損耗熱功率量總共小于陽極中以離子加速器裝置的最大功率出現在陽極中的總損耗熱功率的50%。另外，可通過有利地引導冷的中性工作氣體圍繞陽極裝置流動而更容易地實現引走從陽極提供的損耗熱量，其中工作氣體吸收來自陽極裝置的熱量，并將其輸送至電離室。在這方面，有利的是損耗熱功率越大，意味著以逐漸增大的氣流進行冷卻的流量就越大。但陽極中產生的損耗熱量的主要部分作為熱輻射在電離室的方向上分散。
[0006]如果陽極裝置的面向電離室的表面的溫度在離子加速器裝置最大限度地出現損耗熱功率的工作點達到至少500°C，則這是有利的。關于這一點，作為熱輻射由本體排出能量增加與溫度的不成比例性(4次冪)的事實來實現優點。
[0007]陽極裝置的面向電離室的表面有利地基本上垂直于電離室的縱軸，從而指向表面法線方向的射線的輻射分量指向射束出口孔的方向，且此方向上射出的熱輻射直接被排到周圍的自由空間。
[0008]通過將熱輻射反射器件安置在陽電極的面向電離室的側面上，逐漸將熱輻射導向到電離室內，并導向至射束出口孔。在第一實施例中，反射器件可包括陽電極背面的反射涂層，該背面遠離電離室。關于這一點，對于正面發射的熱輻射的最大波譜，面向電離室的正面在射束出口孔方向上的發射能力在每種情況下大于陽電極的涂覆背面的發射能力，尤其為后者的2倍大。
[0009]如果發射器件包括構造用以反射熱輻射的至少一個反射面則是有利的，這些反射面在縱向方向上與陽電極間隔開并被布置在陽電極的遠離電離室的側面上。對于這一點，陽電極的面向電離室的正面的發射能力大于反射器件的面向陽電極的反射面的發射能力，尤其為后者的2倍。優選地，設置在縱向方向上相互間隔開的至少兩個反射面。這些反射面優選為金屬的，并有利地處于陽電極的電位，而且尤其能與后者結構上組合在多部件陽極裝置內。
[0010]在又一實施例中，陽極可由支座(尤其是金屬支座)和支持在該支座上且與該支座直接物理接觸并面向電離室的電極材料組成，其中，該支座例如可以是壺狀，而且支座的遠離電離室的背面的發射能力小于電極材料的面向電離室的正面的發射能力，尤其是小于后者的一半。
[0011]特別有利的是，將石墨用作用于陽電極的電極材料，尤其是用于陽電極的面向電離室的表面的電極材料。優選地，陽電極由圓盤狀本體形成，該本體尤其被構造成相同材料的石墨本體。石墨在高溫下保持其形狀，并顯現出更低的電阻，具體而言是更低的電阻負溫度系數。石墨表面顯現出特別好的發射能力。可由蒸汽堆積金屬層來實現作為反射器件的背面的涂層。
[0012]陽電極的圓盤狀本體優選地占據室橫截面的主要橫截面區域，并與該區域處于基本相同的溫度。如果圓盤狀本體僅在陽極的中心區域內于中心的一個固定點與陽極裝置的支座本體相連，尤其是螺接在支座本體上，則是非常有利的。有利的是，裝置結構由高耐熱材料，尤其是鉬組成。通過電極本體固定在陽極裝置內而流到支座本體上的熱能部分以及作為剩余輻射而通過反射器件到達支座本體的熱能部分可通過固體熱傳導由現有的結構(例如室結構中的支座本體的懸桿和/或金屬高壓饋線)除去，而無需專用的高效冷卻措施。
【具體實施方式】
[0013]下面使用優選的示例并參照圖1更詳細地說明本發明。在附圖示出:
[0014]圖1詳細并示意性地示出了具有陽極裝置的靜電離子加速器裝置。通常應假設離子加速器裝置的電離室IK與中心縱軸LA旋轉對稱而不受任何限制。中心縱軸LA平行于縱向方向LR延伸。還示出了徑向方向R。電離室的圓形橫截面應在縱向方向上LR基本恒定。在圖1的右邊，電離室于在縱向方向LR的一側上具有射束出口孔A0，得以加速并定向的等離子流PB從該開口排出。陰極裝置KA布置在射束出口孔AO的區域內，且優選為相對于射束出口孔橫向偏離的區域內。陽極裝置AN在縱向方向上位于電離室的底部而與射束出口孔AO相對。圖1中，由于假設圍繞縱軸LA旋轉對稱，僅示出了離子加速器裝置的位于縱軸LA上方的部分。
[0015]在通常處于航天器的地電位M的陰極裝置KA與陽極裝置AN，尤其面向電離室的陽電極EK之間施加高壓HV，該高壓在電離室中產生指向縱向方向的電場。此電場在陽極裝置的方向上對電子進行加速，并在射束出口孔AO的方向上對電離室中通過工作氣體的電離產生的帶正電離子進行加速。電離室通過室壁KW被界定為與縱軸LA交叉，上述室壁優選地由介電材料，特別地陶瓷材料組成。在室壁的相對于縱軸徑向位于外部的側面上布置有磁體裝置MA，該磁體裝置各種可能的上部結構可通過現有技術獲知，且只是示意性地示出，而不進行詳盡圖示。磁體裝置在電離室中產生磁場，該磁場增加了電子在電離室中的停留時間，從而，這些電子在到達陽電極EK之前通過電離碰撞將能量賦予工作氣體。操作不同設計樣式，尤其是具有環形室結構的上述離子加速器(例如霍爾離子加速器)的方法為現有技術中已知的。
[0016]撞擊來自電離室的陽電極EK的電子會在陽電極中產生損耗熱量，并使得陽電極溫度升高。
[0017]在圖示的優選示例中，陽極裝置AN在縱軸