电子回旋共振离子推力器作为静电式电推力器的一种,具有高比冲、低推力的特点,目前已被应用于深空探测器的主推进系统。变推力电子回旋共振离子推力器是离子推力器的重要发展方向之一,利用零维模型可以有效地评估其性能。以电子回旋共振离子推力器的离子源为研究对象,采用零维模型,模拟离子源内部能量转换机制和等离子体的产生过程,获得了推力器在"慢速调节机制"下、1~20 m N范围变推力工作的性能参数,如推进剂流量、离子束流、电子温度、离子密度、放电损耗、推进剂利用率及比冲等。利用计算得到的参数对10厘米电子回旋共振离子推力器变推力性能进行了评估,同时分析了在给定气体流量精度条件下推力和比冲所能够达到的精度;在推力及精度条件下计算出推进剂流量、引出离子束流和离子损失的精度要求。
利用Geobel模型对电子回旋共振离子推力器的离子源性能进行了计算,分析工质利用率与放电损耗的关系、电子温度与离子源性能的关系、离子源长度和栅极有效透明度对放电损耗和工质利用率的影响。采用Geobel模型对电子回旋共振离子推力器性能的计算结果为:20 cm ECRIT离子源在100 mm轴向长度、80%栅极有效透明度条件下,工质利用率为90%,放电损失为203 W/A;10 cm ECRIT离子源在40 mm轴向长度、80%栅极有效透明度条件下,工质利用率为86%,放电损失为300 W/A。结果表明:采用Geobel模型算法计算结果与国外文献数据的相对误差小于5%,利用该模型对电子回旋共振离子推力器离子源性能分析的方法有效、合理。
