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基础篇 1

第1章 绪论 1

1.1 电推进发展历史 1

1.2 空间电推进概述 2

1.3 空间电推进的基本原理 6

1.3.1 反作用飞行原理与火箭推进公式 6

1.3.2 空间电推进系统的主要性能参数 8

1.3.3 特征速度与最优比冲条件 10

1.3.4 电推进羽流对航天器的影响机理 14

1.4 电推进系统在空间任务中的应用分析 17

1.4.1 航天器轨道转移 18

1.4.2 航天器位置保持 21

1.4.3 深空探测 23

1.4.4 面向任务的空间电推进的选择 28

第2章 电推进等离子体产生加速原理 30

2.1 等离子体概述 30

2.2 等离子体的微观运动 32

2.2.1 单粒子运动 32

2.2.2 碰撞，激发，电离 37

2.2.3 带电粒子与壁面的相互作用 41

2.3 等离子体的宏观描述 44

2.3.1 等离子基本方程 45

2.3.2 等离子体输运 46

2.3.3 双极扩散 48

2.3.4 鞘层 50

2.4 电推进等离子体产生方法 51

2.4.1 直流辉光放电 52

2.4.2 电弧 53

2.4.3 磁约束 54

2.4.4 微波放电 55

2.5 等离子体加速的主要形式 56

2.5.1 电热加速 56

2.5.2 静电加速 57

2.5.3 电磁加速 58

应用篇 61

第3章 电弧推进 61

3.1 电弧推进概述 61

3.1.1 电弧推力器的结构及工作原理 62

3.1.2 推力器放电模式分析 63

3.2 电弧推进关键的物理过程 65

3.2.1 电弧推进工质的选择 65

3.2.2 电弧推力器的分区特征 72

3.2.3 电弧推力器的能量损失机理 74

3.2.4 电弧推力器内的流动与传热过程 75

3.2.5 电弧推力器的稳定性问题 85

3.2.6 近电极区域的物理问题 88

3.3 电弧推力器设计 90

3.3.1 电弧推力器简化模型 90

3.3.2 电弧推力器设计 95

第4章 离子推进 98

4.1 工作原理 98

4.2 理想的离子推力器电离室 101

4.3 直流放电离子源 106

4.3.1 广义零维会切等离子体推力器模型 107

4.3.2 磁多极边界 109

4.3.3 电子的约束 111

4.3.4 阳极壁面的离子约束 113

4.3.5 离子和激发态中性气体的产生 117

4.3.6 电离室内中性粒子和原初电子的密度 119

4.3.7 电离室内功率及能量平衡 121

4.3.8 放电损失 123

4.3.9 放电稳定性 127

4.3.10 重新启动过程（Recycling）中的行为 129

4.3.11 零维模型的局限性 131

4.4 其他离子源 132

4.4.1 考夫曼离子源 132

4.4.2 射频放电 136

4.4.3 微波离子源 143

4.5 离子推力器电离室的二维计算模型 151

4.5.1 中性原子模型 152

4.5.2 原初电子运动和电离模型 153

4.5.3 电离室模型结果 156

4.6 离子引出和加速过程 157

4.6.1 栅极结构 157

4.6.2 离子栅极基础 162

4.6.3 离子光学模型 165

4.6.4 电子返流 169

4.7 离子推力器寿命和未来发展方向 174

4.7.1 离子寿命的主要影响因素 174

4.7.2 离子加速栅极寿命 175

4.7.3 离子推力器的发展趋势 182

第5章 霍尔推力器 183

5.1 霍尔推进概念及工作原理 183

5.1.1 历史背景 183

5.1.2 工作原理及特点 185

5.1.3 推力器本体及其辅助系统的组成 186

5.2 重要的物理过程及现象 187

5.2.1 电离 188

5.2.2 电子传导 191

5.2.3 近壁区等离子体行为 194

5.2.4 电场的建立和离子的加速 201

5.2.5 电子分布函数 203

5.2.6 放电振荡 204

5.2.7 羽流 207

5.2.8 壁面溅射侵蚀 208

5.3 霍尔推力器设计方法 212

5.3.1 充分电离条件 212

5.3.2 磁场设计 213

5.3.3 等离子体聚焦 215

5.3.4 壁面材料的选取 218

5.3.5 预电离 221

5.3.6 模化设计方法 222

5.3.7 寿命设计 227

5.4 霍尔推力器空间应用及发展 230

第6章 空心阴极 233

6.1 引言 234

6.2 热阴极材料的电子发射 237

6.2.1 热发射 237

6.2.2 发射体材料 239

6.3 空心阴极的结构及物理过程 240

6.3.1 发射体 241

6.3.2 孔区 250

6.3.3 羽流区 256

6.4 阴极特性及工作模式 262

6.5 空心阴极寿命 265

6.5.1 发射体寿命 265

6.5.2 触持极寿命 270

6.5.3 空心阴极失效模式 272

6.6 空心阴极与霍尔推力器的耦合 275

扩展篇 281

第7章 其他电推力器 281

7.1 电磁推进 281

7.1.1 磁等离子体推力器（MPDT） 281

7.1.2 高效率多级等离子体推力器（HEMPT） 284

7.1.3 脉冲等离子体推力器（PPT） 286

7.1.4 螺旋波等离子体推力器（HPT） 289

7.2 新型静电推进 292

7.2.1 场效应发射离子推力器（FEFP） 292

7.2.2 胶质离子推力器 298

7.3 无工质推进 299

7.3.1 太阳帆推进系统 299

7.3.2 激光推进系统 302

参考文献 307

名词索引 316