CN115556972A - 一种电推进试验防羽流溅射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种电推进试验防羽流溅射系统，置于真空容器内，其特征在于：至少包括正面束流挡靶、周面防溅射屏以及暗区束流挡靶，三者所围成的腔体近似封闭，并与真空容器形成夹层，而电推进器位于所述腔体中；所述正面束流挡靶布置在电推进器前侧，暗区束流挡靶布置在电推进器后侧，而周面防溅射屏呈圆筒型，位于正面束流挡靶、暗区束流挡靶之间。以此，电推进器产生的高能离子所形成的羽流主要冲击在正面束流挡靶上，消耗了大部分高能离子的能量，但仍有部分高能离子被反射至周面防溅射屏上，经由周面防溅射屏的缓冲作用，进一步削弱了高能离子的能量，暗区束流挡靶则基本将剩余的高能离子能量吸收殆尽，有效保护真空容器内的设备。
Description
技术领域
本发明属于电推进系统地面试验技术领域，具体涉及一种电推进试验防羽流溅射系统。
背景技术
目前，世界各国研制开发了多种用于航天器姿态控制和轨道推进的电推进系统，广泛应用于高轨道航天器的轨道保持和深空探测等任务。电推进器在试验容器内部工作时，其产生的高能离子(如氙离子、氪离子等惰性气体离子)形成羽流，并对真空容器及其内部其他设备产生溅射侵蚀，严重影响设备的使用寿命及试验效果。当前，利用束流挡靶来降低高能离子的冲击是比较有效的防护措施。由于石墨具有相对较低的溅射率，因而，常在靶面包覆高纯度石墨，这种技术的缺点是束流挡靶价格昂贵。另外，现有束流挡靶往往布置在真空容器中间位置，位于电推进器正前方，不仅浪费容器空间，还有部分高能离子经反射后仍会冲击到其他设备(包括电推进器、低温泵等)，影响设备的工况。因此，开发一种性价比较高的电推进试验防羽流溅射系统，对真空容器及其内部其他设备进行有效防护，仍是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种电推进试验防羽流溅射系统，对真空容器及其内部其他设备进行有效防护，结构紧凑。
为避免概念混乱，现对羽流、高能离子、惰性气体离子进行解释，电推进器通过电离方式，将惰性气体电离，并将惰性气体离子喷射出去，使得电推进器产生推力，喷射出去的惰性气体离子即为高能离子，高能离子流即为羽流。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电推进试验防羽流溅射系统，置于真空容器内，其特征在于：至少包括正面束流挡靶、周面防溅射屏以及暗区束流挡靶，三者所围成的腔体接近于封闭，并与真空容器形成夹层；而电推进器位于所述腔体中，也就是说，所述电推进试验防羽流系统以接近于全包围形式布置在电推进器的周边；所述正面束流挡靶布置在电推进器前侧，并与大门热沉相联接，其由第一钛材折板、第一支架螺接而成，暗区束流挡靶布置在电推进器后侧；所述周面防溅射屏呈圆筒型，位于正面束流挡靶、暗区束流挡靶之间，固定在真空容器内壁上；所述夹层包括前区夹层、中区夹层以及后区夹层，前区夹层位于正面束流挡靶与真空容器壁之间，中区夹层位于周面防溅射屏与真空容器壁之间，后区夹层位于暗区束流挡靶与真空容器壁之间。以此，电推进器产生的高能离子所形成的羽流主要冲击在正面束流挡靶上，并在第一钛材折板上进行反射作用，消耗了大部分高能离子的能量，但仍有部分高能离子被反射至周面防溅射屏上，经由周面防溅射屏的缓冲作用，进一步削弱了高能离子的能量，暗区束流挡靶则基本将剩余的高能离子能量吸收殆尽，这既有效保护了夹层中的热沉、冷板等设备，也保护了电推进试验防羽流溅射系统内部的设备(比如电推进器等)。
作为优选，所述电推进试验防羽流溅射系统还具备低温泵；所述低温泵至少包括冷板以及冷头，并且冷板位于后区夹层中。原因在于该处惰性气体离子(即高能离子)能量较低，而所述冷板用于吸附惰性气体离子，保证真空容器的真空度，有严格的控温要求，若惰性气体离子具备较高能量，则将对冷板控温造成扰动，容易引起系统的不稳定。
作为优选，所述正面束流挡靶呈圆盘形，第一支架至少包括正面钛板、第一骨架以及第一安装板；所述第一骨架由骨架主体、钛板固定板相互焊接而成；所述骨架主体由骨架前板、骨架侧板、骨架后板以及圆钢管焊接而成，骨架前板与骨架后板为中空不锈钢圆板，骨架侧板为不锈钢板卷制而成的圆筒；所述正面钛板为中空圆板，厚度不超过2MM，固定联接在骨架前板上。
作为优选，所述第一支架还具备背面钛板，其为圆形薄板，厚度不超过2MM，并紧挨骨架后板设置。设置背面钛板的目的是：防止小部分高能离子经第一钛材折板反射后逃逸至前区夹层，能更有效保护前区夹层中的设备(比如大门热沉)。
作为优选，所述第一钛材折板具备第一折边、第二折边以及第三折边；所述第一折边上布置有安装孔，第一折边与第二折边的夹角为A，第二折边与第三折边的夹角为B，并且140°≤A≤160°，110°≤A≤130°。进一步的，若干个长度不一的第一钛材折板通过螺栓紧固在第一支架上，使得正面束流挡靶呈百叶窗式结构；一般情况下正面束流挡靶正中间开设有正面观察孔。
作为优选，所述大门热沉为胀板式热沉，其至少包括前换热板、后换热板以及导热介质管道；前换热板比后换热板厚度大，加工时，后换热板呈鼓胀状态，增强胀板式热沉的换热效率。
作为优选，所述暗区束流挡靶呈伞状结构，其由第二钛材折板与第二支撑骨架固定联接而成。进一步的，暗区束流挡靶中心开设有背面观察孔。
作为优选，所述第二支撑骨架由周向肋板与径向肋板相互焊接而成，呈空心圆台形结构；所述第二钛材折板沿圆台母线方向布置，其具备第四折边、第五折边以及第六折边，并且第四折边上开设通孔。
本发明的优点和积极效果是：一种电推进试验防羽流溅射系统，至少包括正面束流挡靶、周面防溅射屏以及暗区束流挡靶，三者所围成的腔体近似封闭，并与真空容器形成夹层，而电推进器位于所述腔体中，大门热沉、冷板等设备位于夹层中；以此，电推进器产生的高能离子所形成的羽流主要冲击在正面束流挡靶上，消耗了大部分高能离子的能量，但仍有部分高能离子被反射至周面防溅射屏上，经由周面防溅射屏的缓冲作用，进一步削弱了高能离子的能量，暗区束流挡靶则基本将剩余的高能离子能量吸收殆尽，有效保护真空容器内的设备(包括电推进器、大门热沉、冷板等)。
附图说明
图1示出本发明下电推进试验防羽流溅射系统应用场景；
图2示出本发明下正面束流挡靶第一方向结构示意图；
图3示出本发明下正面束流挡靶局部结构及其安装效果图；
图4示出本发明下第一骨架主视图；
图5示出本发明下第一骨架焊接示意图；
图6示出本发明下正面钛板结构示意图；
图7示出本发明下第一钛材折板截面图；
图8示出本发明下正面束流挡靶第二方向结构示意图；
图9示出本发明下暗区束流挡靶结构示意图；
图10示出本发明下第二支撑骨架结构示意图；
图11示出本发明下第二钛材折板结构示意图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
为避免概念混乱，现对羽流、高能离子、惰性气体离子进行解释，电推进器通过电离方式，将惰性气体电离，并将惰性气体离子喷射出去，使得电推进器产生推力，喷射出去的惰性气体离子即为高能离子，高能离子流即为羽流。
如图1所示，一种电推进试验防羽流溅射系统，置于真空容器(70)内，其特征在于：至少包括正面束流挡靶(2)、周面防溅射屏(3)以及暗区束流挡靶(4)，三者所围成的腔体接近于封闭，并与真空容器(70)形成夹层(50)；而电推进器(80)位于所述腔体中，也就是说，所述电推进试验防羽流系统以接近于全包围形式布置在电推进器(80)的周边；所述正面束流挡靶(2)布置在电推进器(80)前侧，并与大门热沉(1)相联接，其由第一钛材折板(21)、第一支架(22)螺接而成，暗区束流挡靶(4)布置在电推进器(80)后侧；所述周面防溅射屏(3)呈圆筒型，位于正面束流挡靶(2)、暗区束流挡靶(4)之间，固定在真空容器(70)内壁上；所述夹层(50)包括前区夹层(501)、中区夹层(502)以及后区夹层(503)，前区夹层位于正面束流挡靶与真空容器壁之间，中区夹层位于周面防溅射屏与真空容器壁之间，后区夹层位于暗区束流挡靶与真空容器壁之间。以此，电推进器(80)产生的高能离子(90)所形成的羽流主要冲击在正面束流挡靶(2)上，并在第一钛材折板上进行反射作用，消耗了大部分高能离子的能量，但仍有部分高能离子被反射至周面防溅射屏上，经由周面防溅射屏的缓冲作用，进一步削弱了高能离子的能量，暗区束流挡靶则基本将剩余的高能离子能量吸收殆尽，这既有效保护了夹层中的热沉、冷板等设备，也保护了电推进试验防羽流溅射系统内部的设备(比如电推进器等)。
作为优选，如图1所示，所述电推进试验防羽流溅射系统还具备低温泵(5)；所述低温泵(5)至少包括冷板(51)以及冷头(52)，并且冷板(51)位于后区夹层(503)中。原因在于该处惰性气体离子(即高能离子)能量较低，而所述冷板用于吸附惰性气体离子，保证真空容器的真空度，有严格的控温要求，若惰性气体离子具备较高能量，则将对冷板控温造成扰动，容易引起系统的不稳定。
作为优选，如图2至图6所示，所述正面束流挡靶(2)呈圆盘形，第一支架(22)至少包括正面钛板(221)、第一骨架(222)以及第一安装板(224)；所述第一骨架(222)由骨架主体(2220)、钛板固定板(2221)相互焊接而成；所述骨架主体(2220)由骨架前板(2222)、骨架侧板(2223)、骨架后板(2224)以及圆钢管(2225)焊接而成，骨架前板与骨架后板为中空不锈钢圆板，骨架侧板为不锈钢板卷制而成的圆筒；所述正面钛板(221)为中空圆板，厚度不超过2MM，固定联接在骨架前板(2222)上。
作为优选，如图1、图2、图3、图5和图8所示，所述第一支架(22)还具备背面钛板(223)，其为圆形薄板，厚度不超过2MM，并紧挨骨架后板(2224)设置。设置背面钛板的目的是：防止小部分高能离子经第一钛材折板反射后逃逸至前区夹层(501)，能更有效保护前区夹层(501)中的设备(比如大门热沉)。
作为优选，如图7所示，所述第一钛材折板具备第一折边(211)、第二折边(212)、第三折边(213)；所述第一折边上布置有安装孔(2110)，第一折边与第二折边的夹角为A，第二折边与第三折边的夹角为B，并且140°≤A≤160°，110°≤A≤130°。
进一步的，如图2、图3以及图7所示，若干个长度不一的第一钛材折板(21)通过螺栓紧固在第一支架(22)上，使得正面束流挡靶呈百叶窗式结构；一般情况下正面束流挡靶正中间开设有正面观察孔(100)。
作为优选，如图1以及图3所示，所述大门热沉(1)为胀板式热沉，其至少包括前换热板(13)、后换热板(12)以及导热介质管道(11)；前换热板比后换热板厚度大，加工时，后换热板呈鼓胀状态，增强胀板式热沉的换热效率。
作为优选，如图1以及图9所示，所述暗区束流挡靶(4)呈伞状结构，其由第二钛材折板(41)与第二支撑骨架(42)固定联接而成。进一步的，暗区束流挡靶(4)中心开设有背面观察孔(200)。
作为优选，如图10以及图11所示，所述第二支撑骨架(42)由周向肋板(421)与径向肋板(422)相互焊接而成，呈空心圆台形结构；所述第二钛材折板(41)沿圆台母线方向布置，其具备第四折边(411)、第五折边(412)、第六折边(413)，并且第四折边上开设通孔。
本发明的优点和积极效果是：一种电推进试验防羽流溅射系统，至少包括正面束流挡靶、周面防溅射屏以及暗区束流挡靶，三者所围成的腔体近似封闭，并与真空容器形成夹层，而电推进器位于所述腔体中，大门热沉、冷板等设备位于夹层中；以此，电推进器产生的高能离子所形成的羽流主要冲击在正面束流挡靶上，消耗了大部分高能离子的能量，但仍有部分高能离子被反射至周面防溅射屏上，经由周面防溅射屏的缓冲作用，进一步削弱了高能离子的能量，暗区束流挡靶则基本将剩余的高能离子能量吸收殆尽，有效保护真空容器内的设备(包括电推进器、大门热沉、冷板等)。
本发明不局限于上述实施例，不能一一例举，凡采用本发明已指出的设计方式或者设计思路，均应认为在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电推进试验防羽流溅射系统，置于真空容器(70)内，其特征在于：至少包括正面束流挡靶(2)、周面防溅射屏(3)以及暗区束流挡靶(4)，三者所围成的腔体接近于封闭，并与真空容器(70)形成夹层(50)；而电推进器(80)位于所述腔体中，也就是说，所述电推进试验防羽流系统以接近于全包围形式布置在电推进器(80)的周边；所述正面束流挡靶(2)布置在电推进器(80)前侧，并与大门热沉(1)相联接，其由第一钛材折板(21)、第一支架(22)螺接而成，暗区束流挡靶(4)布置在电推进器(80)后侧；所述周面防溅射屏(3)呈圆筒型，位于正面束流挡靶、暗区束流挡靶之间，固定在真空容器内壁上；所述夹层(50)包括前区夹层(501)、中区夹层(502)以及后区夹层(503)，前区夹层位于正面束流挡靶与真空容器壁之间，中区夹层位于周面防溅射屏与真空容器壁之间，后区夹层位于暗区束流挡靶与真空容器壁之间。
2.根据权利要求1所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述电推进试验防羽流溅射系统还具备低温泵(5)；所述低温泵(5)至少包括冷板(51)以及冷头(52)，并且冷板(51)位于后区夹层(503)中。
3.根据权利要求1所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述正面束流挡靶(2)呈圆盘形，第一支架(22)至少包括正面钛板(221)、第一骨架(222)以及第一安装板(224)；所述第一骨架(222)由骨架主体(2220)、钛板固定板(2221)相互焊接而成；所述骨架主体(2220)由骨架前板(2222)、骨架侧板(2223)、骨架后板(2224)以及圆钢管(2225)焊接而成，骨架前板与骨架后板为中空不锈钢圆板，骨架侧板为不锈钢板卷制而成的圆筒；所述正面钛板(221)为中空圆板，厚度不超过2MM，固定联接在骨架前板(2222)上。
4.根据权利要求3所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述第一支架还具备背面钛板(223)，其为圆形薄板，厚度不超过2MM，并紧挨骨架后板(2224)设置。
5.根据权利要求1所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述第一钛材折板具备第一折边(211)、第二折边(212)、第三折边(213)；所述第一折边上布置有安装孔，第一折边与第二折边的夹角为A，第二折边与第三折边的夹角为B，并且140°≤A≤160°，110°≤A≤130°。
6.根据权利要求5所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：若干个长度不一的第一钛材折板(21)通过螺栓紧固在第一支架(22)上，使得正面束流挡靶呈百叶窗式结构。
7.根据权利要求1所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述大门热沉为胀板式热沉，其至少包括前换热板(13)、后换热板(12)以及导热介质管道(11)；前换热板比后换热板厚度大，加工时，后换热板呈鼓胀状态，增强胀板式热沉的换热效率。
8.根据权利要求1所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述暗区束流挡靶(4)呈伞状结构，其由第二钛材折板(41)与第二支撑骨架(42)固定联接而成。
9.根据权利要求8所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述第二支撑骨架(42)由周向肋板(421)与径向肋板(422)相互焊接而成，呈空心圆台形结构。
10.根据权利要求9所述的一种电推进试验防羽流溅射系统，其特征在于：所述第二钛材折板(41)沿圆台母线方向布置，其具备第四折边(411)、第五折边(412)、第六折边(413)，并且第四折边上开设通孔。
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