空间科学与技术研究丛书 空间电推进测试与评价技术 李得天，张天平，张伟文，郭宁，杨生胜 编著 2017年版
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资料介绍
空间科学与技术研究丛书 空间电推进测试与评价技术
作者：李得天，张天平，张伟文，郭宁，杨生胜 编著
出版时间：2017年版
丛编项： 国之重器出版工程
内容简介
电推进是先进的空间推进技术，航天器应用电推进可以大幅节约推进剂使用量，显著提高航天器有效载荷比，是否应用电推进正成为衡量航天器先进性和竞争力的重要标志。对电推进进行系统、准确的测试与评价是应用电推进的前提。根据上述需求，作者在总结国外电推进测试与评价技术的基础上，根据自身实践完成本书撰写，重点介绍了空间电推进测试与评价相关技术。全书分为9章，第1章介绍了空间电推进基础知识；第2～4章介绍了电推力器性能、寿命的试验与评估技术以及力、热特性分析与测试评价技术；第5章介绍了电推力器关键部组件测试与评价技术；第6～7章介绍了电推进羽流特性及其效应测试与评价技术、电推进电磁兼容性试验技术；第8章介绍了推进剂流量控制与校准技术；第9章介绍了电推进试验设备系统。本书偏重于工程技术内容介绍，实用性强，适合从事与电推进技术工作相关的工程技术人员、科研人员使用，亦可供大专院校相关专业的师生阅读。
目录
第1章 空间电推进基础知识 001
1．1 电推进简介 002
1．1．1 电推进的基本概念与分类 002
1．1．2 典型电推进简介 004
1．1．3 电推力器主要性能参数 009
1．2 电推进发展概述及典型应用 015
1．2．1 电推进技术发展 015
1．2．2 电推进应用进展 015
1．2．3 深空探测领域典型应用 017
1．2．4 地球轨道卫星领域典型应用 021
1．3 电推进测试技术概要 024
1．3．1 电推进测试工作的必要性 024
1．3．2 电推进测试的内容及范畴 024
1．3．3 电推进测试的作用及意义 025
参考文献 025
第2章 电推力器性能测试与评价技术 029
2．1 电推力器性能及束流特性测试概述 030
2．1．1 电推力器主要性能参数测试 030
2．1．2 离子推力器束流特性及测试 031
2．2 电推进微小推力测试 035
2．2．1 推力测量的必要性 035
2．2．2 扭转式推力测量方法 035
2．2．3 摆式推力测量方法 038
2．3 电推进束流分布测试 042
2．3．1 束流分布测试原理 042
2．3．2 束流分布测试装置实例 051
2．3．3 典型实例束流分布测试结果与分析 058
2．4 双荷离子比例测试 062
2．4．1 测试原理 062
2．4．2 测试装置及测试方法 066
2．4．3 测试结果与分析 068
参考文献 071
第3章 电推力器寿命验证试验与评估技术 075
3．1 概述 076
3．2 寿命试验技术 077
3．2．1 试验方法 077
3．2．2 试验系统组成 079
3．2．3 试验流程 080
3．2．4 性能变化诊断测试项目 084
3．3 寿命试验实例 085
3．3．1 NSTAR离子推力器分阶段的寿命扩展试验 086
3．3．2 NEXT离子推力器寿命试验 086
3．3．3 XIPS?13和XIPS?25离子推力器寿命试验 088
3．3．4 ETS?VI离子推力器寿命试验情况 089
3．3．5 ??10离子推力器寿命试验 092
3．3．6 RITA推力器寿命试验 092
3．4 寿命评估 094
3．4．1 失效模式及失效判据 094
3．4．2 寿命模型 096
3．4．3 寿命评估方法与流程 106
3．4．4 寿命分析评估实例 110
参考文献 113
第4章 电推力器力、热特性分析与测试评价技术 119
4．1 力学特性分析与测试评价技术 120
4．1．1 电推力器力学特性要求 120
4．1．2 离子推力器力学仿真分析方法 122
4．1．3 离子推力器力学试验方法 129
4．1．4 离子推力器力学试验与仿真结果的对比分析 133
4．1．5 总结 135
4．2 热特性分析与测试评价技术 136
4．2．1 电推力器热特性评价需求 136
4．2．2 30 cm离子推力器栅极组件热形变位移分析 137
4．2．3 三栅极组件热形变位移对离子引出过程的影响分析 145
4．2．4 离子推力器热真空试验方法 160
参考文献 164
第5章 电推力器关键部组件测试与评价技术 169
5．1 空心阴极测试与评价技术 170
5．1．1 空心阴极的结构及工作原理 170
5．1．2 性能测试装置 172
5．1．3 点火启动特性测试与评价技术 176
5．1．4 稳态放电特性测试与评价技术 178
5．1．5 寿命试验与评价技术 185
5．2 栅极组件测试技术 186
5．2．1 栅极组件的结构与工作原理 186
5．2．2 主要几何参数及其测量方法 187
5．2．3 主要性能参数及其测试方法 191
参考文献 197
第6章 电推进羽流效应测试与评价技术 207
6．1 羽流等离子体模型与数值计算方法 208
6．1．1 电推进羽流的组成成分 208
6．1．2 电推进羽流的动力学模型 209
6．1．3 粒子运动的相关数值模拟方法 214
6．1．4 粒子碰撞数值模拟方法 216
6．2 羽流等离子体诊断测量技术 219
6．2．1 电推进羽流LP探针诊断 220
6．2．2 电推进羽流Faraday探针诊断 233
6．2．3 电推进羽流RPA探针诊断 236
6．2．4 电推进羽流污染QCM诊断 241
6．2．5 电推进羽流发射光谱诊断技术 247
6．3 羽流等离子体效应评价 248
6．3．1 羽流等离子体概述 248
6．3．2 溅射与沉积 249
6．3．3 充放电效应 267
参考文献 276
第7章 电推进电磁兼容性试验技术 281
7．1 电推进电磁兼容性试验的必要性及特殊性 282
7．1．1 电推进电磁兼容性试验的必要性 282
7．1．2 电推进电磁兼容性试验的特殊性 282
7．2 电推进EMC试验装置 283
7．2．1 电推进EMC试验装置组成 283
7．2．2 透波舱 284
7．2．3 电波暗室 285
7．2．4 仪器仪表 285
7．3 电推进EMC试验流程 286
7．3．1 试验布局 286
7．3．2 试验流程 287
7．3．3 试验数据处理与分析 289
7．4 离子电推进电磁兼容性试验 291
7．4．1 美国深空一号30 cm离子电推进电磁兼容性试验 291
7．4．2 日本MUSES?C的12 cm离子电推进电磁兼容性
试验 292
7．4．3 ARTEMIS卫星离子电推进电磁兼容性试验 295
7．4．4 国内LIPS?200/300离子电推进电磁兼容性试验 298
7．5 霍尔电推进电磁兼容性试验 304
7．5．1 美国SPT?100电推进电磁兼容性试验 304
7．5．2 美国SPT?140霍尔电推进电磁干扰试验 312
7．5．3 国内霍尔电推进电磁兼容性试验 313
参考文献 315
第8章 推进剂流量控制与校准技术 317
8．1 推进剂流量控制技术 318
8．1．1 流量控制方法与原理 319
8．1．2 流量控制装置 322
8．1．3 应用实例 328
8．2 推进剂流量校准技术 333
8．2．1 校准原理 333
8．2．2 推进剂流量校准装置 335
8．2．3 校准结果及分析 337
参考文献 343
第9章 电推进试验设备系统 345
9．1 概述 346
9．1．1 电推进试验项目 346
9．1．2 电推进试验设备组成及功能简介 347
9．2 典型电推进试验设备系统 348
9．2．1 电推进性能试验设备 348
9．2．2 电推进寿命考核及可靠性验证试验设备 350
9．2．3 电推进热真空试验设备 351
9．2．4 电推进地面联试试验设备 351
9．3 电推进试验设备设计 352
9．3．1 布局设计 352
9．3．2 真空舱设计 352
9．3．3 抽气系统设计 356
9．3．4 供气系统设计 358
9．3．5 温控装置设计 359
9．3．6 测量控制系统设计 361
9．3．7 等离子体影响防护设计 364
9．4 电推进试验设备实例 365
9．4．1 美国电推进试验设备 365
9．4．2 我国典型电推进试验设备 368
参考文献 372
索引 373
作者：李得天，张天平，张伟文，郭宁，杨生胜 编著
出版时间：2017年版
丛编项： 国之重器出版工程
内容简介
电推进是先进的空间推进技术，航天器应用电推进可以大幅节约推进剂使用量，显著提高航天器有效载荷比，是否应用电推进正成为衡量航天器先进性和竞争力的重要标志。对电推进进行系统、准确的测试与评价是应用电推进的前提。根据上述需求，作者在总结国外电推进测试与评价技术的基础上，根据自身实践完成本书撰写，重点介绍了空间电推进测试与评价相关技术。全书分为9章，第1章介绍了空间电推进基础知识；第2～4章介绍了电推力器性能、寿命的试验与评估技术以及力、热特性分析与测试评价技术；第5章介绍了电推力器关键部组件测试与评价技术；第6～7章介绍了电推进羽流特性及其效应测试与评价技术、电推进电磁兼容性试验技术；第8章介绍了推进剂流量控制与校准技术；第9章介绍了电推进试验设备系统。本书偏重于工程技术内容介绍，实用性强，适合从事与电推进技术工作相关的工程技术人员、科研人员使用，亦可供大专院校相关专业的师生阅读。
目录
第1章 空间电推进基础知识 001
1．1 电推进简介 002
1．1．1 电推进的基本概念与分类 002
1．1．2 典型电推进简介 004
1．1．3 电推力器主要性能参数 009
1．2 电推进发展概述及典型应用 015
1．2．1 电推进技术发展 015
1．2．2 电推进应用进展 015
1．2．3 深空探测领域典型应用 017
1．2．4 地球轨道卫星领域典型应用 021
1．3 电推进测试技术概要 024
1．3．1 电推进测试工作的必要性 024
1．3．2 电推进测试的内容及范畴 024
1．3．3 电推进测试的作用及意义 025
参考文献 025
第2章 电推力器性能测试与评价技术 029
2．1 电推力器性能及束流特性测试概述 030
2．1．1 电推力器主要性能参数测试 030
2．1．2 离子推力器束流特性及测试 031
2．2 电推进微小推力测试 035
2．2．1 推力测量的必要性 035
2．2．2 扭转式推力测量方法 035
2．2．3 摆式推力测量方法 038
2．3 电推进束流分布测试 042
2．3．1 束流分布测试原理 042
2．3．2 束流分布测试装置实例 051
2．3．3 典型实例束流分布测试结果与分析 058
2．4 双荷离子比例测试 062
2．4．1 测试原理 062
2．4．2 测试装置及测试方法 066
2．4．3 测试结果与分析 068
参考文献 071
第3章 电推力器寿命验证试验与评估技术 075
3．1 概述 076
3．2 寿命试验技术 077
3．2．1 试验方法 077
3．2．2 试验系统组成 079
3．2．3 试验流程 080
3．2．4 性能变化诊断测试项目 084
3．3 寿命试验实例 085
3．3．1 NSTAR离子推力器分阶段的寿命扩展试验 086
3．3．2 NEXT离子推力器寿命试验 086
3．3．3 XIPS?13和XIPS?25离子推力器寿命试验 088
3．3．4 ETS?VI离子推力器寿命试验情况 089
3．3．5 ??10离子推力器寿命试验 092
3．3．6 RITA推力器寿命试验 092
3．4 寿命评估 094
3．4．1 失效模式及失效判据 094
3．4．2 寿命模型 096
3．4．3 寿命评估方法与流程 106
3．4．4 寿命分析评估实例 110
参考文献 113
第4章 电推力器力、热特性分析与测试评价技术 119
4．1 力学特性分析与测试评价技术 120
4．1．1 电推力器力学特性要求 120
4．1．2 离子推力器力学仿真分析方法 122
4．1．3 离子推力器力学试验方法 129
4．1．4 离子推力器力学试验与仿真结果的对比分析 133
4．1．5 总结 135
4．2 热特性分析与测试评价技术 136
4．2．1 电推力器热特性评价需求 136
4．2．2 30 cm离子推力器栅极组件热形变位移分析 137
4．2．3 三栅极组件热形变位移对离子引出过程的影响分析 145
4．2．4 离子推力器热真空试验方法 160
参考文献 164
第5章 电推力器关键部组件测试与评价技术 169
5．1 空心阴极测试与评价技术 170
5．1．1 空心阴极的结构及工作原理 170
5．1．2 性能测试装置 172
5．1．3 点火启动特性测试与评价技术 176
5．1．4 稳态放电特性测试与评价技术 178
5．1．5 寿命试验与评价技术 185
5．2 栅极组件测试技术 186
5．2．1 栅极组件的结构与工作原理 186
5．2．2 主要几何参数及其测量方法 187
5．2．3 主要性能参数及其测试方法 191
参考文献 197
第6章 电推进羽流效应测试与评价技术 207
6．1 羽流等离子体模型与数值计算方法 208
6．1．1 电推进羽流的组成成分 208
6．1．2 电推进羽流的动力学模型 209
6．1．3 粒子运动的相关数值模拟方法 214
6．1．4 粒子碰撞数值模拟方法 216
6．2 羽流等离子体诊断测量技术 219
6．2．1 电推进羽流LP探针诊断 220
6．2．2 电推进羽流Faraday探针诊断 233
6．2．3 电推进羽流RPA探针诊断 236
6．2．4 电推进羽流污染QCM诊断 241
6．2．5 电推进羽流发射光谱诊断技术 247
6．3 羽流等离子体效应评价 248
6．3．1 羽流等离子体概述 248
6．3．2 溅射与沉积 249
6．3．3 充放电效应 267
参考文献 276
第7章 电推进电磁兼容性试验技术 281
7．1 电推进电磁兼容性试验的必要性及特殊性 282
7．1．1 电推进电磁兼容性试验的必要性 282
7．1．2 电推进电磁兼容性试验的特殊性 282
7．2 电推进EMC试验装置 283
7．2．1 电推进EMC试验装置组成 283
7．2．2 透波舱 284
7．2．3 电波暗室 285
7．2．4 仪器仪表 285
7．3 电推进EMC试验流程 286
7．3．1 试验布局 286
7．3．2 试验流程 287
7．3．3 试验数据处理与分析 289
7．4 离子电推进电磁兼容性试验 291
7．4．1 美国深空一号30 cm离子电推进电磁兼容性试验 291
7．4．2 日本MUSES?C的12 cm离子电推进电磁兼容性
试验 292
7．4．3 ARTEMIS卫星离子电推进电磁兼容性试验 295
7．4．4 国内LIPS?200/300离子电推进电磁兼容性试验 298
7．5 霍尔电推进电磁兼容性试验 304
7．5．1 美国SPT?100电推进电磁兼容性试验 304
7．5．2 美国SPT?140霍尔电推进电磁干扰试验 312
7．5．3 国内霍尔电推进电磁兼容性试验 313
参考文献 315
第8章 推进剂流量控制与校准技术 317
8．1 推进剂流量控制技术 318
8．1．1 流量控制方法与原理 319
8．1．2 流量控制装置 322
8．1．3 应用实例 328
8．2 推进剂流量校准技术 333
8．2．1 校准原理 333
8．2．2 推进剂流量校准装置 335
8．2．3 校准结果及分析 337
参考文献 343
第9章 电推进试验设备系统 345
9．1 概述 346
9．1．1 电推进试验项目 346
9．1．2 电推进试验设备组成及功能简介 347
9．2 典型电推进试验设备系统 348
9．2．1 电推进性能试验设备 348
9．2．2 电推进寿命考核及可靠性验证试验设备 350
9．2．3 电推进热真空试验设备 351
9．2．4 电推进地面联试试验设备 351
9．3 电推进试验设备设计 352
9．3．1 布局设计 352
9．3．2 真空舱设计 352
9．3．3 抽气系统设计 356
9．3．4 供气系统设计 358
9．3．5 温控装置设计 359
9．3．6 测量控制系统设计 361
9．3．7 等离子体影响防护设计 364
9．4 电推进试验设备实例 365
9．4．1 美国电推进试验设备 365
9．4．2 我国典型电推进试验设备 368
参考文献 372
索引 373