為了對LHT-100 霍爾推力器放電震蕩進行抑制，研制了與推力器相匹配的放電震蕩抑制裝置。結(jié)合國內(nèi)外霍爾推力器放電震蕩研制背景，通過仿真分析和集成試驗兩種手段，對LHT-100 霍爾推力器放電震蕩情況進行了研究。根據(jù)試驗結(jié)果表明濾波參與下放電回路震蕩得到了有效抑制，為電推進系統(tǒng)穩(wěn)定工作提供了可靠保障。

　　霍爾推力器是電推進范疇的一種基本類型。其工作原理是分別將兩個半徑不同的陶瓷套管固定在同一軸線上組成了具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的等離子放電通道。陰極發(fā)射的電子進入通道后，在正交電磁場作用下將形成周向漂移，也稱霍爾漂移，大量電子在環(huán)形通道內(nèi)的漂移運動形成了霍爾電流。推進劑從氣體分配器注入推進器通道，中性原子同做漂移運動的電子發(fā)生碰撞電離成為離子。離子在霍爾推力器的電離區(qū)中產(chǎn)生，在電場的作用下加速，從通道噴出后產(chǎn)生推力。

　　自1971 年前蘇聯(lián)成功研制霍爾推力器以來，在霍爾推力器長期工作時，廣泛存在著幾Khz到幾Ghz 的等離子震蕩現(xiàn)象。世界各國致力于霍爾推力器的研究人員都對霍爾推力器中震蕩現(xiàn)象進行了廣泛研究。

　　本文針對霍爾推力器放電震蕩現(xiàn)象問題，分析了引入濾波模塊的必要性。通過仿真和設(shè)計研制出了專門的濾波單元，最終通過電源處理單元、濾波單元與霍爾推力器的地面集成試驗對霍爾推力器放電震蕩抑制效果進行了驗證。

　　1、霍爾推力器放電震蕩

　　等離子體振蕩現(xiàn)象在霍爾推力器放電過程中廣泛存在，從幾kHz 到幾GHz 不等，這些振蕩信號不但關(guān)系到霍爾推力器電源系統(tǒng)的設(shè)計，同時對霍爾推力器的傳導機制、離子束流、陶瓷壁面的腐蝕、放電穩(wěn)定性、衛(wèi)星通訊均有不同程度的影響，進而影響推力器的壽命、比沖和效率。由于霍爾推力器中等離子體振蕩現(xiàn)象關(guān)系到霍爾推力器放電的基礎(chǔ)物理過程且與其實際應(yīng)用息息相關(guān)，從霍爾推力器誕生起，關(guān)于霍爾推力器中等離子體振蕩問題的研究就從未停止過。

　　在霍爾推力器的工作過程中，觀察到了大規(guī)模的放電電流自發(fā)振蕩，振蕩頻率主要存在于10~100 kHz 之間，通常所說的霍爾推力器低頻振蕩，就是指這一振蕩。圖1 為蘭州空間技術(shù)物理研究所10 cm 口徑霍爾推力器地面性能測試試驗時截取的放電電流低頻振蕩情況，從中可以看出，放電電流振蕩較為明顯，頻率為5~20 KHZ，峰峰值達到了2.6 A。低頻振蕩幅值比較大，對推力器自身運行特性和電源設(shè)計有較大的影響，因此有必要投入很大的時間和精力研究低頻振蕩問題。

圖1 霍爾推力器放電電流低頻振蕩

　　研究人員提出各種模型來描述低頻振蕩，試圖闡述低頻振蕩產(chǎn)生的機理。在描述低頻振蕩的眾多機制當中，伴隨著10 kHz~30 kHz 頻率范圍之內(nèi)放電電流振蕩的呼吸振蕩機制無疑最為限制電源的設(shè)計。

　　目前對霍爾推力器各種振蕩模式的物理機理研究中，低頻振蕩由于其幅值較大，對霍爾推力器放電穩(wěn)定性和性能等影響較大，因此關(guān)于低頻振蕩的研究最早，成果也比較多。對于低頻振蕩的起因。同時伴隨這通道內(nèi)原子峰面的移動、離子電流的波動以及電離區(qū)位置不穩(wěn)定。目前，對霍爾推力器中低頻放電振蕩的物理過程相對比較清晰，但是仍然存在與低頻振蕩相關(guān)的基礎(chǔ)物理問題有待解決。對于低頻振蕩的抑制，可以通過提高推力器緩沖腔內(nèi)的預(yù)電離的方法，降低通道內(nèi)原子密度和離子密度的變化范圍，削弱通道內(nèi)電離過程的正反饋和負反饋的作用，從而減小低頻振蕩的幅度;也可通過回路原件(電感、電阻)的實際特性來控制低頻振蕩。

　　4、結(jié)論及展望

　　霍爾推力器是依靠電磁場對等離子體的作用獲得推力進行工作的，因此對于霍爾推力器產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象是不可避免的。這種低頻振蕩對霍爾推力器宏觀性能、PPU 設(shè)計及系統(tǒng)設(shè)計的影響較為明顯。

　　盡管如此，仍存在一些尚需進一步研究的推力器低頻振蕩問題。比如，外部電路、磁場位形和低頻振蕩相互影響的問題。通過改變外部電路參數(shù)，觀察低頻振蕩變化和外部電路對放電穩(wěn)定的作用。改變磁場位形的情況下低頻振蕩如何變化，以及低頻振對聚焦磁場位形是否存在破壞作用等。