本技術(shù)屬于空間電推進(jìn)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種場反等離子體推進(jìn)器。

背景技術(shù)：

1、大功率電推進(jìn)器些推進(jìn)器具有比沖高、推力大、壽命長等顯著優(yōu)勢，能夠大幅節(jié)省推進(jìn)劑，提高任務(wù)的可實(shí)現(xiàn)性，并滿足不同空間任務(wù)階段對推進(jìn)性能的不同需求，是目前各國研究的重點(diǎn)方向之一。

2、目前，國際上高功率電推進(jìn)重點(diǎn)聚焦電磁加速的技術(shù)路線，基于場反θ箍縮（field-reversed?theta-pinch，frtp）的場反等離子體推進(jìn)器是從可控核聚變裝置演變而來的一種推進(jìn)器，已有較多的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成原理基本明確，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。與基于旋轉(zhuǎn)磁場（rotating?magnetic?field，rmf）線圈的場反等離子體推進(jìn)器相比，利用場反θ箍縮可以直接驅(qū)動等離子體電流，提高場反等離子體的形成效率。但目前的frtp中反向偏置支路和場反支路一般共用同一個(gè)線圈，導(dǎo)致兩個(gè)放電支路之間耦合明顯，限制了放電參數(shù)的提高。另外一方面，目前的frtp通常采用續(xù)流放電模式，電容儲能在續(xù)流階段完全消耗，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率較低。因此，有必要對推進(jìn)器的線圈結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式進(jìn)行改進(jìn)，保證推進(jìn)器的推進(jìn)參數(shù)符合預(yù)期，充分發(fā)揮空間電推進(jìn)技術(shù)高比沖、高效率的優(yōu)勢。

3、專利文獻(xiàn)cn?118188372?a公開一種基于永磁技術(shù)的場反等離子體推進(jìn)器，其公開了永磁體和導(dǎo)磁材料相間設(shè)置的方案，利用永磁體產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)偏置磁場，場反線圈用于產(chǎn)生主磁場，雖然可以避免上述兩組線圈放電回路之間耦合嚴(yán)重的問題，但是產(chǎn)生所需大小的偏置磁場需要的永磁體體積較大，重量較高，且永磁體內(nèi)的渦流損耗也會降低推進(jìn)器的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本技術(shù)的目的在于提供一種場反等離子體推進(jìn)器，旨在解決現(xiàn)有rmf場反等離子體推進(jìn)器推力小、效率低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本技術(shù)提供了一種場反等離子體推進(jìn)器，包括：第一線圈和第二線圈；

3、所述第一線圈和第二線圈同軸徑向嵌套設(shè)置；

4、所述第一線圈和第二線圈被先后以不同電流方向放電，分別產(chǎn)生磁場方向相反的第一磁場和第二磁場，所述第一磁場和第二磁場用于作用于預(yù)電離的等離子體，形成場反等離子體，且所述第二磁場作用于所述場反等離子體，使其加速噴出；所述預(yù)電離的等離子體設(shè)置在第一線圈和第二線圈中嵌套在內(nèi)側(cè)的線圈的軸內(nèi)間隙。

5、現(xiàn)有技術(shù)中往往采用兩個(gè)回路向一組線圈放電的方案，但兩個(gè)放電回路之間會產(chǎn)生明顯的耦合，不利于放電參數(shù)的提高。本技術(shù)提出的將一組線圈一分為二，同時(shí)搭配兩個(gè)獨(dú)立的放電回路，很大程度上避免兩個(gè)回路的相互影響，提升了推進(jìn)器的推進(jìn)性能。

6、在一些實(shí)施例中，上述場反等離子體推進(jìn)器還包括：第一放電模塊和第二放電模塊；

7、所述第一放電模塊連接第一線圈，用于向第一線圈放電；

8、所述第二放電模塊連接第二線圈，用于向第二線圈放電。

9、在一些實(shí)施例中，所述第一放電模塊，包括：第一電容器組；所述第一電容器組與第一線圈串聯(lián)；

10、所述第二放電模塊，包括：第二電容器組；所述第二電容器組與第二線圈串聯(lián)；

11、當(dāng)所述第一電容器組向第一線圈放電結(jié)束后，所述第一電容器組被第一線圈的續(xù)流反向充電；

12、當(dāng)所述第二電容器組向第二線圈放電結(jié)束后，所述第二電容器組被第二線圈的續(xù)流反向充電；

13、上述第一電容器組和第二電容器組被反向充電后，當(dāng)所述第一電容器組和第二電容器組被反向補(bǔ)充完相應(yīng)的放電能量損失后，所述第一放電模塊和第二放電模塊，用于分別向第一線圈和第二線圈進(jìn)行下一個(gè)周期的放電，以分別產(chǎn)生磁場方向相比上一個(gè)周期反向的第一磁場和第二磁場，作用于預(yù)電離的等離子體使其加速噴出。

14、本技術(shù)提出的雙向放電的推進(jìn)方案可以在每個(gè)推進(jìn)周期完成后，通過電容的反向充電回收電路中剩余的能量，在下一次放電時(shí)只需再次充電，補(bǔ)充第一次放電中消耗的能量即可再次放電，有效地提高了系統(tǒng)效率，提高了推進(jìn)器效率。

15、在一些實(shí)施例中，在單個(gè)周期的放電時(shí)，所述第一線圈和第二線圈均被單向放電；一個(gè)周期的放電包括一次第一線圈被放電和一次第二線圈被放電。

16、在一些實(shí)施例中，所述第一放電模塊，還包括：電感；所述電感與第一線圈串聯(lián)；和/或所述第二線圈為θ箍縮線圈。

17、在一些實(shí)施例中，所述第一放電模塊，還包括：第一開關(guān)組和第二開關(guān)組；

18、所述第二放電模塊，還包括：第三開關(guān)組和第四開關(guān)組；

19、上述第一開關(guān)組至第四開關(guān)組均包括：晶閘管和二極管，所述晶閘管和二極管反向并聯(lián)；第一開關(guān)組和第二開關(guān)組中晶閘管的導(dǎo)通方向相反，第三開關(guān)組和第四開關(guān)組中晶閘管的導(dǎo)通方向相反；

20、在進(jìn)行上一個(gè)周期的放電和對應(yīng)的反向充電時(shí)，第一開關(guān)組和第二開關(guān)組中一個(gè)開關(guān)組的晶閘管打開，另一個(gè)開關(guān)組的晶閘管關(guān)閉；第三開關(guān)組和第四開關(guān)組中一個(gè)開關(guān)組的晶閘管打開，另一個(gè)開關(guān)組的晶閘管關(guān)閉；

21、在進(jìn)行下一個(gè)周期的放電和對應(yīng)的反向充電時(shí)，第一開關(guān)組和第二開關(guān)組中另一個(gè)開關(guān)組的晶閘管打開，一個(gè)開關(guān)組的晶閘管關(guān)閉；第三開關(guān)組和第四開關(guān)組中另一個(gè)開關(guān)組的晶閘管打開，一個(gè)開關(guān)組的晶閘管關(guān)閉。

22、在一些實(shí)施例中，所述第一開關(guān)組、第二開關(guān)組與第一電容器組以及第一線圈串聯(lián)；

23、所述第三開關(guān)組、第四開關(guān)組與第二電容器組和第二線圈串聯(lián)。

24、第二方面，本技術(shù)提供了一種場反等離子體推進(jìn)方法，包括：

25、向第一線圈放電，產(chǎn)生第一磁場；

26、之后向第二線圈進(jìn)行電流方向相反的放電，產(chǎn)生與所述第一磁場方向相反的第二磁場；所述第一線圈和第二線圈同軸徑向嵌套設(shè)置；所述第一磁場和第二磁場用于作用于預(yù)電離的等離子體，形成場反等離子體，且所述第二磁場作用于所述場反等離子體，使其加速噴出；所述預(yù)電離的等離子體設(shè)置在第一線圈和第二線圈中嵌套在內(nèi)側(cè)的線圈的軸內(nèi)間隙。

27、在一些實(shí)施例中，通過第一電容器組向第一線圈放電，通過第二電容器組向第二線圈放電；

28、當(dāng)向第一線圈放電結(jié)束后，控制第一電容器組被第一線圈的續(xù)流反向充電；

29、當(dāng)向第二線圈放電結(jié)束后，控制第二電容器組被第二線圈的續(xù)流反向充電；

30、在所述第一電容器組和第二電容器組被反向充電后，向第一電容器組和第二電容器組反向補(bǔ)充完相應(yīng)的放電能量損失；

31、之后通過第一電容器組和第二電容器組分別向第一線圈和第二線圈進(jìn)行下一個(gè)周期的放電，以分別產(chǎn)生磁場方向相比上一個(gè)周期反向的第一磁場和第二磁場，作用于預(yù)電離的等離子體使其加速噴出。

32、在一些實(shí)施例中，每個(gè)周期的放電均為單向放電，一個(gè)周期的放電包括一次向第一線圈放電和一次向第二線圈放電。

33、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

34、本技術(shù)提供一種場反等離子體推進(jìn)器，在現(xiàn)有的場反等離子體推進(jìn)器設(shè)計(jì)中，往往采用反向偏置回路和場反回路向一組線圈放電的方案，但兩個(gè)放電回路之間放電方向相反，且兩個(gè)回路之間有直接的電路連接，會產(chǎn)生明顯的耦合，不利于放電參數(shù)的提高。本技術(shù)提出的將一組線圈一分為二，同時(shí)搭配兩個(gè)獨(dú)立的放電回路，很大程度上避免兩個(gè)回路的相互影響，提升了推進(jìn)器的推進(jìn)性能。

35、本技術(shù)提供一種場反等離子體推進(jìn)器，在傳統(tǒng)的場反等離子體推進(jìn)器設(shè)計(jì)中，場反回路的觸發(fā)多采用普通的觸發(fā)器以及相應(yīng)的續(xù)流支路。在完成一次推進(jìn)過程后，電路中剩余的能量會在續(xù)流支路中消耗殆盡，這會降低推進(jìn)器的推進(jìn)效率。本技術(shù)可以通過將一組線圈拆分為兩組獨(dú)立的線圈并分別配備獨(dú)立的放電回路進(jìn)行放電，避免兩個(gè)回路間的相互影響，降低放電模塊設(shè)計(jì)難度，同時(shí)提升推進(jìn)器的推進(jìn)性能。進(jìn)一步地，本技術(shù)提出的使用兩組晶閘管和反并聯(lián)二極管的開關(guān)組方案，充分利用了晶閘管的導(dǎo)通特性，可以避免傳統(tǒng)方案中推進(jìn)過程結(jié)束后回路中震蕩放電的問題，在放電半個(gè)周期后，晶閘管沒有正向偏置停止導(dǎo)通，避免了持續(xù)震蕩的能量損耗過程，有助于提高推進(jìn)器脈沖放電的效率。

36、本技術(shù)提供一種場反等離子體推進(jìn)器，在傳統(tǒng)的場反等離子體推進(jìn)器的設(shè)計(jì)中，電容的正負(fù)極固定，電路中電流的方向固定，每次放電都會完全耗盡電容中存儲的能量。但是，電容中的能量僅有一部分用于推進(jìn)，大部分能量都被消耗在推進(jìn)過程結(jié)束后的震蕩過程中。本技術(shù)提出的雙向放電的推進(jìn)方案可以在每個(gè)推進(jìn)過程完成后，通過電容的反向充電回收電路中剩余的能量，在下一次放電時(shí)只需再次充電，補(bǔ)充第一次放電中消耗的能量即可再次放電，有效地提高了系統(tǒng)效率，提高了推進(jìn)器效率。

37、本技術(shù)提供一種場反等離子體推進(jìn)器，當(dāng)采用基于場反θ箍縮的場反等離子體推進(jìn)器方案時(shí)，能夠通過場反線圈直接驅(qū)動等離子體電流，提高了場反等離子體的形成效率，有利于提高推進(jìn)器的效率。提高了能量的利用效率，應(yīng)用于空間推進(jìn)項(xiàng)目中，進(jìn)一步提升空間電推進(jìn)裝置高效率的優(yōu)勢。