Page 105 - 《真空与低温》2026年第1期

102 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

甚至纳秒量级。公式反映出，等离子体不稳定性发 以及电源处理单元内部器件损坏等现象。图 2（a）是
展极其迅速，且阳极电流在瞬间增长迅猛。 某霍尔推力器发生放电扰动瞬间捕捉到的画面，明
在各类型霍尔推力器真空点火试验时，均观测 亮的强光是推力器内部等离子体参数发生剧烈非
到沉积物脱落诱发的放电扰动以及扰动引起的大 平衡演化的直观体现。图 2（b）是某霍尔推力器发生
电流脉冲现象。放电扰动较小时，不会触发电源保 放电扰动瞬间捕捉到的示波器波形图，其中蓝色曲线
护关机，推力器仍正常工作；当放电扰动引发的电 为阳极电流，在发生放电扰动瞬间，阳极电流发生
流脉冲达到一定幅值和脉宽时会触发推力器熄火， 瞬时突变（从平均值 1.066 A 变化为峰峰值 6.48 A）。

（a）放电扰动瞬间捕捉到的亮斑 （b）放电扰动瞬间示波器波形

图 2 某霍尔推力器阳极电流扰动图像与扰动电流波形
Fig. 2 Disturbance image and waveform of anode current of Hall thruster

霍尔推力器工作过程中的放电扰动现象在国 器传导到原边一次母线端，造成 PPU 内部器件应
内外推力器产品试验中普遍存在，属于霍尔推力器 力损伤，甚至会通过电缆传递到卫星一次母线，引
的固有特性。目前国际上对霍尔推力器放电扰动 起一次母线产生瞬时超功率脉动大电流，威胁整星
的研究尚处初步阶段 [14-15] ，认知与分析以试验研究 安全，有针对性的举措显得十分必要。
为主，暂无有效抑制方法。 PPU 作为霍尔电推进分系统的重要组成部分，
试验表明，放电扰动引发的电流脉冲峰值脉宽 其主要功能是将航天器的一次功率母线电能转换
均为百微秒级，且峰值越高，峰值脉宽越窄。在霍 为霍尔推力器启动、工作所需的各种电压电流。
尔推力器工作初期（0～80 h）尽管溅射削蚀量较大， 同时具备故障保护与恢复功能，可以接收上位机指
沉积层增长速度快，但沉积层累积厚度较小，不易发 令执行开关机动作，并将 PPU 运行数据以遥测的
[16]
生剥落，干扰放电的频次低。推力器工作 80～500 h 形式发送给上位机 。针对放电扰动导致的瞬时
后，沉积层累积至一定厚度，开始出现沉积层剥落 大电流冲击，可以在 PPU 设计上增加多重保护。
诱发的放电扰动，严重时导致负载电流过大，超出 2.2 硬件保护

设定的过流保护点阈值，触发电源过流保护关机。 PPU 硬件电路设计上的多重保护措施，包括
当推力器累计工作时间达到 500～1 000 h 后，溅射 一次侧熔断器短路保护、控制芯片保护、过流保护
削蚀率下降，导致沉积速度下降，沉积层剥落引起 电路以及二次侧 V/I 保护等，PPU 硬件过流保护电
的放电扰动发生频次降低。 路组成电原理框图如图 3 所示。
（1）熔断器保护
2 PPU 针对大电流脉冲放电扰动的应对举措
熔断器保护是通过内部保险丝的过热熔断来
2.1 PPU 内部防护的必要性分析 实现，具有结构简单，成本低等优点。
由于推力器沉积层脱落的时机、大小等有一定 使用熔断器保护需参考熔断器保护特性（如
的随机性，放电扰动的出现、扰动大小也有一定的 图 4），结合 PPU 稳态工作时的母线电流进行合理
随机性。10～100 kHz 范围的低频振荡会对推力器 的选型，同时依据降额设计标准进行降额设计。一
产生不利影响，降低推力器效率，导致推力器工作 般采取多个熔断器并联的形式，熔断器可以通过选
[16]
不稳定，缩短霍尔推力器使用寿命 。瞬时大电流 用型号规格一致、生产批次一致、静态电阻相差小
冲击则会造成推力器熄火，同时通过 PPU 的变压 于 5% 等方法增强熔断器抗电流冲击能力。