Page 116 - 《真空与低温》2026年第1期

张天平等：空间电推进技术概览—演化电推进（下） 113

2019 年，中国国防科技大学开发了 500 J 脉冲 （3）真空弧推力器和磁增强真空弧推力器
能量推力器样机 [308] ，如图 84 所示，初步验证的等离 对真空弧（真空击穿）的研究始于 1920 年前后。
子体能量沉积效率高达 80%。乌克兰国家航天大 真空弧是指这样一种现象 [310] ：在真空环境下，在间
学提出了磁感应脉冲等离子体推力器（Magnetic In- 距适当的两电极（阴极和阳极）上施加不断增大的
ductive Pulse Plasma Thruster，MIPTT），工作原理为， 电压，当电压增大到某一临界值时，阴极材料表面
推进剂通过预电离和电感器（感应线圈）放电形成 突然出现斑点状弧光，两电极之间电压快速降低并
的等离子体在环向等离子体电流和径向磁场作用 伴有大电流导通。对于不同的阴极材料和供电电
下加速，增加螺旋线磁喷嘴的作用是防止等离子体 源特性，低电压大电流状态维持纳秒到微秒数量级
直接碰撞通道壁，同时具有等离子体加速功能，如 后，电弧熄灭、大电流也随之消失。真空弧的主要
图 85 所示 [309] 。 应用包括真空镀膜、真空弧离子源、真空电路开关
等 [310-311] ，2000 年后，微纳卫星（立方星）的兴起，带

动了真空弧推力器的技术开发。由于真空弧电离
发生在固体材料阴极表面，电弧尺寸为微米量级，
因此，推力器可以任意微型化，再加上通过脉冲方
式产生表面电弧，推力器只需瓦级功率即可工作，微
型化的小功率真空弧推力器特别适合纳卫星应用。
真空弧推力器（Vacuum Arc Thruster，VAT）又
称为微阴极弧推力器（Micro-Cathode Arc Thruster，

图 84 中国国防科大的 500 J 脉冲能量 PIT 推力器样机 μCAT），同轴型 VAT 的工作原理为，用脉冲方波控
Fig. 84 The 500 J pulsed energy PIT thruster prototype devel- 制半导体开关对电感储能元件 L 进行充放电控制，
oped by the National University of Defense Technology 电感电流的快速变化在推力器电极间形成高电压，

高压击穿阴极和阳极之间的小间隙，在阴极表面产
电感器
生真空电弧，电弧蒸发阴极材料形成高温蒸发气体，
等离子体电流
I p 气体和发射电子碰撞进一步电离形成等离子体，
推进剂 等离子体膨胀产生推力，无需中和器，如图 86 所
I 0
示 [312-313] 。与电容储能相比，电感储能能够减小体
积和质量。为了降低击穿电压，在绝缘层间隙表面
I 1 I 2 I N
电离器
涂覆了石墨层。
线圈
从几何结构上，VAT 推力器分为平板型、同轴
图 85 乌克兰航天大学的 MIPTT 工作原理示意图 型和环型三种，如图 87 所示，其中的环型可以形成
Fig. 85 working mechanism of MIPTT 多环结构及多工作模式 [314] 。

L
阳极
准中性等离子体羽流
阳极
阴极 膨胀

绝缘层 阴极 间隙
R
绝缘层

石墨层
（a）电感储能元件L充放电控制原理图 （b）同轴型VAT推力产生原理图
图 86 VAT 的工作原理
Fig. 86 Working mechanism of VAT