Page 118 - 《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） 115

Thruster，LA-MPDT）方案。 LA-MPDT 以钨为阴极、 在脉冲时间为 1 ms、脉冲功率为 1 000 W 激光
铜为阳极、氮化硼为绝缘体、铝和聚四氟乙烯的混 照射下，电极间放电能量为 78 J，推力器比冲达到
合物为推进剂。工作过程分两步，先用激光照射推 4 800 s。通过放电与不放电对比试验，证明是激光
进剂，产生的气体和等离子体进入电极之间，等离 主导了推进剂的烧蚀，电磁力主导了等离子体的
子体诱发电极间击穿放电，形成大电流放电电弧， 加速 [325] 。
电弧增强推进剂烧蚀，放电大电流感应出强磁场， （2）微阴极弧磁等离子体动力推力器
磁场与等离子体相互作用，离子被洛伦兹力加速， 美国乔治华盛顿大学在研究µCAT 推力器的
喷出，产生推力，如图 90 所示 [325] 。 基础上，为了进一步提高推力及推功比，提出了微
阴极弧磁等离子体动力推力器（Micro-cathode Arc

放电 计算机 Thruster with Magneto-plasma-dynamical，µCAT-MPD）
电源
真空舱 技术方案，又称为双级µCAT-MPD 推力器。该推力
器第一级为同轴铜电极µCAT，产生的等离子体进
阳极
聚焦透镜 入直流电压偏置的第二级 MPD 电极加速区；永久
电源 激光
设备 磁铁的轴向中心磁场为 0.2 T，正偏置的 MPD 电极
阴极
阳极 吸引电子电流，径向磁场与电子电流相互作用，加
速离子朝 MPD 电极的开口运动。由于 MPD 电极
图 90 LA-MPDT 工作原理 的偏置电压可调，因此，第二级的推力放大倍数可

Fig. 90 Working mechanism of LA-MPDT 控，如图 91 所示 [326] 。

信号产生器
永久磁铁
5 V 5 Hz 加速电极
阳极 N S
U are čtĎ

阴极
μCAT
č Ď N S
t
I are
I MPD čtĎ
− +
U MPD U MPD čtĎ
μCAT PPU č0÷63ĎVDC
+ − 1 cm
（a）µCAT-MPD工作原理 （b）µCAT-MPD试验样机
图 91 µCAT-MPD 工作原理和试验样机
Fig. 91 Working mechanism and experimental prototype of µCAT-MPD

2019 年，推力器样机试验结果表明，仅第一级 过第二级和第三级电压调节，可实现数倍离子速度
工作时，推力为 10 μN、推功比为 2 μN/W；双级工 的变化。
作时，推力达到 210 μN、推功比达到 15 μN/W，性 （3）空心阴极推力器和磁增强空心阴极推力器

能提升效果显著。试验同时证明，永久磁场能够将 英国南安普顿大学最早进行了用空心阴极作
推力器比冲从 1 600 s 提高到 3 400 s [326] 。2022 年， 为微推进的尝试。2001 年，他们采用 T6 离子推力
改进了推力器样机设计并将偏置电压提高到 180 V， 器 的 中 和 器 阴 极 直 接 测 量 了 该 推 力 器 性 能： 在
新推力器样机的推功比进一步提高到 37.4 µN/W， 10 A 放电电流下，氙气推进剂比冲为 50 s、推力为
总功率小于 50 W，效率达到 50%，推力达到 1.7 mN [327] 。 0.5 mN [259] 。2011 年，英国萨利大学针对小卫星应
µCAT-MPD 的最新发展是推力和比冲可单独调节 用开发了空心阴极推力器（Hollow Cathode Thruster，
的三级推力器，如图 92 所示 [328] 。初步试验表明，通 HCT）试验样机，氙气推进剂性能试验结果为功率