Page 107 - 《真空与低温》2026年第2期

226 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

3.1.7 有质动力 学相继开展了 HDLT 的研发。
有质动力（Ponderomotive Force，PMF）是带电 HDLT 无电极腐蚀问题，不需要中和器，可脉
粒子在非均匀电波场中受到的一种非线性力，即一 冲或连续工作。2011 年，英国萨里大学测试了其研
带电粒子在快速振荡电场中受到一个等效电势的 发的 40 mm 直径小功率 HDLT 的性能，结果表明，
作用，电势大小正比于振荡电场幅度的平方，等效 该推力器的推力随磁场强度增大线性增大，在功率
电势产生的力驱动带电离子从高电势向低电势运 为 200 W、磁场强度为 0.006 T 下，氩气推进剂推力
动 [348] 。PMF 作用的直接效应为，带电离子不仅随 为 0.62 mN [354] 。试验证明，磁场拓扑对推力器性能
波动电场一起振荡，而且还会整体被推向弱场方向。 有重要影响；一是磁场强度峰值相对离子源的位置
利用电场波 PMF 加速等离子体并用于电推进成为 不同，推力器性能不同；二是磁场强度不同，推力不
一个新的研究点 [349-351] 。在等离子体中有质动力的 同，0.015 T 磁场强度峰值下推力最大，为 5 mN [355] 。
最重要特性是对正负离子的加速方向一致，跳波推
力器正是基于 PMF 的这一特性工作。
3.1.8 球型托克马克等离子体
托克马克（Tokamak）是一种基于氘和氚的热
核聚变反应堆。该反应堆通过超热和磁约束等离
子体产生能量，如图 104 所示的环面高温等离子体
约束是通过环形和多级磁线圈产生的强磁场实现
（a）不工作状态 （b）放电工作状态
的 [352] 。按照几何形状，环面高温等离子体可分为
传统托克马克和球型托克马克两类，当 R/a 的比值 图 105 世界首台 HDLT 工作试验照片
大于或等于 2 时为传统托克马克，比值小于 2 时为 Fig. 105 The first HDLT working photo of HDLT

球型托克马克。 3.2.2 螺旋波离子推力器

传统托克马克 螺旋波放电离子源的高效率与离子推力器栅极

环向 （A≥2）
高效率加速离子相结合，就是螺旋波放电离子推力
器，简称为螺旋波离子推力器（Helicon Ion Thruster，
a R 极向 HIT），如图 106 所示 [356-357] 。从原理上看，HIT 是具
有发展前景的适合多元推进剂的离子推力器类型。
球形托克马克
（A<2） 目前，对 HIT 的研究主要在方案和理论方面 [356-358] ，
还未见样机研制及试验。
图 104 传统和球形托克马克

Fig. 104 Traditional and sphere Tokamak

磁电源 约束磁铁
与传统托克马克相比，球形托克马克不仅紧凑，
还具有较低磁场约束要求、稳定性好、边界安全因
推进剂
子高等特性，这些特性使得其具有更好的空间电推 离 e −
阳极
进应用优势。 阴极
3.2 等离子产生新原理电推进 放电电源
触持电源
3.2.1 螺旋波双层推力器
2002 年，澳大利亚的 Plihon 等 [344] 提出了螺旋波 屏栅电源 加速栅电源 加热电源
双层推力器（Helicon Double Layer Thruster，HDLT）
图 106 螺旋波离子推力器结构和工作原理示意图
概念。2005 年，Charles 等 [353] 研发出首台 HDLT 样
Fig. 106 Configuration and working principle of HIT
机，并在欧洲空间研究和技术中心（ESTEC）进行了
试验，图 105 为推力器不工作和放电工作的照片。 3.2.3 螺旋波霍尔推力器和螺旋波静电推力器
随 后 法国 Ecole Polytechnique 公 司 、 欧 洲 EADS- 在 2006 年开发的环形螺旋波等离子源基础
ASTRIUM 公司、澳大利亚国立大学、英国萨里大 上 [359] ，2009 年，密西根大学开始研发螺旋波霍尔推