二次電子溫度計算是研究Kaufman放電室的核心內(nèi)容之一。針對Kaufman放電室建立穩(wěn)態(tài)平板非均勻放電模型對二次電子溫度進行求解。穩(wěn)態(tài)平板非均勻放電模型從擴散方程出發(fā)，重點考慮離子漂移造成的擴散運動和雙極性電場對放電室徑向密度梯度造成的影響，進一步結(jié)合粒子數(shù)守恒方程，給出用于求解二次電子溫度的方程的解析表達式。代入典型的Kaufman放電室結(jié)構(gòu)參數(shù)進行計算的結(jié)果表明，用穩(wěn)態(tài)平板非均勻放電模型計算出來的二次電子溫度符合實驗測量的范圍，同時說明在中低壓放電條件下，擴散運動和雙極性電場是影響放電性能的關(guān)鍵參數(shù)。

　　引言

　　離子推力器作為當(dāng)今宇航推進領(lǐng)域極具競爭力的一種動力裝置，其主要特點是小推力、高比沖、推力可精確調(diào)節(jié)，已經(jīng)在中高軌道衛(wèi)星位置保持和軌道轉(zhuǎn)移、深空探測等宇航任務(wù)中得到應(yīng)用。發(fā)展小衛(wèi)星進行阻尼補償、軌道升降、位置保持、姿態(tài)控制、編隊飛行等任務(wù)所需要的微小電推進技術(shù)，意義十分重大。離子推力器主要由放電室、空心陰極、離子光學(xué)系統(tǒng)以及中和器四個部分組成，其中放電室作為離子推力器的核心組件，其性能的優(yōu)劣直接影響著離子推力器的性能，研究離子推力器放電室放電機理，對于改善放電室性能，進一步提升離子推力器的性能有重要意義。

　　目前的離子推力器主要采用Kaufman離子源放電室。Kaufman離子源通過空心陰極發(fā)射原初電子轟擊注入放電室內(nèi)的中性氣體工質(zhì)，通過電離產(chǎn)生等離子體，原初電子和電離過程產(chǎn)生的二次電子一起近似服從Maxwell分布，等離子體中的離子通過離子光學(xué)系統(tǒng)的聚焦作用，被加速引出進而產(chǎn)生推力。在Kaufman放電室中，作為等離子體組分的電子和離子的輸運機制，是影響放電室性能的重要因素。為了有效約束放電室內(nèi)電子的平均自由程，進一步提升電離率，通常采用磁場進行約束。因此研究磁場作用下的電子、離子輸運過程顯得極為關(guān)鍵。

　　目前對Kaufman放電室內(nèi)的等離子體放電機制的研究主要手段有兩種：數(shù)值模擬和理論分析。其中，理論分析對于解釋放電室內(nèi)放電機理和損耗機制更為有效。國內(nèi)外開展Kaufman放電室理論模型的研究已經(jīng)有40余年，期間比較具有代表性的模型有Brophy等在1984年提出的離子推力器放電室簡化靜態(tài)模型;Goebel等在此基礎(chǔ)上豐富了模型的內(nèi)容，Goebel[6]的模型分析了磁場對離子、原初電子的約束效果，引入了陽極鞘層的物理性質(zhì)，Goebel的模型構(gòu)建了一組完備的描述Kaufman放電室性能的方程組，適合于計算機求解。

　　在研究放電室放電性能時，近似服從Maxwell分布的二次電子溫度是一個非常核心的參數(shù)，作為關(guān)鍵的等離子體參數(shù)，承前啟后地連接著Kaufman放電室輸入?yún)��?shù)和輸出參數(shù)。因此，為了更好的理解Kaufman 放電室放電機制，為更進一步研究Kaufman放電室放電性能提供理論基礎(chǔ)，尋找一種理論上求解電子溫度的方法是非常有意義的。文章從等離子體基本物理原理出發(fā)，根據(jù)Kaufman放電室的幾何結(jié)構(gòu)和放電條件，建立合適的放電模型，通過研究Kaufman放電室徑向帶電粒子密度梯度分布，同時結(jié)合粒子數(shù)守恒方程求解二次電子溫度的平均值。由于放電損耗是二次電子溫度的函數(shù)，研究成果可以為深入研究Kaufman放電室的放電損耗提供理論依據(jù)。

　　3、結(jié)論

　　在Kaufman放電室放電條件下，離子輸運過程主要由擴散過程和雙極性電場決定。通過建立穩(wěn)態(tài)平板非均勻放電模型，從擴散方程出發(fā)，描述帶電粒子在磁場中的擴散運動過程，并進一步利用粒子數(shù)守恒方程可以求出放電室中的二次電子溫度。將Kaufman放電室假設(shè)為穩(wěn)態(tài)平板非均勻放電模型，重點考察離子擴散運動和雙極性電場導(dǎo)致的徑向等離子體密度梯度，進一步求解二次電子溫度。計算結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)平板非均勻等離子體模型計算結(jié)果在通常試驗測得的二次電子溫度1～10 eV范圍內(nèi)。同時也在理論上說明了在中低氣壓放電條件下，離子漂移速度遠高于熱速度，擴散運動和雙極性電場對放電室等離子體性質(zhì)有著重要的影響。