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第1章 概论1

1.1 航天推进任务需求1

1.2 太空推力器的典型性能与应用1

1.2.1 化学推力器1

1.2.2 电推力器2

1.3 火箭推进原理回顾4

参考文献8

思考与练习题8

第2章 太空小推力加速任务分析9

2.1 固定时间的恒定电功率与推力任务9

2.2 最优推力曲线12

2.3 用变分法推导最优喷气速度14

2.4 最优任务时间18

思考与练习题21

第3章 小推力轨道机动与位置保持22

3.1 小推力逃逸的近似速度增量22

3.2 次最优轨道提升与轨道面改变24

3.3 卫星调相28

3.4 地球静止轨道卫星的南北漂移控制31

参考文献36

思考与练习题36

第4章 单组元肼推力器37

4.1 单组元推进系统概述37

4.1.1 典型单组元推进剂37

4.1.2 单组元肼推力器构型与质量模型37

4.1.3 单组元推进剂供应装置38

4.1.4 单组元推进系统构型39

4.2 肼分解推力器39

4.2.1 肼的基本属性39

4.2.2 肼的分解平衡41

4.2.3 肼分解推力器性能43

4.3 电热增强型肼推力器性能与应用45

4.3.1 应用任务特征45

4.3.2 工质过热状态的推力器性能计算46

4.3.3 电热增强肼推力器应用48

参考文献48

思考与练习题48

第5章 气体放电导论50

5.1 等离子体的概念50

5.1.1 等离子体的定义50

5.1.2 温度与动能50

5.1.3 粒子在有势场中的空间分布51

5.1.4 粒子的速度分布52

5.1.5 等离子体鞘层52

5.1.6 德拜屏蔽53

5.1.7 等离子体参数54

5.1.8 等离子体频率判据54

5.2 热电离气体的电导率55

5.2.1 气体热电离的平衡态55

5.2.2 等离子体中的电子电流56

5.2.3 电子的平均热运动速度57

5.2.4 带电粒子碰撞截面的确定57

5.2.5 电离度对电导率的影响58

5.3 欧姆耗散引起的气体电弧不稳定性60

5.4 气体成分及热物性参数随温度的变化60

参考文献62

思考与练习题63

第6章 电弧推力器简化分析64

6.1 基本假设64

6.2 不流动气体中的狭长电弧64

6.3 平行气流中的狭长电弧67

6.4 电压与功率计算71

6.5 推力计算73

参考文献75

思考与练习题75

第7章 离子推力器76

7.1 引言76

7.2 工作原理76

7.3 离子生成77

7.3.1 电子轰击式电离室中的物理过程77

7.3.2 损失的种类79

7.3.3 电子扩散与约束80

7.3.4 离子产生速率82

7.4 离子提取和加速84

7.4.1 离子提取84

7.4.2 离子加速一维模型86

7.4.3 减速栅极的影响88

7.4.4 实际栅极提取能力90

7.5 鞘层厚度与栅极孔尺寸估计93

7.6 推进剂选择94

参考文献95

思考与练习题96

第8章 电子轰击式放电室零维模型97

8.1 引言97

8.2 放电室内带电粒子流与功率平衡98

8.3 离子与激发态原子的产率101

8.4 电子的生存方程102

8.5 离子在阳极壁上的约束103

8.6 热化电子的数密度104

8.7 束离子能量成本的计算105

参考文献106

思考与练习题106

第9章 霍尔推力器107

9.1 引言107

9.2 构型与工作原理108

9.3 推力能力111

9.4 推力器效率113

参考文献116

思考与练习题116

第10章 霍尔推力器稳态一维模型117

10.1 控制方程117

10.1.1 粒子数守恒方程117

10.1.2 离子动量方程118

10.1.3 电子动量方程118

10.1.4 电子能量方程119

10.2 方程求解119

10.2.1 导数求解119

10.2.2 边界条件121

10.3 放电剖析121

10.3.1 阳极前预鞘层与扩散区122

10.3.2 向电离层的过渡124

参考文献127

思考与练习题127

第11章 磁等离子体推力器128

11.1 引言128

11.2 正交电磁场中等离子体加速行为129

11.2.1 等离子体受力129

11.2.2 广义欧姆定律与霍尔参数130

11.2.3 电磁功131

11.2.4 磁场的产生132

11.2.5 具有正交电磁场的等离子体加速器概念133

11.3 自感应同轴构型推力器134

11.3.1 推力器磁场构型134

11.3.2 推力的近似计算135

11.3.3 功率需求138

参考文献139

思考与练习题140

第12章 磁等离子体推力器简化模型141

12.1 加速通道的参数分布特征141

12.2 耗散效应143

12.3 稳定放电极限144

12.4 效率145

参考文献146

思考与练习题146

第13章 激光加热推力器147

13.1 脉冲激光烧蚀固体工质推力器概念147

13.2 连续激光加热流体工质推力器概念148

13.3 工质对激光的吸收149

13.3.1 等离子体对激光的吸收149

13.3.2 激光能量在聚合物工质中的沉积151

13.4 激光烧蚀固体的冲量发生宏观模型152

13.5 连续激光加热流体工质推力器稳定性分析153

13.5.1 简化分析模型153

13.5.2 喷管壅塞条件下的稳定流动155

参考文献157

思考与练习题157

附录A 球面三角函数恒等式158

附录B 玻姆速度的简化推导160

附录C 电子的扩散162