磁极电位调控对霍尔推力器羽流发散抑制效应及机理研究

本文创新性地通过实验与仿真手段，研究了磁极电位（MPP）对霍尔推力器（Hall thruster）放电过程的调控作用。研究发现，施加30 V的MPP可使羽流发散角降低12.6±0.19%（300 V阳极电压）和13.1±0.20%（400 V阳极电压），同时推力损失控制在1.46±0.03%以内。通过粒子网格（PIC）模拟揭示了MPP通过降低通道出口与磁极间电位差，抑制离子径向扩散和轴向轰击的机制，为航天器等离子体推进系统优化提供了新思路。

　　

Highlight
本研究通过实验与模拟相结合的方法，揭示了磁极电位（MPP）对霍尔推力器羽流形态的调控机制。当MPP提升至30 V时，羽流发散角较浮动电位状态显著减小，300 V和400 V阳极电压下分别降低12.6±0.19%和13.1±0.20%。尽管伴随小于1.46±0.03%的推力损失（主要源于电子逃逸），但该方法通过改变电位梯度有效抑制了离子径向扩散。

Experimental comparison
通过法拉第探针测量发现：随着MPP升高，羽流发散角呈明显下降趋势。在300 V阳极电压/30 V MPP工况下，发散角降幅达12.6%，且离子电流分布更趋集中。模拟数据进一步显示，MPP的增加使通道出口与磁极间电位差减小，导致磁极表面离子轴向速度降低，从而减轻离子轰击损伤。

Conclusion
研究表明，磁极电位调控是抑制羽流发散和缓解磁极侵蚀的有效手段。其核心机制在于：1）降低电位差抑制离子径向扩散；2）减弱离子轴向轰击能量。该发现为航天器推进系统的轻量化设计提供了新策略，未来可通过优化MPP参数平衡推力性能与羽流控制需求。