立方星用小型真空弧推力装置结构

　　这套结构对应微纳卫星平台的姿轨控执行部件，主要适配1U-3U规格的立方体卫星，在低轨星座部署、在轨姿态调整、轨道维持、离轨钝化这些场景里承担推力输出功能。不同于传统化学推力器需要携带高压推进剂储罐，真空弧推力装置利用金属电极间的真空弧放电现象，将阴极金属材料电离形成高速等离子体喷流产生推力，不需要高压贮箱、管路阀门这类复杂的供料组件，整体结构可以做得非常紧凑，刚好匹配立方星严苛的安装空间与重量限制。

　　从结构布局来看，整个装置采用叠层式安装设计，主体由绝缘安装基座、阴极电极组件、阳极放电腔、喷口绝缘段、安装法兰几个部分堆叠组成，外侧通过四颗内六角紧固件完成层间锁紧，所有层叠结合面都做了平面度公差控制，保证真空环境下的密封性能，避免放电腔出现漏气导致弧压不稳的问题。安装法兰上预留了四个均布的沉头安装孔，安装孔的位置度公差控制在0.05mm以内，可以直接适配立方星标准结构板的安装孔位，不需要额外设计转接支架，整体外轮廓的最大包络尺寸控制在50mm×50mm×40mm范围内，完全符合立方星单机设备的安装边界要求，不会和星上其他载荷、板卡、线束产生空间干涉。

　　设计过程中首先考虑的是真空环境下的绝缘可靠性，不同电位的结构层之间采用耐高温绝缘材料做隔层，避免卫星在轨长期工作时出现层间放电、短路的故障，电极部分的结构设计预留了足够的烧蚀余量，按照单次脉冲放电10μs、累计工作100万次的寿命要求计算阴极的有效厚度，保证卫星全寿命周期内的推力输出不会因为电极过度烧蚀出现性能衰减。放电腔的内壁做了圆弧过渡处理，减少等离子体在腔体内的壁面碰撞损失，提升等离子体的喷出效率，喷口段采用收敛型结构设计，对喷出的等离子体流做准直处理，降低推力矢量的偏斜角度，避免推力偏心导致卫星姿控系统额外消耗燃料。实际在轨工作时，这套装置接收星务计算机发来的脉冲宽度、脉冲个数指令，通过电源模块输出高压触发电极间的真空弧，每个脉冲可以输出微牛级的精准冲量，既可以用于卫星入轨后的初始姿态捕获，抵消卫星入轨时的初始角速度，也可以在长期在轨运行过程中，定期工作抵消大气阻力带来的轨道衰减，维持卫星的轨道相位，在卫星寿命末期还可以通过连续工作降低卫星轨道高度，加快卫星再入大气层的速度，避免形成空间碎片。

　　结构建模过程中对所有的棱角位置都做了R0.5以上的圆角处理，避免卫星总装过程中出现锐边划伤线束、隔热层的问题，所有紧固件都采用沉头设计，安装完成后紧固件端面不超出法兰安装面，保证安装面和星体结构板可以完全贴合，降低接触热阻，方便装置工作时产生的热量通过结构板传导到整星散热面。考虑到航天发射过程中的振动冲击载荷，层叠结构之间除了紧固件锁紧之外，还在结合面位置设计了定位止口，止口的配合公差选用H7/h6，保证发射过程中各层结构不会出现横向错位，避免电极位置偏移导致放电失败。电极的引出端设计成标准的焊片结构，可以直接和星上电源模块的供电线束焊接，不需要额外的接插件，进一步压缩整体结构的重量和体积，整套装置的干重控制在150g以内，远低于同推力等级的其他类型微推进装置，非常适合对重量控制极其严格的微纳卫星平台使用。