為了獲得電推力器工作時(shí)的電磁輻射干擾(EMI)數(shù)據(jù)，通過試驗(yàn)對電推力器的電磁輻射開展測試，測試時(shí)推力器必須工作在具有良好透波性的真空副艙內(nèi)，根據(jù)此需求研制了一種集成于現(xiàn)有不銹鋼真空室主艙的玻璃纖維透波副艙，針對研制的透波副艙設(shè)計(jì)指標(biāo)，提出了從透波率、工作熱特性和系統(tǒng)極限真空等方面開展透波副艙綜合性能評價(jià)的方法。通過測試獲得的透波副艙工作特性以及分析評價(jià)結(jié)果，為透波副艙用于推力器產(chǎn)品電磁輻射試驗(yàn)提供了可靠依據(jù)。

0、引言

　　電推力器工作時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射對航天器的通信、制導(dǎo)、導(dǎo)航、有效載荷以及其他電子設(shè)備會(huì)造成潛在的影響。要實(shí)現(xiàn)電推進(jìn)在星上的應(yīng)用，必須對電推力器產(chǎn)生的電磁干擾充分了解，而試驗(yàn)是最直接有效的方法。通過試驗(yàn)結(jié)果可以評估電推力器產(chǎn)生的電磁輻射對星上其他系統(tǒng)的影響程度，并且找出防護(hù)和減輕電磁干擾的措施。

　　由于電推力器工作的特殊性，在電推力器電磁輻射試驗(yàn)時(shí)，推力器必須工作在具有透波功能的真空副艙內(nèi)。國外開展的電推力器電磁輻射試驗(yàn)普遍采用真空透波副艙。針對試驗(yàn)衛(wèi)星和通信衛(wèi)星平臺離子推力器電磁輻射測試試驗(yàn)需求，結(jié)合現(xiàn)有TS-6試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研制了玻璃纖維復(fù)合材料透波真空副艙。

　　由于透波副艙既要滿足透波率要求，又要達(dá)到跟主艙組裝后的系統(tǒng)極限真空要求，而且必須具有良好的外壓穩(wěn)定性和耐熱性，而這類集綜合性能為一身的玻璃纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的研制尚未達(dá)到十分成熟的程度，因此非常有必要對研制完成后的透波副艙綜合性能進(jìn)行評價(jià)。通過評價(jià)驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性，掌握透波副艙在工作條件下的特性，為電推力器電磁輻射試驗(yàn)提供可靠的保障條件。主要進(jìn)行的透波副艙性能評價(jià)項(xiàng)目有透波率測試評價(jià)、極限真空測試評價(jià)和工作熱特性測試評價(jià)。

1、設(shè)計(jì)概述

　　1.1、技術(shù)要求

　　根據(jù)透波副艙使用要求，提出的功能和性能要求主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：(1)提供與不銹鋼主真空室連接接口；(2)在工作條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)滿足3倍安全系數(shù)要求；(3)與TS-6試驗(yàn)設(shè)備連接后的系統(tǒng)極限真空度：6.7×10-4Pa；(4)在80℃工作環(huán)境溫度下，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和密封性；(5)頻率為1~3.0GHz電磁波透過率逸80%，3.0~5.0GHz電磁波透過率逸65%。

　　1.2、設(shè)計(jì)要求

　　透波副艙設(shè)計(jì)為圓柱形，一端面為球形封頭，另一開口端面通過活套法蘭與TS-6不銹鋼主真空室連接。透波副艙采用玻璃短纖維增強(qiáng)熱固樹脂復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制作。為了增加結(jié)構(gòu)剛性，設(shè)計(jì)了周向加強(qiáng)筋。副艙主體壁厚6mm。為了保證透波副艙的真空性能，在內(nèi)壁敷了一層氣密薄膜。

　　電推力器電磁輻射測試時(shí)，測試天線位于推力器出口平面上，因此透波副艙透波率測試選擇與電推力器電磁輻射測試相同的位置進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 透波副艙透波率測試方位示意圖

　　3.3、工作熱特性測試結(jié)果評價(jià)

　　在圖4的3個(gè)測溫點(diǎn)上測得的溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖7所示。從曲線上看出，推力器引出束流后大約工作4h，透波副艙各部分基本達(dá)到熱平衡，溫度不再發(fā)生明顯變化。熱平衡后推力器支架上的測溫點(diǎn)2溫度最高，達(dá)到48.5益。從測試曲線可以得出以下結(jié)論：

圖7 工作環(huán)境溫度測試曲線

　　(1)透波副艙(包括推力器支架)的實(shí)際工作溫度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)工作溫度要求(臆80益)，因此推力器工作熱環(huán)境不影響復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

　　(2)測溫點(diǎn)3與測溫點(diǎn)1相比溫度始終較高，這是由于測溫點(diǎn)3所在的區(qū)域獲得的推力器和羽流的輻射熱遠(yuǎn)大于測溫點(diǎn)1；

　　(3)在測溫開始1.5h內(nèi)，測溫點(diǎn)2的溫升比測溫點(diǎn)3緩慢，而1.5h之后測溫點(diǎn)2的溫度高出了測溫點(diǎn)3。分析認(rèn)為有兩個(gè)原因?qū)е略摻Y(jié)果：一是在工作初期推力器安裝環(huán)溫度還較低，再加上玻璃纖維支架的熱傳導(dǎo)較差，而輻射傳遞熱量較快，所以此時(shí)間段測溫點(diǎn)2的溫度比測溫點(diǎn)3高；二是由于測溫點(diǎn)2所處的區(qū)域距離推力器較近，而且通過輻射和傳導(dǎo)兩種方式從推力器獲得熱量，工作一段時(shí)間后，隨著推力器安裝環(huán)的溫度升高，測溫點(diǎn)2所處區(qū)域獲得熱量增大，因此溫度升高超過了測溫點(diǎn)3。

4、結(jié)論

　　針對電推力器EMI試驗(yàn)透波副艙設(shè)計(jì)要求，從透波率、極限真空度和工作熱特性三個(gè)方面，采用測試手段對其進(jìn)行了其綜合性能的評價(jià)。通過測試獲得了透波副艙在工作條件下的特性，并驗(yàn)證了透波副艙設(shè)計(jì)的合理性和正確性。研制和評價(jià)后的透波副艙已用于推力器研制任務(wù)要求的電磁輻射測試試驗(yàn)，使用效果良好。