影响霍尔推力器性能的因素
霍尔推力器，又称为稳态等离子体推力器，是前苏联的莫洛佐夫（Morozov）教授发明的，1966年第一次成功放电产生推力，与霍尔推力器几乎同时代的电推力器有离子推力器。这两种推力器，从诞生的那一刻起，就成为对方最强的竞争对手。
霍尔推力器结构是非常简单的，但是内部的放电过程异常复杂。从图2可以看出，霍尔推力器由一个产生电子的阴极、放电通道、用来产生磁场的线圈或者永磁体、供气管以及接入正电位的阳极组成（基本是一体的）。阴极产生的电子被分成两部分：一部分在磁场和电场的作用下，进入放电通道电离工质（最常用的气体为惰性气体，氙气，Xe），产生等离子体，最后到阳极放电，另一部分则与被电场加速喷出去的离子中和，实现整体的电中性，形成一个放电回路。
阴极一般采用空心阴极，实验室常采用热阴极产生电子，内部有低逸出功的发射体——六硼化镧，加热到>1500K的同时给阴极供气，就可以产生足够的电子。实际上，阴极本身也可以作为推力器，称之为阴极推力器。在阴极的基础上，还发展出微阴极推力器（μcat），产生微牛（μN）级别的脉冲推力。阴极在推力器系统中是一个非常关键的部件，其放置位置、电子发射能力等，会严重影响整个放电过程。放电通道基本采用氮化硼陶瓷，其力学性能虽然不足，但是绝缘性、热变形以及关系到推力器性能的二次电子发射系数，都胜过其他材料。阳极则采用不锈钢等导电性、力学性能俱佳的材料，整体的支撑则是导磁性较好的DT4C磁钢，用来调整出合适的磁场位型。
影响霍尔推力器性能的其中一个因素是不同的工质，在足够高电子温度的情况下，都可以被电离，但是所需要的电压是不同的，换言之，相同电压、相同通流密度的情况下，电离率是不相同的。在霍尔推力器中，最常用的是氙气（Xe），其原子半径较大，外层电子能够比较轻易的被外部高能电子撞击而发生电离。但是，地球上Xe的储量很低，提取成本高昂，因此在实际应用中，氩气（Ar）、氪气（Kr）以及固态工质如碘、铯都都被研究。特别是对于与Xe同族的Ar和Kr，被大量的研究。由于这两种惰性气体具有比Xe更低的原子量，理论上而言相同情况下具有更高的比冲。但是实验发现这两种工质，由于难以被高效电离，浪费了大量的原料，比冲被大幅削弱。本人也采用另一种推力器对这三种工质进行了实验比较，发现在相同体积流量的情况下，Xe的电离率远远高于Kr和Ar，尤其是Ar，电离率甚至无法超过20%。提高这两种工质的通流密度，直至与Xe相同的质量流量，三者此时的电流比较接近，Kr和Ar的电离率也大幅提升，接近于Xe。因此，要提高Kr和Ar的电离率，提高通流密度是一种有效手段，但是我的实验结果表明，当流量超过一个阈值时，最终导致电流急剧增大，振荡剧烈。
工质种类是影响推力器性能的一个及其关键的因素，但是同一种工质采用不同阳极结构时，推力器的性能也是有较大的差别的。为了实现均匀供气，霍尔推力器一般在环形阳极的端面打孔。而此时，孔的数量、大小、位置都会影响到工质的均匀性。这些因素会影响推力器振荡、对称性等，法国Vail的研究表明孔在径向的位置分布，甚至影响羽流发散角。为了使气体分配更加均匀，俄罗斯研究人员在第二代ATON型上将气体分配器与阳极分离，在阳极之前布置了缓冲腔结构，推力器的性能明显得到了提升。
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