任亮，張?zhí)炱剑瑓窍让?，李嘯天

（蘭州空間技術(shù)物理研究所真空技術(shù)與物理重點實驗室，蘭州730000）

真空電弧推力器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

任亮，張?zhí)炱剑瑓窍让?，李嘯天

（蘭州空間技術(shù)物理研究所真空技術(shù)與物理重點實驗室，蘭州730000）

隨著微納衛(wèi)星平臺技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用真空電弧推力器作為其姿態(tài)控制和軌道轉(zhuǎn)移的動力來源得到了研究人員的重視。相比于傳統(tǒng)的冷氣推進和離子電推進，真空電弧推力器具有小型化、低功耗、低電壓、高效率、高比沖、寬范圍可調(diào)、低成本、長壽命和高可靠性等技術(shù)優(yōu)勢。在調(diào)研國外真空電弧推力器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，介紹了真空電弧推力器的系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)理論、工作原理和關(guān)鍵技術(shù)，簡要分析了真空電弧推力器的技術(shù)特點、研究進展和發(fā)展趨勢，為未來真空電弧推力器的技術(shù)研究和研制提供了參考。

真空電??；微推力器；微納衛(wèi)星；陰極斑點

0　引言

微納衛(wèi)星平臺技術(shù)的發(fā)展在近年來呈現(xiàn)出井噴的趨勢，由于其具有低成本、短周期、低風險、靈活發(fā)射、分布式和可重組等實用性優(yōu)點，科研機構(gòu)和一些高校能夠獨立開發(fā)這樣的衛(wèi)星編隊[1]。以立方體衛(wèi)星為代表，自從1999年提出CDS（CubeSat Design Specification）立方體衛(wèi)星設(shè)計規(guī)范[2]，僅僅經(jīng)過了十幾年時間，立方體衛(wèi)星已經(jīng)從創(chuàng)新概念、系統(tǒng)設(shè)計、技術(shù)實現(xiàn)、飛行驗證發(fā)展到具體的空間應(yīng)用。在軌衛(wèi)星需要推進系統(tǒng)完成阻尼補償、軌道升降、位置保持、姿態(tài)控制、編隊飛行、發(fā)射誤差修正等任務(wù)，并且隨著衛(wèi)星使命增強和工作壽命延長變得更加必要，而小型化高性能的空間推進系統(tǒng)是微納衛(wèi)星平臺降低重量、提高性能的主要技術(shù)支撐[3]。

過去的衛(wèi)星平臺主要應(yīng)用冷氣和化學(xué)推進系統(tǒng)，對燃料貯箱和低漏率閥門管路的要求使得其重量和體積過大，而按照比例縮小的常規(guī)電推進系統(tǒng)往往受到衛(wèi)星功率的制約。由于受限于體積、重量和功率等條件和因素，傳統(tǒng)推進系統(tǒng)無法滿足微納衛(wèi)星平臺的使用需求。但隨著具有微推力、高效率、高比沖、長壽命、推力可調(diào)等特點的電推進技術(shù)發(fā)展，小功率電推進已經(jīng)成為最有技術(shù)競爭力的微納衛(wèi)星推進系統(tǒng)選擇[4]，其中采用可消耗陰極作為推進劑的真空電弧推力器提供了一種新穎的可行解決方案。在系統(tǒng)調(diào)研國外真空電弧推力器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，介紹了真空電弧推力器的技術(shù)特點、研究進展和發(fā)展趨勢，分析了其在空間應(yīng)用中存在的技術(shù)優(yōu)勢和仍需完善的問題，為我國真空電弧推力器的技術(shù)研究和系統(tǒng)研制工作提供了參考。

1　真空電弧現(xiàn)象

真空電弧是一種發(fā)生在金屬電極之間的無氣體參與放電現(xiàn)象，在放電時陰極材料作為等離子源被電離燒蝕，產(chǎn)生的金屬蒸氣電弧形成陰極表面位置隨機變化的發(fā)光電弧斑點，高度電離的等離子體在真空中以每秒幾十千米的高速定向膨脹，可以產(chǎn)生微牛級的推力。

對真空電弧現(xiàn)象的研究最早源于耶魯大學(xué)在1877年真空試驗中的偶然發(fā)現(xiàn)[5]，在嘗試用并聯(lián)了電感線圈的電極除去真空玻璃管中的殘余汞蒸氣時，發(fā)現(xiàn)在斷開開關(guān)的瞬間陰極附近會產(chǎn)生發(fā)光放電的飛濺電弧，并留下沉積的金屬薄膜。1884年，Thomas Edison也發(fā)現(xiàn)了這種真空中的電極間電弧放電現(xiàn)象，并于1888年申請了第一個真空電弧鍍膜專利。直到1930年，Tanberg[6]在真空試驗中又發(fā)現(xiàn)了這種運動的高能帶電粒子放電現(xiàn)象，將對真空電弧現(xiàn)象的研究重新帶回人們的視野中，Holland等[7]在1956年引證了Thomas Edison的專利，正式開啟了人們對真空電弧現(xiàn)象研究的熱情。

隨著現(xiàn)代真空電弧研究應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，真空電弧現(xiàn)象逐漸被應(yīng)用于多個技術(shù)領(lǐng)域，包括真空電弧鍍膜、真空電弧開關(guān)、工業(yè)等離子源、真空電弧鈦吸附泵、真空電弧再熔等，直到最近20年人們才注意到其作為真空電弧推力器的發(fā)展?jié)摿8]。Schein等[9-10]對真空電弧推力器技術(shù)研究應(yīng)用的發(fā)展做出了極大貢獻，于2002年提出用電感儲能（IES）的脈沖發(fā)生網(wǎng)絡(luò)（PFN）驅(qū)動真空電弧推力器點火工作，顯著的減小了系統(tǒng)質(zhì)量、尺寸和功率消耗，推動了近年來真空電弧推力器在微納衛(wèi)星上的研究和應(yīng)用。并且根據(jù)陰極材料、幾何構(gòu)型和脈沖放電控制參數(shù)的不同選擇，可以實現(xiàn)對推力和比沖在較寬范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。

2　真空電弧推力器技術(shù)特點

2.1真空電弧推力器結(jié)構(gòu)類型和工作原理

真空電弧推力器系統(tǒng)由推力器頭、電源處理單元（PPU）和可選擇的電磁線圈組成，推力器頭由陰極、陽極和絕緣器三部分組成，根據(jù)電極的結(jié)構(gòu)布局可以分為三種類型：

（1）堆層結(jié)構(gòu)型（BLT）：陰極、絕緣器和陽極逐層堆疊放置，又稱為“三明治式”結(jié)構(gòu)；

（2）環(huán)型（Ring）：環(huán)狀的陰極、絕緣器和陽極沿軸向依次首尾相連排列；

（3）同軸型（Co-axial）：圓柱狀的陰極、絕緣器和陽極同軸地沿徑向排列，又可以分為陰極在內(nèi)和陰極在外兩種結(jié)構(gòu)方案。

真空電弧推力器的工作原理如圖1所示，電路采用了電感儲能（IES）反激拓撲結(jié)構(gòu)[11]產(chǎn)生脈沖電壓激發(fā)等離子體初始電弧放電，電源處理單元（PPU）由通過半導(dǎo)體開關(guān)充電的電感器組成，通過脈沖信號發(fā)生器控制半導(dǎo)體開關(guān)通斷的工作頻率和脈沖寬度。

圖1　推力器系統(tǒng)的工作原理圖

2.2真空電弧推力器技術(shù)特點分析

相比于其他電推進系統(tǒng)，真空電弧推力器具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）微功率化：最小平均功率可到0.1 W，最小元沖量在μNs量級；

（2）小型化：采用固體推進劑的同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計、陰極斑點放電區(qū)域10～100 μm，電感儲能脈沖放電，最小重量300 g、最小體積200 cm3；

（3）低電壓：10～30 V母線電源供電，脈沖觸發(fā)電壓100～300 V、工作時電弧放電電壓20～30 V；

（4）高效率：推進劑電離率95%以上，PPU效率達到92%，磁增強作用下總效率可提升到30%；

（5）高比沖：比沖可達到1 000～3 000 s，微納衛(wèi)星使命僅需要幾十克的推進劑；

（6）寬范圍可調(diào)：輸入功率范圍1～100 W，脈沖寬度μs～ms級可調(diào)，工作頻率范圍1～50 Hz；

（7）低成本：使用常規(guī)材料和器件、加工制造組裝工藝難度小，滿足微納衛(wèi)星低成本和短周期需求；

（8）長壽命和高可靠性：導(dǎo)電薄膜腐蝕和沉積修復(fù)的優(yōu)化技術(shù)能夠解決難題，陰極補給、斑點移動及其組合技術(shù)能夠顯著延長壽命，已經(jīng)驗證的壽命達到5×106次。

而對于真空電弧推力器未來的發(fā)展和應(yīng)用，有五個方面的關(guān)鍵技術(shù)有待深入研究：

（1）真空電弧模型：近幾十年的研究工作更多的致力于建立瞬態(tài)的、非穩(wěn)態(tài)的真空電弧模型，但是其工作的復(fù)雜性使得目前仍未能獲得真空電弧的完整描述理論，很多方面的內(nèi)容仍然存在爭議；

（2）無觸發(fā)低壓點火可靠性：陰極和陽極之間的絕緣器表面鍍有導(dǎo)電薄膜，其有限阻抗為百歐量級，點火放電時數(shù)百伏電壓先擊穿薄膜間隙或缺陷，產(chǎn)生導(dǎo)電蒸氣誘發(fā)電極間電弧放電，在電流熱效應(yīng)作用下陰極材料蒸發(fā)電離，一部分加速噴出形成反作用推力；另一部分沉積形成新的導(dǎo)電薄膜，如此循環(huán)以持續(xù)維持低壓放電啟動。由于再沉積速率的差異可能造成欠沉積或過沉積，欠沉積造成阻抗過大電弧無法擊穿，而過沉積造成阻抗過小漏電流太大，早期真空電弧推力器的設(shè)計主要以后者失效為主；

（3）推進劑可補給設(shè)計：由于陰極材料本身作為推進劑，隨著陰極表面材料的燒蝕，會逐漸增大陰極和陽極之間放電路徑，導(dǎo)致放電電壓不足以擊穿形成真空電弧等離子體。所以需要設(shè)計陰極補給機構(gòu)維持推進劑補給，目前多采用壓縮彈簧蓄力提供補給的推動力，或者通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計[12]提供其他有效的解決思路；

（4）推進劑均勻燒蝕：由于陰極斑點的產(chǎn)生和運動存在隨機性，在推力器頭部加裝電磁線圈可產(chǎn)生沿軸向的磁場，離子電流與電磁場相互作用產(chǎn)生的J?×B?周向力導(dǎo)致陰極斑點的周向運動，促進陰極材料的均勻燒蝕從而延長推力器的工作壽命。另外，對放電電流與脈沖寬度的優(yōu)化調(diào)節(jié)可以有效的控制陰極燒蝕率；

（5）羽流污染：陰極材料電離產(chǎn)生的金屬等離子體形成羽流有可能會沉積到航天器表面造成污染，采用附加軸向磁場的方法可以對羽流中的等離子體產(chǎn)生約束集中作用，使羽流發(fā)散角控制在一定范圍內(nèi)，在降低羽流污染風險的同時減小了離子損耗進而提高了推力器性能。

綜上所述，真空電弧推力器以自身微小化的技術(shù)特點，在性能指標、研制要求、成本周期等條件可以滿足微納衛(wèi)星平臺的應(yīng)用需求，結(jié)合深入的理論建模研究支持和可靠性優(yōu)化等方面的技術(shù)改進，可以最大程度的體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用價值。

3　真空電弧推力器技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前已經(jīng)有美國、德國、日本、南非、以色列等多個國家開展了相關(guān)技術(shù)研究工作，個別項目已經(jīng)成功實現(xiàn)了衛(wèi)星搭載的空間飛行驗證，同時大量研究人員正在進行理論機理、測試診斷、改進優(yōu)化和系統(tǒng)集成方面的研究。包括美國的JPL和NASA、歐洲的ESA、日本的JAXA、南非的SANSA等國家級航天部門已經(jīng)制訂了未來的研究項目和發(fā)展計劃。

我國對微納衛(wèi)星技術(shù)的研究應(yīng)用正處于起步階段，一些科研院所、高校和企業(yè)對此表現(xiàn)出濃厚的興趣，適配的真空電弧推力器仍是目前微納衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。而我國對于真空電弧推力器技術(shù)的研究尚處于調(diào)研立項階段，急需盡快開展相關(guān)研究填補技術(shù)領(lǐng)域的空白。

3.1理論機理研究

3.1.1性能預(yù)測模型

Polk等[13]建立了多種陰極材料適用的半經(jīng)驗（semi-empirical）性能預(yù)測模型。通過預(yù)設(shè)的離子電流與電弧放電電流比及試驗測得的離子速度、平均離子電荷態(tài)和陰極燒蝕率等參數(shù)，給出了陰極材料特性、推力器幾何結(jié)構(gòu)和脈沖控制參數(shù)對推力器工作性能指標的影響[14]。并證明了真空電弧推力器的等離子體產(chǎn)生能力僅與陰極斑點的工作特性有關(guān)，而不受推力器的尺寸大小影響，從而對其作為微納衛(wèi)星微推力系統(tǒng)的可行性提供了理論依據(jù)。

3.1.2陰極斑點模型

對于真空電弧現(xiàn)象的研究已經(jīng)開展了近1個世紀，但是由于其高度復(fù)雜性至今仍未能給出完整的描述解釋。早期的常規(guī)模型對真空電弧的行為作了大量簡化，比如假設(shè)其為穩(wěn)態(tài)過程的圓形固定陰極斑點。然而，實際的陰極斑點是一個動態(tài)的、開放的和不規(guī)則的系統(tǒng)，參數(shù)在不斷快速的變化以維持電弧的工作條件，局部更是表現(xiàn)為復(fù)雜的劇烈爆炸現(xiàn)象。

常規(guī)模型通常將陰極斑點劃分為四個區(qū)域：陰極斑點表面、鞘層區(qū)、預(yù)鞘層/電離區(qū)和等離子流區(qū)，每個區(qū)域都可以由明確的能量過程或粒子的常規(guī)/相互作用行為進行描述，如圖2所示。當初始等離子體形成后，焦耳加熱和離子轟擊在陰極表面微凸或缺陷處形成高溫的陰極斑點，陰極材料以原子形式被蒸氣化造成微小凹坑。在1個真空電弧陰極斑點的維持時間內(nèi)，凹坑的擴大會減少焦耳加熱效應(yīng)，進而導(dǎo)致其溫度降低到可維持蒸發(fā)和電子發(fā)射的溫度之下，最終單個電弧斑點熄滅。而在其相鄰的區(qū)域，熔化的金屬流會形成新的微凸引發(fā)新的電弧斑點。

圖2　陰極斑點工作區(qū)域圖

真空電弧的陰陽極之間電場強度可達到109V/ m，強電場會引起陰極的場致電子發(fā)射，同時陰極表面的高溫會引起熱電子發(fā)射，兩者效應(yīng)合稱為熱電場（T-F）發(fā)射，對于電弧的形成和維持是至關(guān)重要的。陰極斑點區(qū)域存在著陰極電勢降，大量的電子流具備足夠的動能使電離區(qū)內(nèi)的金屬原子發(fā)生電離，由于電弧放電時間的差異造成新產(chǎn)生的離子攜帶不同的電荷量。絕大部分的離子和電子作為準中性等離子流被加速產(chǎn)生推力，小部分離子被吸引返流回陰極表面，由于電荷的運動在其表面形成正鞘層，進一步吸引電子的返流。鞘層中的強電場會在返流離子轟擊陰極表面時引起加熱效應(yīng)，熔化的金屬液滴或大粒子團也會從陰極斑點中發(fā)射出來，相比于離子的發(fā)射速度（104m/s）大粒子團傳播速度（102m/s）較小。

關(guān)于離子加速的機理[15]存在三種有爭議的兼具可能性的結(jié)論：（1）電勢峰（PH）加速理論：當離開陰極表面的中性原子被電離后，產(chǎn)生的離子和電子存在遷移率的差異，電勢的雙極分布形成局部電場，離子受到靜電力作用而加速；（2）氣動（GD）加速理論：由于陰極和等離子體的受熱存在差異，高壓力梯度的作用使離子加速，同時電子—離子間的摩擦碰撞也可以將動量傳遞給離子；（3）洛倫茲力或電磁（EM）加速理論：陰極斑點內(nèi)的電磁壓力會引起泵收縮效應(yīng)，在高電流密度下可以產(chǎn)生極大的氣動壓力使離子加速。其中，外加電磁場的加速作用很小，對整體而言仍是氣動加速為主導(dǎo)，等離子體束流內(nèi)部瞬時產(chǎn)生的壓力可以達到107Pa，從而氣動膨脹加速達到104m/s，對高速離子而言電子的摩擦加速貢獻最大。

Dobson等[16]在Polk的基礎(chǔ)上，建立了簡化的陰極斑點模型，可以預(yù)測離子電流、離子速度和陰極燒蝕率，從而推導(dǎo)出真空電弧推力器的工作性能參數(shù)。簡化的陰極斑點模型建立在常規(guī)模型一維表面區(qū)域非難熔金屬的穩(wěn)態(tài)過程基礎(chǔ)上，使用能量流平衡的方法確定陰極斑點的表面溫度和尺寸大小，且模型可以在單個和多個陰極斑點上適用。雖然目前只能在現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)提供的電弧放電電流Id=80～300 A和脈沖寬度≥250 μs限定工作范圍內(nèi)使用，但是未來希望在更多試驗上廣泛適用。

3.1.3其他研究模型

Statom[17]提出了一種基于經(jīng)驗預(yù)測的能量平衡模型，由能量守恒定律并且不考慮能量損失，以推進劑材料為研究對象，其產(chǎn)生的離子動能都是從電能轉(zhuǎn)化而來。利用試驗數(shù)據(jù)對上述性能指標的計算進行修正，離子平均電荷態(tài)、離子電流和離子速度可以通過實測得到，避免了使用能量守恒定律計算離子速度時帶來的假設(shè)性誤差。

Keidar等[18]建立了真空電弧等離子流理論模型，用于研究外加磁場對束流的影響和作用。

Rysanek等[19]的研究工作建立了1個試驗基礎(chǔ)上的大粒子團發(fā)射模型，為了降低粒子團在小角度范圍發(fā)射對航天器表面造成的污染，通過試驗研究確定真空電弧中大粒子團的帶電量、質(zhì)量和速度之間的關(guān)系。

3.2工程應(yīng)用進展

阿蘭米達應(yīng)用科學(xué)公司（AASC）長期開展真空電弧推力器技術(shù)研究，2003年開始聯(lián)合美國伊利諾斯大學(xué)研制2U大氣觀測納衛(wèi)星ION（Illinois Ob?serving NanoSatellite）的真空電弧推力器。衛(wèi)星于2006年7月26日發(fā)射，但由于電推進系統(tǒng)未能工作發(fā)射失敗[19-21]。

美國噴氣推進實驗室（JPL）自20世紀90年代開始研制微飛行器使用的激光通信成像系統(tǒng)，為了建立和保持飛行器與地面站的通信連接，軌道姿態(tài)機動采用了冷氣推進系統(tǒng)，而精確位置指向采用了脈沖式的電推進系統(tǒng)。2004年時在NASA的JPL推力測試平臺對真空電弧推力器完成了調(diào)節(jié)原理測試，選用的陰極推進劑材料為鉻，平均元沖量小于1 μNs而脈沖頻率達到200 Hz，通過對脈沖元沖量寬度和頻率的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)寬范圍的推力控制，滿足系統(tǒng)質(zhì)量和精確指向的要求[22]。

美國喬治華盛頓大學(xué)（GWU）從2007年開始微陰極弧電推進（μCAT）的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，阿美斯研究中心（ARC）從2010年開始電話衛(wèi)星（PhoneSat）的研制工作。從2013年開始GWU和ARC聯(lián)合開展3U PhoneSat應(yīng)用μCAT驗證項目。設(shè)計的任務(wù)包括大氣阻尼補償、空間站釋放展開、軌道圓化、傾角修正等。衛(wèi)星試驗驗證的是三通道系統(tǒng)，升級的推力器和PPU針對PhoneSat平臺進行了三推力器系統(tǒng)地面聯(lián)試和真空試驗[23]。

2013年德國Federal Armed Forces大學(xué)開展了真空電弧推力器的研制工作，4臺真空電弧推力器用作德國維爾茨堡大學(xué)（IMUW）研制的UWE-4皮衛(wèi)星的推進系統(tǒng)，于2014年發(fā)射的UWE-4主要用于論證衛(wèi)星編隊飛行的性能。UWE-4基于模塊化的CubeSat設(shè)計，其結(jié)構(gòu)框架由4根導(dǎo)軌組成用于保證衛(wèi)星的機械剛度，4臺推力器與結(jié)構(gòu)框架進行了集成式的模塊化設(shè)計[11]。

2013年日本九州技術(shù)研究所（KIT）啟動了3U Horyu-4衛(wèi)星項目，該衛(wèi)星使用真空電弧推力器系統(tǒng)進行定向。衛(wèi)星高壓太陽電池陣在軌產(chǎn)生300 V母線電壓直接驅(qū)動推力器點火，利用存儲于電容器中的電荷放電產(chǎn)生電弧[24-25]。

美國喬治華盛頓大學(xué)（GWU）和美國海軍研究院工程部（USNA）聯(lián)合研制了用于在軌驗證的微陰極電弧推力器（μCAT）系統(tǒng)，搭載1.5U BRICSat-P衛(wèi)星平臺于2015年5月20日發(fā)射，推進系統(tǒng)由4通道微推力器子系統(tǒng)組成，每個通道可獨立工作用于姿態(tài)控制、變軌及離軌試驗[26]。

4　結(jié)論與展望

目前，國外對真空電弧推力器技術(shù)的研究工作正在向提高技術(shù)成熟度的方向開展，并逐步從基礎(chǔ)理論機理研究向空間搭載飛行驗證推進，部分較成熟的工程樣機已經(jīng)成功實現(xiàn)了軌道轉(zhuǎn)移和姿態(tài)控制測試，結(jié)果驗證了微納衛(wèi)星平臺搭載真空電弧推力器工作的可行性。

未來真空電弧推力器技術(shù)的研究重點將逐漸細化，主要包括六個方面：

（1）微觀工作過程建模仿真：建立起瞬態(tài)的、非穩(wěn)態(tài)的真空電弧陰極斑點模型[16]；

（2）推力器結(jié)構(gòu)及性能優(yōu)化：磁增強技術(shù)[27-29]、電極結(jié)構(gòu)改進[11-12，30-31]和雙工作模式[32]；

（3）長壽命及高可靠性研究：推進劑材料可補給設(shè)計、陰極斑點運動均勻燒蝕[33]；

（4）低電壓無觸發(fā)點火技術(shù)：初始等離子體產(chǎn)生機理、電極間導(dǎo)電薄膜動態(tài)消耗[34]；

（5）系統(tǒng)小型化模塊化集成：推力器系統(tǒng)設(shè)計改進、PPU和衛(wèi)星平臺集成設(shè)計[21]；

（6）推力矢量控制[35]及測試與診斷技術(shù)[12]等。

真空電弧推力器具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，借鑒國外的相關(guān)研究經(jīng)驗，對于未來我國真空電弧推力器技術(shù)的發(fā)展，需要從理論機理、測試診斷、改進優(yōu)化和系統(tǒng)集成各方面全面開展研究，在奠定堅實理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，為整個推進系統(tǒng)的研發(fā)以及微納衛(wèi)星平臺的應(yīng)用推廣提供技術(shù)支持和前進方向。

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THE REVIEW OF VACUUM ARC THRUSTER

REN Liang，ZHANG Tian-ping，WU Xian-ming，LI Xiao-tian
（Science and Technology on Vacuum Technology and Physics Laboratory，Lanzhou Insitute of Physics，Lanzhou 730000，China）

With the development of micro/nano-satellite platform in recent years，the application of Vacuum Arc Thruster（VAT）as the main thrust source for attitude control and orbital maneuver gains attention of researchers.Compared with traditional cold-gas engine and ion thruster propulsion，VAT has many advantages，such as，miniaturization，low power consumption，low voltage，high efficiency，high specific impulse，wide range regulable，low cost，long lifetime and high reliability.This paper reviewed on the abroad technical development of VAT and presented VAT’s system composition，basic theory，physical process and key technologies.The VAT’s technical characteristics，research progresses and development tendency were also analyzed，which would serve the technical research and system development of VAT in the future.

vacuum arc；micro thruster；micro/nano-satellite；cathode spot

V43

A

1006-7086（2016）05-0265-06

10.3969/j.issn.1006-7086.2016.05.004

2016-03-21

CAST基金項目（YJJ0701），LIP自主研發(fā)項目（YSC0716）

任亮（1990-），男，甘肅白銀人，碩士研究生，主要從事空間電推進技術(shù)研究。E-mail：renliang_42195@sina.com。