离子推力器停机冷却后,栅极电流恢复正常,表面也找不到明显烧蚀点。
再点火,前八十秒一切平稳;到第九十秒附近,电流开始快速上升。保护系统及时关断,故障时间几乎重复。
第三次不再完整点火,而是在八十秒开始降低功率。栅极电流随温度下降,异常没有出现;功率恢复后,温差再次接近四十七摄氏度,电流立刻抬头。触发条件与热状态紧密相关。
“像定时发作。”林浩说。
推进工程师调出栅极温度。第九十秒时,屏栅与加速栅温差达到四十七摄氏度。两层栅片材料相同,受离子轰击位置不同,热变形方向也不同。冷态孔位同心,热起来以后可能错开。
周野让光学测量从推力器正前方监视孔阵列。普通相机看不出微小位移,激光衍射图却在八十秒后开始偏斜,说明两层数千个小孔的平均同轴度正在变化。
衍射测量使用低功率旁路光,不影响离子束。团队先在冷态转动栅极已知微角度进行标定,确保图样变化能换算成真实孔位偏差,而不是只凭图像“看起来歪了”。
关机后,栅片冷却,衍射图又慢慢回正。没有永久烧穿,不等于没有热态危险。
有限元模型预测热变形只有实测的一半。结构组检查边界条件,发现模型假设栅片外圈均匀夹紧,实际十二个固定点的接触压力并不一致。
将实测压力输入模型后,预测曲线与衍射结果接近。模型本身没有算错,是边界条件把十二个不一样的固定点想成了一样。校准边界比继续细化网格更重要。
螺栓力矩全部合格,其中两处垫片却留下偏心印迹。栅片很薄,固定点压力稍有不同,热膨胀便不能均匀向外释放,中间区域形成浅浅的碟形。
压力膜测量时采用与正式装配相同的分级顺序,否则薄栅片在拆装中会改变状态。两处高压点与衍射偏移方向一致,固定边界终于从模型假设变成实测数据。
梁师傅用一张薄铁片演示,四周均匀按住时加热只会平着涨;一边按得死、一边能滑,中心就会鼓起来。
先将十二点预紧调匀,热态错位下降百分之五十,栅极电流仍在一百二十秒后缓慢上升。边界不均是主要问题,却不是全部。
这一结果也说明不能在找到第一处原因后停止。若只做短时复测,故障会从九十秒推迟到一百二十秒,看起来像通过,真正长时任务仍会失败。
电子显微镜扫描孔边,在第七码区域找到一处不足十微米的毛刺。冷态时它藏在孔壁阴影里,栅片热变形后,两层孔错位,离子束恰好打到毛刺尖端,引发局部二次电子发射。
毛刺来自最后一道激光打孔的熔渣回凝。出厂检验抽查孔径与圆度,没有覆盖数千个孔的三维边缘。
质量组回查同批栅片,抽检孔恰好都位于激光状态稳定的中段。五处毛刺集中在重新起弧后的短区间,说明抽样方法还漏掉了工艺切换位置。
“磨掉就行?”陈大川问。
人工打磨会改变孔形,还可能留下颗粒。化学去毛刺能处理整片,却会让正常孔径一起扩大。周野要求先建立只识别尖锐边缘、不误伤圆滑孔壁的扫描方法。
光学组用不同角度斜照,毛刺尖端会产生高亮反射;算法将高度、曲率和位置结合,十二分钟扫完整片,找出另外四处较小可疑点。
五处可疑点都由人工显微复核并编号。算法还报告十七处材料晶粒亮斑,因没有尖锐高度被排除。检测灵敏度提高以后,如何不把正常纹理全判成缺陷同样关键。
推进工程师重新审视栅片材料。现有钼合金强度够,热导路径却受固定点限制。即便清掉毛刺和调匀预紧,长时间点火后仍可能出现热碟形。
旧栅片在模拟长时温度场中计算出的中心挠度会继续增长百分之三十。修毛刺只能推迟放电,无法消除热态孔错位,重做边界和孔区才有意义。
周野提出把外圈固定改为可控径向滑移,让栅片热胀时保持中心平面;孔区则需要重新制造,消除回凝毛刺。库房里恰有一套报废真空电子管用钼网,材料纯度与高温稳定性更高,只因网孔规格不符无法使用。
系统界面给出重构提示。
【检测到可重构高纯钼网】
【可生成低毛刺复合栅极与径向柔性固定环】
【预计消耗重构点:】
【当前重构点:】
点火九十秒只是开头。真正任务要求连续工作数千小时,新栅极不能只把故障从九十秒推迟到九分钟。