[發(fā)明專利]一種用于皮納衛(wèi)星的液氨推進系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104358663B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉智;蒙濤
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F03H99/00
• 分類號: F03H99/00;B64G1/42;F17C13/02;F17C13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液化氣微推進技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于皮納衛(wèi)星的液氨推進系統(tǒng)。

背景技術(shù)

皮納衛(wèi)星具有重量輕、體積小、研制周期短、成本低、功能密度大、發(fā)射靈活等特點，在通信、遙感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。微小衛(wèi)星的發(fā)展，可以說是國際航天技術(shù)和空間技術(shù)的一場劃時代的革命，同時也使我國航天事業(yè)面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。小衛(wèi)星分類一般是依據(jù)重量來劃分，國內(nèi)外在此方面有著不同的標準。國內(nèi)普遍的劃分原則為：公斤量級的衛(wèi)星稱為皮衛(wèi)星，10公斤量級的衛(wèi)星稱為納衛(wèi)星。

單顆皮納衛(wèi)星可以完成的任務(wù)有限，隨著皮納衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和其應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，小衛(wèi)星編隊飛行和小衛(wèi)星星座成為皮納衛(wèi)星發(fā)展的必然趨勢。利用多顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)可以完成許多復(fù)雜昂貴的大衛(wèi)星所無法完成的工作，如組成分布式星載載波雷達、衛(wèi)星三維立體成像、高辨率合成孔徑對地遙感等等。要完成上述任務(wù)，就必然對衛(wèi)星間相對軌道位置的保持、高精度的姿態(tài)控制提出較高的要求。因此，迫切需要發(fā)展微推進技術(shù)和微推進器。

綜合國內(nèi)外微小衛(wèi)星推進系統(tǒng)的選用經(jīng)驗，對于總重在50kg級以下的微小衛(wèi)星，基本局限于常規(guī)的冷氣推進。冷氣微推進技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)mN級別的微推力，并且已經(jīng)通過了飛行驗證，技術(shù)上是成熟的。傳統(tǒng)的冷氣微推進技術(shù)采用氮氣作為推進劑，比沖較低而且容易造成貯箱體積過大，對于質(zhì)量體積要求更小的微納衛(wèi)星而言，傳統(tǒng)的冷氣推進系統(tǒng)便不再適用。為了克服傳統(tǒng)推進劑的不足，國內(nèi)外多采用液化氣推進技術(shù)的方案，主要的推進劑有丁烷、丙烷和氨等，目前也得到了飛行驗證。如上海微小衛(wèi)星工程中心研制的第一顆伴隨衛(wèi)星神舟七號(SZ-7)伴隨衛(wèi)星利用液氨在真空中的閃蒸特性，采用了液氨推進技術(shù)。

隨著空間任務(wù)日益復(fù)雜化，快速研制以滿足空間任務(wù)的快速響應(yīng)成為了微小衛(wèi)星領(lǐng)域的研究重點。國內(nèi)現(xiàn)有微推進技術(shù)大多是針對微納衛(wèi)星而言，專門針對10公斤量級的皮納衛(wèi)星卻很少提及；同時，國內(nèi)現(xiàn)有微推進技術(shù)的相關(guān)發(fā)明主要是說明微推進裝置的結(jié)構(gòu)特點，沒有從機電一體化的角度完整地公開軌控推進系統(tǒng)的特點與功能等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種能滿足皮納衛(wèi)星的液氨推進系統(tǒng)，該推進系統(tǒng)不僅體積小、重量輕、功耗低，同時還具有比沖較大、結(jié)構(gòu)簡單研制周期短、安全性能高、一體化多功能、空間即插即用等特點，對10公斤量級的皮納衛(wèi)星具有普遍的適用性。

一種用于皮納衛(wèi)星的液氨推進系統(tǒng)，包括數(shù)字信號處理電路和微推進裝置；所述的微推進裝置包括儲存液氮的推進系統(tǒng)貯罐，與推進系統(tǒng)貯罐連通的推力器，以及安裝在推進系統(tǒng)貯罐和推力器間的電磁閥；所述數(shù)字信號處理電路包括信息監(jiān)測模塊、控制開關(guān)模塊、接口通信模塊；

所述的信息監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測推進系統(tǒng)當前運行狀態(tài)；

所述的控制開關(guān)模塊，用于控制所述的電磁閥，以啟動或關(guān)閉所述的推力器；

所述的接口與通信模塊，用于將推進系統(tǒng)當前運行狀態(tài)信息反饋給衛(wèi)星，并接收衛(wèi)星發(fā)送的遙控指令。

本發(fā)明的液氨推進系統(tǒng)使用液氨作為推進劑，液氨的飽和蒸汽壓跟溫度相關(guān)，儲存溫度范圍-30℃～50℃時，貯罐內(nèi)壓力為0.15～2.4MPa。

所述的信息監(jiān)測模塊包括：

三軸加速度計，用于監(jiān)測衛(wèi)星的加速度信息；

電磁閥電流反饋信息單元，用于監(jiān)測液氨推進系統(tǒng)是否正常處于開啟狀態(tài)或是關(guān)閉狀態(tài)；

壓力傳感器，用于獲取推進系統(tǒng)貯罐內(nèi)的液氨壓力。

所述控制開關(guān)模塊為單片機通過片內(nèi)產(chǎn)生PWM的方式控制電磁閥的開關(guān)，從而控制推進器的開啟與關(guān)閉。

接口與通信模塊用于將推進系統(tǒng)當前運行狀態(tài)信息反饋給衛(wèi)星，同時也接收衛(wèi)星發(fā)送的遙控指令。所述接口通信模塊是單片機通過SPI總線與衛(wèi)星相互通信，數(shù)字信號處理電路實現(xiàn)了本發(fā)明一體化多功能的特點，接口通信模塊只需要通過SPI總線與衛(wèi)星連接通信，即插即用，具有普遍的適用性。

所述的單片機獲取電磁閥電流反饋信息單元的電磁閥電流信息，并通過片內(nèi)10位ADC直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；

所述的壓力傳感器的信息和三軸加速度計信息，需先通過12位A/D芯片轉(zhuǎn)成數(shù)字量，然后通過單片機片內(nèi)SPI讀取采樣信息；單片機的采樣頻率為20Hz，即每秒鐘需要循環(huán)采樣20次。

所述的電磁閥采用NMOS管作為開關(guān)驅(qū)動電路，單片機通過產(chǎn)生高低電平來控制NMOS的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制電磁閥的開關(guān)。

所述的電磁閥與推進系統(tǒng)貯罐之間安裝有過濾器，且所述的推力器為沿軌道前進方向正負安裝的兩組，適應(yīng)相對兩個方向的推力輸出。