[發明專利]基于氫電弧推力器和氫氧發動機的空間站水基推進系統

有效

• 申請號: 201510860374.5
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105438501B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 林震;李永;耿永兵;宋濤;尹文娟;唐飛;王猛杰
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明涉及空間站推進系統，特別是一種基于氫電弧推力器和氫氧發動機的空間站水基推進系統。

背景技術

空間站是中國在研的最大規模的航天器，迎風面積較大，且在低軌道上運行，為了克服外層空間大氣阻力，維持軌道高度，需要消耗大量的推進劑。現有的空間站的衛星推進系統沿用傳統的基于甲基肼/四氧化二氮的雙組元推進系統，每年需要超過3000kg推進劑用于空間站的正常運行。

同時，載人空間站為了給長期在軌工作宇航員提供生存必須的水和氧氣，空間站通過水電解系統電解水產生一定壓力的氫氧氣體，其中，氧氣主要用于維持空間站的氧氣環境，保證航天員呼吸，氫氣作為廢氣經過處理后排出。目前，空間站運行過程中會產生大量航天員生活廢水和電解廢氣(氫氣)，這些廢水和廢氣不僅難以得到利用，而且還需要耗費額外的資源對其進行處理和排放。

為了解決空間站在軌運行推進劑消耗巨大和空間站廢氣廢水難以有效利用的問題，需要提出一種能夠高效利用氫氧氣體產生推力的推進系統。另外由于空間站廢氣廢水產生的氫氧氣體比例低于氫氧當量比1：8，即氫氣多氧氣少且二者比例并不固定。因此需要推進系統能夠對氫氧氣體有多種使用形式，可以在一定程度上調整氫氧氣體的消耗比例。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于氫電弧推力器和氫氧發動機的空間站水基推進系統，能夠高效利用空間站廢氣和廢水，并為空間站提供在軌運行所需的推力，可為空間站每年節省推進燃料25％以上。

本發明的技術解決方案是：基于氫電弧推力器和氫氧發動機的空間站水基推進系統，包括廢水處理及電解模塊、氫氧存儲模塊、氫氧供給模塊、氫電弧推力器模塊、氣氫氣氧發動機模塊，其中

廢水處理及電解模塊，包括廢水入口、第一氧氣出口、第一氫氣出口，過濾單元、電解單元；廢水入口接收空間站廢水送至過濾單元，過濾單元對廢水進行過濾后送至電解單元，電解單元對過濾后的廢水進行電解得到氧氣、氫氣，將氧氣經第一氧氣出口送至氫氧存儲模塊，將氫氣經第一氫氣出口送至氫氧存儲模塊；

氫氧存儲模塊，包括第一氧氣入口、第二氧氣出口、第一氫氣入口、第二氫氣出口、氧充填裝置、高壓氧氣瓶、氫充填裝置、高壓氫氣瓶；第一氧氣入口接收氧氣，并將氧氣經氧充填裝置送至高壓氫氣瓶，第一氫氣入口接收氫氣，并將氫氣經氫充填裝置送至高壓氫氣瓶，氧充填裝置調節第一氧氣入口或高壓氧氣瓶氣壓，使第一氧氣入口處氧氣氣壓大于高壓氧氣瓶內氧氣氣壓且低于高壓氧氣瓶額定存儲氣壓，氫充填裝置調節第一氫氣入口或高壓氫氣瓶氣壓，使第一氫氣入口處氫氣氣壓大于高壓氫氣瓶內氧氣氣壓且低于高壓氫氣瓶額定存儲氣壓，高壓氧氣瓶存儲氧氣，并將氧氣經第二氧氣出口送至氫氧供給模塊，高壓氫氣瓶存儲氫氣，并將氫氣經第二氫氣出口送至氫氧供給模塊；

氫氧供給模塊，包括第二氧氣入口、氧減壓器、第三氧氣出口、第二氫氣入口、氫減壓器、第三氫氣出口、第四氫氣出口；

第二氧氣入口接收氧氣后送至氧減壓器，氧減壓器將氧氣進行降壓，得到降壓后的氧氣并送至第三氧氣出口，第三氧氣出口將氧氣送至氣氫氣氧發動機模塊，第二氫氣入口接收氫氣后送至氫減壓器，氫減壓器將氫氣進行降壓，得到降壓后的氫氣并分別送至第三氫氣出口、第四氫氣出口，第三氫氣出口將氫氣送至氣氫氣氧發動機模塊，第四氫氣出口將氫氣送至氫電弧推力器模塊；

氫電弧推力器模塊，包括第三氫氣入口、氫電弧推力器支路；第三氫氣入口接收氫氣后送至氫電弧推力器支路，氫電弧推力器支路包括流量控制器、氫電弧推力器，流量控制器接收外部流量指令，根據流量指令控制送至氫電弧推力器的氫氣流量，氫電弧推力器產生用于空間站的動量輪卸載及姿態位置控制的推力，其中，氫電弧推力器支路為至少2個；所述的流量指令包括輸送至氫電弧推力器的氫氣流量；

氣氫氣氧發動機模塊，包括第三氧氣入口、第四氫氣入口、氫氧發動機支路；第三氧氣入口接收氧氣后送至氫氧發動機支路，第四氫氣入口接收氫氣后送至氫氧發動機支路，氫氧發動機支路中的氫氧發動機產生用于空間站的高度保持的推力，其中，氫氧發動機支路為至少2個。

所述的氣氫氣氧發動機模塊中氫氧發動機需要的氧氣和氫氣重量比為4-8。

所述的高壓氧氣瓶或高壓氫氣瓶的額定存儲氣壓為2-15MPa。

所述的降壓后的氧氣或降壓后的氫氣的氣壓為1.4MPa-1.6MPa。

本發明與現有技術相比的優點在于：