[發明專利]一種基于HEMPT推力器的mN級推力連續可調電推進系統及方法

有效

• 申請號: 201610972893.5
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106401795B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 高俊;李永;湯章陽;劉國西;陳濤;毛威;扈延林;汪旭東;鄒達人;李宗良;周成;于洋;王戈
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: F02K9/80
• 分類號: F02K9/80
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 楊春穎

技術領域

本發明涉及一種基于HEMPT推力器的mN級推力連續可調電推進系統及方法，屬于航天器推進技術領域，主要應用于航天器無拖曳控制。

背景技術

高精度無拖曳控制技術目前主要應用于引力波探測、重力場高精度測量等科學任務，從有效載荷測量精度及控制精度需求來看，屬于當前精度要求最高、控制指標最復雜的空間任務。所謂的無拖曳控制技術，即采用慣性檢測和微推力控制相結合，在航天器上施加持續的推力，以此“抵消”大氣或太陽光壓等非保守力的作用，其目的是要為超高精度測量儀器(比如重力梯度儀)提供一個近乎“純引力”作用下的飛行環境，滿足有效載荷正常工作對平臺的技術需求，使其免于因為過大的加速度而進入飽和狀態。

對于航天器無拖曳控制任務，為了實時補償軌道周期變化所導致的大氣阻力變化，必須實現mN級推力連續可調，同時因為軌道維持所需要的速度增量較大，對推進系統的比沖也提出了極高要求。要滿足上述兩個要求，變推力的電推進系統是最優選擇。因此mN級變推力電推進系統是實現無拖曳控制的核心技術之一，要實現無拖曳控制技術的在軌應用，必須突破mN級推力連續調節電推進系統關鍵技術。

目前國內外航天器廣泛應用的電推進系統主要是基于固定推力的電推進系統，其推力基本保持不變或者兩到三個推力工況點，無法滿足無拖曳控制對推力連續調節的需求。目前國外無拖曳控制航天器采用的mN級變推力電推進系統則是基于考夫曼型氙離子推力器，其系統結構復雜、重量大、工作電壓高。

發明內容

本發明解決的技術問題為：克服現有技術不足，提供一種基于HEMPT推力器的mN級推力連續可調電推進系統及方法，具有系統簡單可靠、重量輕、工作電壓低、推力調節范圍廣等優點。通過該系統的設計，可實現推力連續調節，推力調節范圍達到1mN～20mN，推力分辨率優于15μN。

本發明解決的技術方案為：一種基于HEMPT推力器的mN級推力連續可調電推進系統，包括：HEMPT推力器、電推進控制單元、比例流量貯供單元、數字化調節電源單元；

電推進控制單元，接收星上控制指令，在星上控制指令控制下，電推進控制單元產生兩組驅動控制信號，分別為驅動控制信號1和驅動控制信號2，驅動控制信號1送至比例流量貯供單元，驅動控制信號2送至數字化調節電源單元；同時，電推進控制單元采集比例流量貯供單元反饋的遙測信號1和數字化調節電源單元反饋的遙測信號2，并將遙測信號1和遙測信號2形成遙測包送至外部星上計算機；電推進控制單元由外部星上一次電源供電；

數字化調節電源單元，能夠將星上一次電源轉換為HEMPT推力器工作所需要的二次功率電源送給HEMPT推力器；

比例流量貯供單元，能夠存儲推進劑，并對推進劑供給進行管理；

驅動控制信號1和驅動控制信號2分別控制比例流量貯供單元和數字化調節電源單元為HEMPT推力器提供點火工作所需的推進劑流率和功率，實現HEMPT推力器的正常點火；

比例流量貯供單元將HEMPT推力器工作時的推進劑流率形成遙測信號1反饋給電推進控制單元；

數字化調節電源單元將HEMPT推力器工作時的功率形成遙測信號2反饋給電推進控制單元；

驅動控制信號1控制比例流量貯供單元為HEMPT推力器提供所需的推進劑方法如下：

比例流量貯供單元，能夠存儲和管理推進劑，比例流量貯供單元包括比例閥；在電推進控制單元送來的驅動控制信號1的驅動控制下為HEMPT推力器正常工作提供額定陽極和陰極流率的推進劑，陰極流率供給保持恒定，而陽極流率供給則采用比例閥控制，能夠實現陽極流率供給連續調節，以滿足推力粗調的需求。

驅動控制信號2控制數字化調節電源單元為HEMPT提供所需的功率方法如下：

數字化調節電源單元，將星上一次電源轉換為HEMPT推力器工作所需要的二次功率電源，包括陰極加熱電源、點火電源和陽極電源，為HEMPT推力器工作提供點火脈沖以及電離和加速電場；同時，數字化調節電源單元，在電推進控制單元送來的驅動控制信號2的驅動控制下，實現各二次功率電源的啟停和功率調節，陰極加熱電源為恒流源、點火電源為脈沖電源，陽極電源為數字化控制電壓源，能夠實現陽極電壓的連續調節，以滿足推力精調的需求。