[發明專利]一種微弧陰極放電微型電推進模塊

有效

• 申請號: 201611039300.6
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106742073B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 耿金越;龍軍;劉旭輝;魏福智;仝穎剛;扈延林;毛威;陳君;沈巖
• 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: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種微弧陰極放電微型電推進模塊，包括電源、電感線圈、控制開關、分流器、陰極、陽極和電磁線圈；電源提供直流電，并用分流器進行測量，控制開關閉合時為電感線圈充電，控制開關斷開時對外界產生瞬間高壓，若外界電路導通，則向外界提供電流直至電感線圈儲存的電能完全釋放；陰極和陽極受到瞬間高壓時放電擊穿導通，燒蝕陰極表面并生成等離子體，在電磁線圈的磁力線作用下，等離子體聚焦加速噴出，產生推力。本發明采用固體金屬作為推進劑，解決了微推進模塊體積較大的問題；通過電磁線圈和控制開關配合并利用電弧放電剩余電流，解決了電感線圈功耗浪費的問題；通過電磁線圈聚焦推進器陰極表面的等離子體，提高了推進器比沖。

技術領域

本發明涉及一種微弧陰極放電微型電推進模塊，尤其適用于微納衛星的在軌運行，屬于微型電推進模塊技術領域。

背景技術

隨著微納技術的發展，小衛星漸趨微型化，與傳統的大衛星相比，微納衛星體積小、質量輕、轉動慣量小，用于軌道與姿態控制所需推力小，要求精度高，一般為毫牛量級，甚至到微牛量級；另外，微納衛星能夠提供的電源功率都不高。因此，傳統大型衛星上采用的化學推進裝置以及電推進裝置均不適合微納衛星。

微納衛星一般在較低軌道運行，所在軌道空氣密度較大，為延長微納衛星的在軌時間或者提高姿態調控及軌道機動性，亟需研制適用于微納衛星特性的微型推進模塊。在現有技術中，較成熟的微推進模塊有冷氣微推進模塊和微型化學推進模塊，由于質量的限制，常規的微推進模塊能夠提供的總沖普遍較低。

傳統的微推進模塊存在如下問題：

第一、體積較大，傳統的微型推進裝置，例如微型冷氣推進模塊、微型化學推進模塊、以及微型霍爾推進模塊或微型離子推進模塊等微型電推進模塊均需要采用專門的推進劑貯罐、管路、閥門等貯供裝置，造成體積較大。

第二、功耗浪費，現有模塊通電后，各部分均開始產生靜態功耗，有些部分并不需要工作，這就造成了功耗浪費，這在大衛星上尚可接受，但會使本來能源就很緊張的微納衛星出現能源緊缺的狀況。

第三、總沖較低，現有較成熟的微型冷氣推進模塊和微型化學推進模塊比沖均比較低，由于微納衛星對重量的限制，導致微型冷氣推進模塊、微型化學推進模塊等常規微推進模塊能夠提供的總沖普遍較低。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，本發明提供了一種微弧陰極放電微型電推進模塊，通過采用固體金屬作為推進劑，去除了專門的推進劑貯供模塊，大幅縮小了微推進模塊的體積，解決了傳統微推進模塊體積較大的問題；通過電磁線圈和控制開關的配合且有效利用電弧放電的剩余電流，有效降低了微推進模塊的功耗，解決了電感線圈功耗浪費的問題；通過電磁線圈聚焦推進器陰極表面的等離子體，提高了推進器的比沖，顯著提升了微推進模塊的總沖，克服了傳統微推進模塊總沖較低的難題。

本發明的技術解決方案是：

一種微弧陰極放電微型電推進模塊，包括電源控制單元和推進器，其中：

電源控制單元包括電源、電感線圈、控制開關和分流器；電源提供直流電，并通過分流器進行測量，控制開關閉合時為電感線圈充電，控制開關斷開時對外界產生瞬間高壓，若外界電路導通，則向外界提供電流直至電感線圈儲存的電能完全釋放；

推進器包括陰極、絕緣環、陽極和電磁線圈；陰極和陽極受到瞬間高壓時放電擊穿絕緣環表面導通，燒蝕陰極表面并生成等離子體，在電磁線圈所生成的磁力線作用下，等離子體聚焦加速噴出，產生推力。

在上述的一種微弧陰極放電微型電推進模塊中，所述電源正極與電感線圈一端相連，電感線圈另一端與控制開關一端連接，控制開關另一端分別與分流器一端和電源負極相連，分流器另一端接地。