[發明專利]離子推力器寬功率范圍多模式工作點優化方法和控制方法

有效

• 申請號: 201710780836.1
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107725295B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 張天平;趙以德;楊褔全;池秀芬;孫運奎;江豪成
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

本發明公開了一種離子推力器寬功率范圍多模式工作點優化方法，屬于電推進技術領域。本發明利用不同束電壓，相同束流下最佳供氣參數基本一致經驗，將功率模式分解為幾種束流模式，再同一束流下分解出不同束電壓模式，通過兩級分解實現所要求功率范圍及其多模式工作點。通過采取本發明所描述的方法，可大幅簡化寬功率范圍多模式電推進系統復雜性，并且提高電推進系統可靠度。本發明還提供了利用上述工作點優化方法所獲得工作模式進行離子推力器控制的方法，能夠實現寬功率范圍下離子推力器始終工作在最佳高效工作狀態。

技術領域

本發明涉及推進技術領域，尤其涉及一種離子推力器寬功率范圍多模式工作點優化方法和利用該工作點優化結果進行離子推力器控制的方法。

背景技術

在深空探測任務中電推進系統作為主推進，由于其高比沖、長壽命等特點，可以大大節省推進劑攜帶量，增加航天器有效載荷比例，具有很強的優勢；甚至有些任務只有選擇電推進系統才能完成。

深空探測任務需要高效率、高比沖的電推進系統，這就需要離子推力器工作在最佳工作點，以滿足長距離的空間飛行，縮短探測周期。隨著航天器離開太陽距離的增加，太陽能效率快速降低，要求推力器具備寬功率范圍內高效工作能力，即需要在功率范圍內劃分多個工作點，每個工作點對應一個模式，每個工作點具有對應的控制參數，根據所需功率采用對應的控制參數進行離子推力器的控制，使其在各種模式下均工作在最佳工作點。

目前，已經出現了多模式的離子推力器，例如通信衛星平臺采用的離子推力器為雙模式，但是寬功率范圍希望劃分更多的模式，一般深空探測任務主推進離子推力器要求工作模式10個以上。但是，如果將寬功率范圍劃分為更多的工作點，則需要對每個工作點設計其電參數和氣參數。其中，氣參數一般不能實現寬范圍的連續可調，電參數的調節則比較容易。如果希望氣參數連續可調，則電推進系統的貯供單元則設計的比較復雜。其中，氣參數為流率，包括陰極流率、陽極流率和中和器流率；電參數主要指束電壓工作點。

可見，如果多工作點設計方法不當，將使離子電推進系統變得非常復雜，甚至無法實現。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種離子推力器寬功率范圍多模式工作點優化方法，在氣參數不容易實現寬范圍連續可調的限制下，實現多工作點設計，簡化貯供單元的復雜度，提高電推進系統可靠度。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種離子推力器寬功率范圍多模式工作點優化方法，其特征在于，該方法將多工作點進行二級分解，包括：

步驟一、首先在離子推力器所能正常引出的束流范圍，以及在電推進系統貯供單元最易調節的流率點限制下，確定多個束流點；

步驟二、確定每個束流點下的不同束電壓點；束電壓點和對應的束流點組成一個模式的工作點。

優選地，所述步驟一具體為：

步驟11、在離子推力器所能正常引出的束流范圍內，根據電推進系統所能提供的最大功率和所要求的推力、比沖確定離子推力器的最大束流和最大束電壓；根據電推進系統最小功率和所要求的推力、比沖確定離子推力器的最小束流和最小束電壓；

步驟12、在最小束流和最大束流范圍內，依據電推進系統貯供單元最易調節的流率點，將束流范圍分解為多個束流點。

優選地，所述步驟二具體為：

步驟21、在不同束流點下通過陰極流率優化試驗和放電損耗優化試驗，確定每個束流點下的最佳流率；

步驟22、針對每個束流點，在對應的最佳流率下，通過調節屏柵電壓，確定該束流點下出現過聚焦和欠聚焦的束電壓，得到可允許的束電壓范圍；在可允許的束電壓范圍內，根據電推進系統所要求工作模式數，確定該束流點下的不同束電壓點。