[發(fā)明專利]類球形結(jié)構(gòu)高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810434762.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108648848B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏彥;徐飛;何世熠;王鵬;肖文磊;姜利祥;歐學(xué)東;歐陽(yáng)曉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): G21H1/10
• 分類號(hào): G21H1/10;B64G1/40
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，包括但不限于：類球形矢量合成支架、核能動(dòng)力面元、面元控制開(kāi)關(guān)、面元傳熱單元、熱電轉(zhuǎn)換中心五個(gè)子結(jié)構(gòu)，其特征在于：

（1）類球形矢量合成支架，其為一類球形外凸構(gòu)型，由一到多種正多邊形平面拼接組成類球形結(jié)構(gòu)，使正多邊形平面上附著的核能動(dòng)力面元的獨(dú)立推力指向類球形結(jié)構(gòu)中心，進(jìn)而提供了分推力的矢量合成為總推力的基本構(gòu)型，是高精度推力和方向控制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；

（2）核能動(dòng)力面元，由薄膜基底上附著α放射性衰變材料形成；α放射性衰變材料向基底側(cè)2π空間發(fā)射的α粒子被基底阻擋吸收，不形成推力，向開(kāi)放的2π空間發(fā)射的α粒子，形成推力；該面元的推力垂直于面元表面，從基底側(cè)指向α放射性衰變材料側(cè)，面元開(kāi)放面積提供推力，被遮擋面積不提供推力，衰變材料在放射性耗盡前恒定發(fā)熱；面元與面元控制開(kāi)關(guān)的最大開(kāi)放孔徑尺寸一致、配準(zhǔn)，面元位于面元控制開(kāi)關(guān)底部；

（3）面元控制開(kāi)關(guān)對(duì)核能動(dòng)力面元的面積、推力進(jìn)行連續(xù)控制；面元控制開(kāi)關(guān)成疊層環(huán)形，形成中央通道；面元的面積遮擋結(jié)構(gòu)采用多葉結(jié)構(gòu)，多葉結(jié)構(gòu)嵌入控制結(jié)構(gòu)中；開(kāi)關(guān)采用對(duì)旋方式，控制結(jié)構(gòu)正轉(zhuǎn)，多葉結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)打開(kāi)，通道擴(kuò)大，面元提供的推力變大；反之亦然，控制結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，多葉結(jié)構(gòu)正轉(zhuǎn)關(guān)閉，通道縮小，面元提供的推力變小；

（4）面元傳熱中心為高導(dǎo)熱材料的中空管構(gòu)成，連接每個(gè)核能動(dòng)力面元與熱電轉(zhuǎn)換中心，使得面元與熱電轉(zhuǎn)換中心的熱端充分換熱；中空內(nèi)部穿行面元控制開(kāi)關(guān)的控制走線；

（5）熱電轉(zhuǎn)換中心具有熱端、熱電轉(zhuǎn)換器件和冷端三層結(jié)構(gòu)，熱端和冷端形成溫差，通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換器件持續(xù)發(fā)電；冷端仍有較高熱量，繼續(xù)作為航天器熱源使用。

2.如權(quán)利要求1所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：使用核能自發(fā)衰變能的粒子動(dòng)能作為直接動(dòng)力形成無(wú)源的微推進(jìn)系統(tǒng)，其中衰變?cè)礊樽园l(fā)輻射α衰變?cè)椿蛑凶釉础?/p>

3.如權(quán)利要求1所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：使用核能實(shí)現(xiàn)推進(jìn)、發(fā)電、發(fā)熱的復(fù)合功能；核衰變中質(zhì)量虧損獲得的能量主要以α粒子的動(dòng)能形式存在，使用該動(dòng)能形成反沖推力，被基底和其他結(jié)構(gòu)阻擋的α粒子動(dòng)能最終轉(zhuǎn)化為薄膜熱量，進(jìn)行熱傳導(dǎo)和熱電轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電，再利用冷端余熱，成為無(wú)源推進(jìn)器、同位素電池及同位素?zé)嵩吹慕y(tǒng)一體。

4.如權(quán)利要求1所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：采用對(duì)旋方式進(jìn)行面元控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)方式，從而推力調(diào)整過(guò)程不引入航天器本體的角動(dòng)量變動(dòng)，不需要星本體額外消旋或消震。

5.如權(quán)利要求1所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：將超聲電機(jī)與光闌通過(guò)適應(yīng)性設(shè)計(jì)將二者集成在一起形成面元控制開(kāi)關(guān)，超聲電機(jī)本身與環(huán)形負(fù)載之間的相互配合實(shí)現(xiàn)每個(gè)核能動(dòng)力面元足夠的面積占比和高效的獨(dú)立控制。

6.如權(quán)利要求5所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：面元控制開(kāi)關(guān)的超聲電機(jī)可任意停止，從而實(shí)現(xiàn)光闌的孔徑大小連續(xù)可調(diào)，相應(yīng)的動(dòng)力大小可任意調(diào)整。

7.如權(quán)利要求5所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：面元控制開(kāi)關(guān)具有斷電摩擦自鎖特性，從而實(shí)現(xiàn)光闌的孔徑大小在兩次控制動(dòng)作之間可斷電。

8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：采用單一平面構(gòu)成類足球面，或者采用多種不同尺寸的平面拼接構(gòu)成類球形。

9.如權(quán)利要求8所述的類球形高精度矢量合成核能微推進(jìn)系統(tǒng)，其特征在于：所述的單一平面為三角形、圓形或六角形。