[發明專利]一種氙氣加注系統及方法

有效

• 申請號: 201911013567.1
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110848565B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 楊尚榮;楊寶娥;李舒欣;陳鵬飛;劉占一;陳帆;周晨初
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F17C5/06
• 分類號: F17C5/06;F17C13/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 李明澤

本發明公開了一種氙氣加注系統及方法，屬于空間推進系統推進劑加注技術領域。該氙氣加注系統包括氙氣儲罐、電加熱器、氣源閥、星上氣瓶、加注閥、星上氣瓶稱重裝置、真空泵、真空閥、氦氣閥、氦氣瓶、放氣閥、回收裝置、回收閥、絕壓壓力表、純度分析儀和恒溫箱，通過恒溫箱對氙氣儲罐進行降溫，使得氙氣儲罐中的氙為氣液兩相飽和狀態，以便在重力作用下使液態氙處于氙氣儲罐的下部，氣態氙處于氙氣儲罐的上部。電加熱器設置在氙氣儲罐的頂部，對氙氣儲罐上部的氣態氙進行加熱，以增大氙氣儲罐的壓力，通過增加氙氣儲罐的壓力將處于氙氣儲罐下部的液態氙擠壓到星上氣瓶中，一次性完成氙氣加注，上述氙氣加注系統結構簡單，提高了加注速度和加注密度。

技術領域

本發明屬于空間推進系統推進劑加注技術領域，尤其涉及一種氙氣加注系統及方法，適用于所有采用高純氙氣作為推進劑的推進系統的加注過程。

背景技術

電推進系統比沖高，可以有效降低航天器總質量、增加有效載荷、延長在軌壽命。電推進系統幾乎可以用在所有類型的航天器上，如同步通信衛星的軌道轉移、位置保持和離軌處理等類型的航天器。其中，電推進系統最常采用的工作介質為氙氣。在電推進系統中，對氙氣純度要求非常高，需達到水和氧的含量均不能超過2ppm的要求，一旦超過這個要求，則容易造成電推力器陰極氧化，導致壽命受損。

另外，為了減少星上氣瓶的體積，還需要要求氙氣的加注密度較高，如美國深空一號探測器氙氣加注密度1660kg/m³,瑞典SMART-1探測器氙氣加注密度1700kg/m³，地面氙氣源密度一般在1100kg/m³以下。因此，在電推進系統中，氙氣的高純度和高密度加注是實際應用中亟待解決的問題。

為了解決上述氙氣的高純度和高密度加注問題，發明專利(CN104075104A)公開了一種衛星電推進系統熱增壓氙氣加注方法，包括首先將液氮通入熱增壓裝置，使熱增壓裝置中的高壓容器溫度降低，從而使高壓容器內的氙氣壓力隨溫度的降低而降低，當高壓容器內的氙氣壓力低于氙氣儲罐內的壓力,在壓差的作用下，氙氣儲罐中的氙氣會不斷流入高壓容器中；當高壓容器中的氙氣量達到要求值時，則停止通液氮，啟動熱增壓裝置中的加熱裝置，使高壓容器溫度升高，從而使高壓容器內的氙氣壓力隨溫度的升高而升高，高于星上氣瓶內氙氣的壓力,在壓差的作用下，高壓容器中的氙氣會不斷流入星上氣瓶，從而完成氙氣的加注過程。上述過程循環進行，直至加注量滿足任務要求。但上述衛星電推進系統熱增壓氙氣加注方法中的系統較復雜、每次循環加注量較小、加注速度較慢，并且加注密度較低。

發明內容

本發明提供一種氙氣加注系統及方法，以解決現有技術衛星電推進系統熱增壓氙氣加注方法中存在的系統復雜、循環加注量小、加注速度慢，并且加注密度低的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種氙氣加注系統，包括：氙氣儲罐、電加熱器、氣源閥、星上氣瓶、加注閥、星上氣瓶稱重裝置、真空泵、真空閥、氦氣閥、氦氣瓶、放氣閥、回收裝置、回收閥、絕壓壓力表、純度分析儀和恒溫箱；

其中，電加熱器設置在氙氣儲罐的頂部，氙氣儲罐經氣源閥和加注閥與星上氣瓶連接；

真空泵經真空閥、絕壓壓力表、純度分析儀和加注閥與星上氣瓶連接；

氦氣瓶經氦氣閥、絕壓壓力表、純度分析儀和加注閥與星上氣瓶連接；

回收裝置經回收閥、絕壓壓力表、純度分析儀和加注閥與星上氣瓶連接；

星上氣瓶稱重裝置連接至星上氣瓶的下方；

放氣閥經加注閥與星上氣瓶連接；

氙氣儲罐、電加熱器、氣源閥、星上氣瓶、加注閥和星上氣瓶稱重裝置放置在恒溫箱內。