[發明專利]一種空間推進地面模擬環境用T級高場超導磁體系統

有效

• 申請號: 201911314400.9
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110993247B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 鄭金星;朱小亮;陸坤;劉旭峰;衛靖;吳友軍;劉海洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種空間推進地面模擬環境用T級高場超導磁體系統，包括：冷源輸運系統(1)、上部熱防護抗電磁干擾冷源存儲及供給系統(2)和下部抗羽流共享磁路超導磁體系統(3)；提供一種在將所述的超導磁體從300K到4.2K溫區的冷卻降溫的空間推進地面模擬環境用超導磁體系統。系統應用于大空間真空環境艙室內，用于等離子體的推進；一種空間推進地面模擬環境用超導磁體系統包括上部熱防護抗電磁干擾冷源存儲及供給系統、下部抗羽流共享磁路超導磁體系統和多通道長距離低漏熱冷源輸運系統。

技術領域

本發明涉及一種空間推進地面模擬環境用T級高場超導磁體系統，尤其是涉及一種空間推進地面模擬環境特種低溫冷卻系統，屬于超導磁體應用于空間推進地面模擬環境技術領域。

背景技術

目前，空間核電推進系統是一種將核反應堆產生的熱能轉換成電能并利用電能電離和加速推進劑產生推力的新一代顛覆性空間推進技術，具有高能量密度、大功率、高比沖、長壽命等技術優勢，能徹底解決制約大型航天的能源與推進技術瓶頸。空間核電推進將用于載人火星探測、遠距離深空探測、星際旅行等航天任務。

一種空間推進地面模擬環境是一種用電磁力作用于帶電粒子來產生推力的推進新型電推進技術，在比沖(可達10000s)、推力(可達200N)、體積重量上具有較為明顯的優勢；

前期空間推進地面模擬環境的電磁鐵是用絕緣銅線或鋁線繞在鐵芯上制成的磁體，它在產生強磁場時，因需要在線圈中通入很大的電流，而產生高溫，放出巨大熱量。由于磁體電阻和磁路損耗，大量電能因轉化為熱能而被浪費。利用常規導體要得到較強磁場，就得利用導磁率高的磁性鐵芯，或是增大線圈匝數和加大電流。然而磁性鐵芯的磁化特性有飽和極限且磁性鐵芯過重，難以在大范圍內產生穩定的強磁場，且增加線圈匝數會使增大體積和重量，同時亦無法在小空間范圍內，高效地形成較強磁場。電磁體磁場越強，消耗電能越多，電磁體溫度也越高，這將導致銅、鋁導線或絕緣體的熔化，給強磁場的應用帶來限制。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種空間推進地面模擬環境用T級高場超導磁體系統，制冷機提供冷源維持液氦循環利用形成閉環低溫系統，以解決現有技術電磁鐵電阻和磁路損耗大，磁性鐵芯的磁化特性有飽和極限且磁性鐵芯過重，難以在大范圍內產生穩定的強磁場，且增加線圈匝數會使增大體積和重量，同時亦無法在小空間范圍內，高效地形成較強磁場等特點，要求一種應用于空間推進地面模擬環境的新技術超導磁體具備抵抗高溫熱負荷要求，同時做到防護高能粒子濺射的技術問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種空間推進地面模擬環境用T級高場超導磁體系統，包括：

冷源輸運系統(1)、上部熱防護抗電磁干擾冷源存儲及供給系統(2)和下部抗羽流共享磁路超導磁體系統(3)；

所述冷源輸運系統(1)上、下端口采用敞口結構，分別與上部熱防護抗電磁干擾冷源存儲及供給系統(2)和下部抗羽流共享磁路超導磁體系統(3)連接，所述冷源輸運系統(1) 的連接管道由內向外形成圓柱型包裹，分三層，最內側和最外側采用氬弧密封焊接，中間層采用法蘭對接螺釘緊固連接。

進一步的,所述冷源輸運系統(1)為多通道長距離低漏熱冷源輸運系統，包括長距離冷源連接管道(4)、低輻射漏熱銅導熱法蘭連接管道(5)、不銹鋼連接管道(6)和長距離低管阻承插式液氦注入管道(7)，低輻射銅導熱法蘭連接管道(5)設置于不銹鋼連接管道(6)和長距離液氦連接管道(4)中間，采用1×10-⁴Pa以上高真空環境將兩者隔開，外表面包裹多層鋁箔形成的絕熱材料降低輻射漏熱，形成漏熱小于0.1W低輻射漏熱，多通道長距離低漏熱冷源輸運系統采用多層長距離頸管法蘭連接結構，所述長距離是指跨度大于700mm，形成漏熱小于0.5W長距離低漏熱的輸運系統，連通上部熱防護抗電磁干擾冷源存儲及供給系統(2)和下部抗羽流共享磁路超導磁體系統(3)。