[發(fā)明專利]一種陣列式同軸型真空電弧推力器裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010592687.8
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111720281B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅霞;于新愛;沈震宇
• 申請（專利權(quán)）人: 遨天科技（北京）有限公司
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明涉及一種陣列式同軸型真空電弧推力器裝置，屬于微納衛(wèi)星電推進技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置中的推力器頭數(shù)量處于3到50個之間；且有多種排列方式，這些排列方式統(tǒng)稱為陣列式，如圓形排列、矩形排列以及三角形排列方式。同軸型推力器頭由圓柱狀的陽極，絕緣器和陰極沿徑向依次向外排列組成，陰極在外的結(jié)構(gòu)增加了有效工質(zhì)，提高了推力器的總沖；陰極采用了彈簧推進裝置，當(dāng)陰極端面的金屬材料被燒蝕后，彈簧會推動陰極向遠端面方向移動，直至工質(zhì)燒蝕完；這種陣列式同軸型真空電弧推力器裝置可以通過CPU控制點火時序，可根據(jù)要求產(chǎn)生不同的推力；多數(shù)量的推力器頭之間配合工作不僅使電推力器增加了壽命還使其獲得了較高的總沖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種陣列式同軸型真空電弧推力器裝置，屬于微小衛(wèi)星電推進技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微納衛(wèi)星的動力來源主要是各種推進系統(tǒng)如冷氣推進、化學(xué)推進、電推進、核推進和反物質(zhì)推進、太陽帆推進、束能推進、微型推進和繩系推進等。其中，化學(xué)推進系統(tǒng)是目前使用最為普遍的推進系統(tǒng)，從單組元推進系統(tǒng)發(fā)展到雙組元推進系統(tǒng)，再到雙組元雙模式推進系統(tǒng)，逐步走向成熟。空間化學(xué)推進系統(tǒng)主要應(yīng)用于微納衛(wèi)星的軌道升遷任務(wù)。在軌道轉(zhuǎn)移階段化學(xué)推進系統(tǒng)需要消耗微納衛(wèi)星上總?cè)剂系?0％以上，因而微納衛(wèi)星上攜帶的有限燃料直接決定著衛(wèi)星最終的壽命。目前，我國少數(shù)微納衛(wèi)星的推進系統(tǒng)是冷氣推進，冷氣推進系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、耗能低、無污染等優(yōu)點。但冷氣和化學(xué)推進系統(tǒng)需要大體積的燃料儲箱和重質(zhì)量的低漏率閥門管路，而按照比例縮小的常規(guī)電推進系統(tǒng)往往受到衛(wèi)星功率的制約。由于受限于功率、體積和重量等條件和因素，傳統(tǒng)推進系統(tǒng)無法滿足微納衛(wèi)星的平臺的使用需求。電推進系統(tǒng)因為體積小、質(zhì)量輕、成本低、微推力、高效率、高比沖、長壽命、推力可調(diào)等優(yōu)點，越來越多的被考慮作為微納衛(wèi)星的動力來源。

隨著航天技術(shù)和深空探測技術(shù)的發(fā)展，對微納衛(wèi)星推進模塊提出了更高的要求，例如用于長期監(jiān)控的微納衛(wèi)星需要推進模塊具有較高的總沖以提供長時間的動力，為好精度逼近提供較小的元沖量。微納推進主要可滿足微納衛(wèi)星的推進需求主要包括：阻尼補償、軌道升降、位置保持和機動、姿態(tài)控制、發(fā)射錯誤修正、推力可寬范圍快速調(diào)節(jié)、無拖曳控制、精確編隊飛行等。

如今，電推進系統(tǒng)不僅需要有更長的壽命還需要提供更大的總推力和多種不同的推力。微納衛(wèi)星的壽命主要取決于推進系統(tǒng)的壽命，而每個電推進的壽命是不確定的，主要受陰極材料，燒蝕情況等決定；每個電推進提供的推力也是有限的、確定的。為了解決微納衛(wèi)星因為某個電推進而影響其壽命，需要設(shè)計一個陣列式電推進裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對同軸型真空電弧推力器裝置中推力不可控、壽命有限等技術(shù)現(xiàn)狀，提出一種陣列式同軸型真空電弧推力器裝置。

陣列式同軸型真空電弧推力器裝置為位于微納衛(wèi)星中，包括多個推力器頭；

其中，推力器頭為同軸型電弧推力器頭，其數(shù)量的范圍為3到50；

每個推力器頭為同軸型，包括陽極、陰極、絕緣器、外殼及彈簧，所述推力器頭排列方式為圓形排列、矩形排列、三角形排列、梯形排列以及多邊形排列中的一種；

推力器頭也可以是堆層型以及環(huán)型；

其中，所述陣列式同軸型真空電弧推力器裝置受陣列式控制電路控制；

其中，彈簧為陰極推進裝置，該推進裝置包括但不限于彈簧、彈性推動裝置、彈性機構(gòu)或機電傳動裝置；

其中，機電傳動裝置是機電馬達、壓電馬達以及旋轉(zhuǎn)馬達中的一種；

陣列式控制電路包括電源轉(zhuǎn)換模塊、儲能放電模塊、脈沖控制模塊、開關(guān)驅(qū)動模塊、推力器模塊以及電源模塊；

其中，脈沖控制模塊包括電源處理單元PPU以及CPU；

所述陣列式控制電路采用電感儲能IES反激拓撲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脈沖電壓激發(fā)等離子體初始電弧放電；