[發明專利]一種用于空間引力波探測的組合式電推進裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202011155196.3
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112373728B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 于達仁;牛翔;劉輝;沈巖;崔凱;曾明;宋培義
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中山大學
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

本發明提出了一種用于空間引力波探測的組合式電推進裝置及控制方法，屬于航天電推進技術領域。解決了現有單一推力器在偏離最佳工作區間工作過程中，效率和比沖等性能參數下降的問題。推進裝置及控制方法，推進裝置包括推力機構和控制機構，所述推力機構控制機構互通訊連接，所述推力機構包括儲供系統、壓力調節模塊、流量調節模塊、氣體工質電推力器、液體工質電推力器和中和器，所述儲供系統與壓力調節模塊相連，所述氣體工質電推力器和液體工質電推力器各連接一個流量調節模塊，兩個流量調節模塊均與壓力調節模塊相連，所述氣體工質電推力器和液體工質電推力器均與中和器相連。它主要用于空間引力波探測。

技術領域

本發明屬于航天電推進技術領域，特別是涉及一種用于空間引力波探測的組合式電推進裝置及控制方法。

背景技術

2015年地面引力波天文臺LIGO首次直接探測到引力波，主要科學家也因此獲得2017年諾貝爾物理學獎。引力波的直接探測不僅是對愛因斯坦廣義相對論進行更精確的檢驗，而且為揭示宇宙演化過程，基礎物理學規律和相對論天體物理學提供了新的手段，因此對物理學和天文學的未來發展有著重要意義。

目前激光干涉測距是實現引力波探測最有效的手段，這要求航天器具有高精度，高穩定度和高微重力水平的超靜平臺。為了實現超靜平臺，衛星內部部署檢驗質量，檢驗質量在天體引力作用下處于自由落體狀態。無拖曳控制系統利用電容式傳感器對衛星平臺和檢驗質量的相對位移進行測量，繼而需要微推力器對太空中航天器會受到太陽光壓等非保守力進行補償，以保證檢驗質量始終處于衛星的中心位置。與化學推力器相比，電推力器具備推力小，推力分辨率高，比沖高，壽命長，結構緊湊等優點。因此，電推力器是實現無拖曳控制技術的最佳手段。

目前，以離子推力器和會切場推力器為代表的氣體工質電推力器和以膠體推力器為代表的液體工質電推力器均能滿足引力波探測需求。氣體工質電推力器一般以氙氣作為工質，通過氣體在通道內部與電子碰撞電離產生離子，離子在電磁場的作用下加速噴出，從而產生推力。液體工質電推力器以強極性液體作為工質，通過精度很高的微型泵輸送到發射極，然后在抽取極和發射極間高場強的作用下，推進劑中的正離子排斥到液體表面，形成泰勒錐。當發射極與加速極之間的電場力大于液體表面張力時，泰勒錐頂端會破裂呈純離子和小液滴，形成細流絲，在電場中加速噴出，形成推力。

氣體工質電推力器和液體工質電推力器由于工作原理和自身特點的不同，導致其最佳的工作區間有限。單一推力器雖然也能滿足引力波探測需求，但是推力器在偏離最佳工作區間工作時，效率和比沖等性能參數較差，造成推進劑利用率下降等問題。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的問題，提出一種用于空間引力波探測的組合式電推進裝置及控制方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種用于空間引力波探測的組合式電推進裝置，它包括推力機構和控制機構，所述推力機構控制機構互通訊連接，所述推力機構包括儲供系統、壓力調節模塊、流量調節模塊、氣體工質電推力器、液體工質電推力器和中和器，所述儲供系統與壓力調節模塊相連，所述氣體工質電推力器和液體工質電推力器各連接一個流量調節模塊，兩個流量調節模塊均與壓力調節模塊相連，所述氣體工質電推力器和液體工質電推力器均與中和器相連。

更進一步的，所述控制機構包括電推進控制器和功率處理單元，所述推力機構和功率處理單元均分別與電推進控制器互通訊連接，所述功率處理單元給推力機構供電。

更進一步的，所述氣體工質電推力器為會切場推力器或離子推力器。

更進一步的，所述氣體工質電推力器以氙氣作為工質。

更進一步的，所述液體工質電推力器為膠體推力器。

更進一步的，所述液體工質電推力器以極性液體作為工質。

更進一步的，所述組合式電推進裝置與無拖曳控制系統相連。