[發明專利]一種基于Kaufman型離子推力器的推力調節方法及衛星應用

有效

• 申請號: 202110525009.4
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113217316B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 胡竟;耿海;王東升;楊福全;郭德洲;李建鵬
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 呂曉蓉

本發明屬于航天器推進技術領域，具體公開了一種基于Kaufman型離子推力器的推力調節方法及衛星應用，推力調節方法包括步驟：確定最大推力下的最大陽極流率；形成多個不同量值的陽極流率；在每個陽極流率下根據預設的第二遞減策略逐漸降低陽極電流，以及在每個陽極電流下根據預設的第三遞減策略逐漸降低磁場強度，輸出推力器對應的推力；在每個陽極流率及陽極電流下推力器的輸出推力最大時，對總加速電壓進行測控。本發明實現推力的寬范圍、高精度、快速連續調節，實現推力器電氣參數調節過程中推力的全覆蓋，確保推力不存在斷檔，實現推力調節的高分辨率，并通過控制總加速電壓的下限值，確保推力器在推力調節過程中不存在推力的異常變化。

技術領域

本發明涉及航天器推進技術領域，尤其涉及一種基于Kaufman型離子推力器的推力調節方法及衛星應用。

背景技術

基于Kaufman離子推力器的推力高精度、寬范圍、連續調節技術主要應用于科學試驗衛星的無拖曳任務及超低軌對地觀測衛星的高精度軌道維持任務，屬于航天器控軌精度最高、技術指標最復雜的飛行任務。

對于科學試驗衛星的無拖曳任務，需要衛星在軌飛行過程中施加連續、穩定、精密的推力，以抵消保守力(重力)之外的非保守力(太陽光壓、大氣阻尼)作用，從而為衛星的核心載荷-重力幅度儀提供“純凈”的任務環境，滿足其正常、穩定工作所需的力學、噪聲環境要求。因此，根據非保守力的變化情況，能夠實時為衛星提供快速、精密、寬范圍可調的推力成為科學試驗衛星推進系統配置選型的基本標準。對于超低軌對地觀測衛星的高精度軌道維持任務，傳統的化學發動機啟動及工作過程中會產生明顯的振動和沖擊環境，對衛星的高精密、清晰、連續成像帶來極大影響；此外，超低軌環境下衛星會遭受大量飛行阻尼，從而加快衛星軌道的下降速度，因此需要頻繁啟動發動機進行軌道維持，這將消耗大量推進劑，若采用傳統的化學發動機將對衛星推進劑的攜帶量提出極高需求，有悖于衛星的高承載、長壽命發展要求。

目前，國內外已實現在軌工程化應用的電推力器均可實現一定的推力調節功能，就推力調節特性而言，主要存在以下特點：1)推力調節變比(最大推力與最小推力的比值)低，推力調節幅度有限，無法滿足推力寬范圍調節需求；2)推力點位單一，多為兩至三個推力工況點，工作模式有限，無法滿足推力連續調節需求；3)推力響應速度差，調節速度慢，無法適應推力快速調節需求；4)推力量級與其分辨率匹配性差，大推力工作時不能實現高精密分辨，高精密分辨時無法實現大推力工作。而得益于Kaufman型離子推力器的固有工作原理，其正常放電與束流引出過程之間存在著較弱的耦合性，有著比沖高、壽命長、推力精確可調的顯著優勢，可以在較寬范圍內實現高效、穩定的工作，成為開展無拖曳飛行任務的科學試驗衛星和實施高精密連續成像任務的超低軌對地觀測衛星的推進系統唯一選擇，同時也是決定衛星空間任務成敗的關鍵。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的主要目的是提供一種基于Kaufman型離子推力器的推力調節方法及衛星應用。

一種基于Kaufman型離子推力器的推力調節方法，包括步驟：

S1：確定推力器在最大推力下的陽極流率，為最大陽極流率；

S2：按照預設的第一遞減策略及最大陽極流率，形成多個不同量值的陽極流率；

S3：在每個陽極流率下，根據預設的第二遞減策略逐漸降低陽極電流，以及在每個陽極電流下根據預設的第三遞減策略逐漸降低磁場強度，輸出推力器對應的推力；

S4：在每個陽極流率及陽極電流下推力器的輸出推力最大時，對總加速電壓進行測控。

進一步地，步驟S3中根據預設的第二遞減策略逐漸降低陽極電流，以及在每個陽極電流下根據預設的第三遞減策略逐漸降低磁場強度，包括：

S31：在當前陽極流率下調節陽極電流以及磁場強度，使推力器的輸出推力達到最大值，且當前的陽極電壓及其振蕩均小于設定值，放電損耗保持在預期量級范圍內時，令此時的陽極電流為最大陽極電流；