[發明專利]一種離子電推進系統在全壽命周期下的工作方法

有效

• 申請號: 202110531381.6
• 申請日: 2021-05-16
• 公開（公告）號: CN113202708B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 趙以德;耿海;吳宗海;李建鵬;張興民;楊浩;楊福全;孫運奎
• 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，具體公開了一種離子電推進系統在全壽命周期下的工作方法，系統包括控制單元、電源處理單元、貯供單元以及離子推力器，控制單元用于確定離子推力器的最佳工作模式；獲取當前狀態下的電參數與流率參數，并與最佳工作模式下的最佳工作參數進行對比，若電參數與流率參數未達到最佳工作參數，則產生控制信息向電源處理單元和貯供單元發送；電源處理單元為離子推力器供電；貯供單元為離子推力器供氣。本發明實現了離子推力器全壽命周期內時刻工作在最佳工作模式，且該工作模式下各工作參數為最佳，實現多模式電推進系統在深空探測領域自主運行，進而保障以離子電推進系統作為主推進的探測任務順利完成。

技術領域

本發明涉及航天器推進技術領域，尤其涉及一種離子電推進系統在全壽命周期下的工作方法。

背景技術

電推進技術作為一種先進空間推進技術，已經在空間各個應用領域得到了廣泛應用。尤其在深空探測任務中，電推進技術以其高比沖、長壽命等特點，可以大大節省推進劑攜帶量，增加航天器有效載荷比例，具有很強的優勢。

在深空探測任務中隨著航天器離開太陽距離的增加，太陽能效率不斷降低，這要求電推進系統具備根據航天器提供電能和航天器軌道設計完成工作模式自主選擇的能力。另外，隨著電推進系統工作時間增加，離子推力器關鍵設計尺寸由于遭受長期離子濺射磨損而發生變化，再加上在一般深空探測任務中隨工作時間的增加推力器工作功率越來越小，而離子推力器小功率點工作參數對離子推力器的關鍵設計尺寸更為敏感，離子推力器初期設計的最佳工作參數由于濺射磨損已不再適用，這要求電推進系統具備全壽命周期內根據敏感參數完成最優參數自匹配能力，從而實現長期服役。

發明內容

本發明的目的是針對以離子電推進系統為主推進的深空探測任務中，由于航天器距離太遠距離變化造成的輸出功率變化，以及由于離子推力器長期工作磨損造成的最佳工作參數變化問題，提出了一種離子電推進系統在全壽命周期下的工作方法。

本發明的一種離子電推進系統，離子電推進系統包括控制單元、電源處理單元、貯供單元以及離子推力器，其中：

控制單元與電源處理單元、貯供單元相連接，用于根據電源處理單元的電參數確定離子推力器的最佳工作模式；以及，根據最佳工作模式產生控制信息向電源處理單元和貯供單元發送；以及，獲取當前狀態下的電參數與流率參數，并與最佳工作模式下的最佳工作參數進行對比，若電參數與流率參數未達到最佳工作參數，則產生控制信息向電源處理單元和貯供單元發送；

電源處理單元與離子推力器相連接，通過控制信息將其電參數進行調整，并為離子推力器供電；

貯供單元與離子推力器相連接，通過控制信息將其流率參數進行調整，并為離子推力器供氣；

離子推力器與電源處理單元、貯供單元相連接，通過電源處理單元的供電以及貯供單元的供氣達到最佳工作模式，使系統的工作參數達到最佳工作參數。

進一步地，電源處理單元包括陰極觸持電源、陰極點火電源、陰極加熱電源、陽極電源、屏柵電源、加速電源、中和器觸持電源、中和器點火電源、中和器加熱電源。

進一步地，貯供單元包括氙氣瓶以及壓力調節模塊、流量調節模塊，壓力調節模塊和流量調節模塊安裝于氙氣瓶向離子推力器供氣的管路上；壓力調節模塊和流量調節模塊均與控制單元相連接。

本發明的一種離子電推進系統在全壽命周期下的工作方法，包括：

S1：控制單元獲取電推進系統輸入功率，根據電推進系統輸入功率確定離子推力器的最佳工作模式；

S2：控制單元根據最佳工作模式產生對應的控制信息向電源處理單元和貯供單元發送；

S3：電源處理單元通過控制信息將其電參數進行調整，并為離子推力器供電；

S4：貯供單元通過控制信息將其流率參數進行調整，并為離子推力器供氣；