[發明專利]一種改進設計的無質損電磁推進系統

在審

• 申請號: 202111475132.6
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114233593A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 陳粵;張軔;范晨;蘇宏博;劉丹;裴李簫;陳暉照;劉杰;宮成;王平華
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

本發明是一種改進設計的無質損電磁推進系統，包括控制器、功率測量模塊、信號源、放大器、環行器、功率分配器、移相器、相位測量模塊、耦合器、推力器諧振腔等，本發明將包括兩個功率入口的推力器諧振腔引入無質損電磁推進系統，要求兩個功率入口輸入的微波同頻率且相位差保持在90度附近，將功率?頻率閉環控制和兩個功率入口之間的相位差控制同時引入無質損電磁推進系統，使得無質損電磁推進能夠同時實現頻率匹配和相位差控制，能夠滿足具有兩個功率入口的無質損電磁推力器的頻率穩定匹配和功率入口相位差控制，可以有效改進無質損電磁推進的工作性能，延長航天器使用壽命，并能夠在此基礎上產生新概念航天器。

技術領域

本發明屬于航天器推進系統設計領域，涉及一種改進設計的無質損電磁推進系統。

背景技術

無質損電磁推進是近年來出現的一種新概念推進技術，該技術利用微波在特定結構諧振腔內的不均勻分布產生推力，是一種革命性的新技術，可以大幅度提高航天器的性能，并可能基于此技術產生新概念航天器。推力器諧振腔設計和無質損電磁推進分系統設計是該領域的關鍵技術。推力器諧振腔設計主要包括結構、材料、電磁場分布等，無質損電磁推進分系統設計指圍繞推力器諧振腔搭建的微波系統設計，包括信號源、功率放大器、頻率匹配控制等。

該領域現有的推力器諧振腔為單功率輸入端口，因此無質損電磁推進分系統僅滿足單功率輸入端口推力器的功率提供和頻率匹配，隨著推力器的設計改進，為提高推力器的推力，提出了兩個功率輸入端口推力器諧振腔設計，要求兩個功率入口輸入的微波同頻率且相位相差90度。因此，需要根據該要求改進設計無質損電磁推進分系統。

發明內容

本發明解決的技術問題為：克服現有技術不足，提供了適用于具有兩個功率入口推力器的無質損電磁推進分系統設計，第一次將推力器腔體的中心頻率控制和兩個功率入口之間的相位差控制同時應用于無質損電磁推進分系統設計，解決了目前該類分系統設計不能匹配兩個功率入口推力器的問題。

本發明解決的技術方案為：一種改進設計的無質損電磁推進系統，包括控制器、功率測量模塊、信號源、放大器、環行器、功率分配器、移相器、相位測量模塊、耦合器、推力器諧振腔；

信號源信號輸出至放大器放大，放大后的功率信號從環行器1口進入，從環行器2口輸出，環行器2口輸出的功率信號經功率分配器分為兩路，其中一路經第一耦合器進入推力器諧振腔的第一功率入口，另外一路經移相器和第二耦合器進入推力器諧振腔的第二功率入口；

功率測量模塊通過推力器諧振腔的功率監測口測量推力器功率狀態信號；

所述無質損電磁推進系統包括功率-頻率閉環控制和相位差閉環控制；

功率-頻率閉環控制如下：

功率測量模塊通過環行器3口測量反射功率狀態信號，功率測量模塊檢測將推力器功率狀態信號和反射功率信號轉換為相應的電壓信號發送至控制器；控制器根據該推力器功率狀態電壓信號判斷推力器功率是否正常；在推力器功率正常的狀態下，控制器根據反射功率電壓信號判斷系統匹配狀態，如果反射功率電壓信號超過閾值，則控制器調節信號源開始掃頻輸出，通過掃頻搜索反射功率最小值，找到推力器腔體中心頻率；

相位差閉環控制如下：

相位測量模塊在推力器腔體中心頻率點測量推力器的第一功率入口和第二功率入口之間的相位差以相位差為相位-頻率閉環的控制目標，當相位差超出控制目標范圍后，控制器調節移相器，使相位差回到控制目標范圍內。

一種改進設計的無質損電磁推進系統，系統啟動前，首先使用功率-頻率閉環控制，找到推力器腔體的中心頻點，功率-頻率閉環保障系統的工作頻率始終跟蹤推力器腔體的中心頻點；然后使用相位差閉環監測，在該中心頻率測量推力器的入射功率和反射功率的相位差當相位差超出90度±5度的范圍后，控制器調節移相器使相位差回到90度±5度。