[其他]具有推力調制的靜電離子推進器的宇宙飛行器及其有關方法

無效

• 申請號: 88102177
• 申請日: 1988-04-21
• 公開（公告）號: CN88102177A
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發明（設計）人: 查奧恩靳·A·杜雷安;波斯奇爾·羅博特·L
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/40;B64G1/24;F03H1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

本發明總的涉及航天飛行器推進器，特別是涉及用于旋轉宇宙飛行器的離子推進發動機。

利用離子源來給宇宙飛行器提供推進動力的概念很早就提出來了。在這方面有兩個早期的專利，一個是美國專利NO.3052088（戴維斯及其合作者），另一個是美國專利NO.3156090（考夫曼），這兩個專利都敘述了靜電離子推進裝置。但是目前幾乎所有用于行星或地球軌道應用方面的推進系統都是化學推進器。由于軌道衛星延長壽命的需要，因而對具有靜電離子推進器優美的那些推進器的需要日益增長。盡管衛星的各個部件能夠在宇宙空間長時間工作，但定向推進劑耗盡卻要求衛星退役，這一直是限制衛星壽命的一個因素。定向推進劑主要是用來保持南北方向的定向，因為必須補償太陽及月亮的引力，這個引力是傾向于使同步軌道的傾角增加的。對于某一給定的衛星，采用離子推進系統硬設備及推進劑來代替化學液體雙元推進劑可以使該衛星的壽命延長一倍。這種可能性是由于離子推進器比化學推進器的比沖要大得多而且離子推進器的能源是太陽。

離子推進器是靠高速排出離子推進劑來產生推力的。通常排出速度及比沖是由速度增量及可用功率這些任務要求以及推進劑要求來選擇的。比沖通常有一個最佳值。對于給定的排出速度，推力水平的調節通常是靠離子來流量的變化來完成的（離子束流量亦可單位時間排出的離子數目）。為了旋轉衛星的姿態控制，需要在短時間內使離子束流量有很大的變化，而這一點對于目前可供使用的離子推進系統來講是很不易控制的。

B，A付瑞（B.A.Free）在“通訊衛星的電子推進”一文中（“Electric????Propulsionfor????Communications????Satellites”，ComsAT????TM????CL-4-80，COMSAT????yabora-Tories，Januarg1980）首先提出了以下設想：當天體遮蔽太陽時，由電池來給同步通訊衛星上用于南北定向（NSSK，即north-south????StationReeping）的離子推進子系統供電。自此之后就不斷證實：通過按裝高比沖的離子推進子系統來執行南北定向功能從而減少必須攜帶的化學推進劑數量，這能夠給通訊衛星帶來顯著的經濟效益。參見R.L.波歇爾“通訊衛星的離子推進”JSA????SS/AIAA/DGLR????Paper????NO.IEPC????84-43，TORYO????Japan，May????1984。

在過去研制的離子推進子系統中，汞一直用來作為推進劑，這是因為汞的原子量大從而能給出很高的比沖值（ISP），量級約為3000秒。但是惰性氣體氙（xenon）也能提供和汞差不多的性能，并能大大簡化推進劑的處理過程。

對于靠旋轉穩定的衛星希望這樣做：如南北定向用的推進器（1個或多個）按排在偏離衛星的軸線位置上，這樣可以靠推力的旋轉同步調制來同時校正速度及旋轉軸姿態。使用偏離軸線的化學推進器并采用斷-開式脈沖來控制速度及姿態已在授予威姆斯（Willims）的美國專利NO.3758051中加以敘述了。斷脈沖或推力調制對于其質量中心是偏離旋轉軸的雙旋轉衛星也是重要的，因為它能使按旋轉周期平均的推力通過宇宙飛行器的質量中心。

離子推進推進器的斷脈沖推力調制出現了化學推進器中未出現過的問題。這些推進器要求一個相當長的起動時間，達幾分鐘的量級。另外進入等離子區的推進劑流量的電機械調制是不夠理想的，因為難于準確控制，且機械閥門的重覆運行使可靠性降低。

因此本發明的主要目的是提供一個沒有上述問題及缺點的衛星推進系統。

本發明的另一目的是要提供一個推力能夠調制的靜電離子推進器。

本發明的再一個目的是要提供一個離子束流量不變的推力可調制的靜電離子推進器。

本發明的另一目的是要提供機械閥門不需重覆運行的推力調制靜電離子推進器。

本發明的再一個目的之一是要提供推力調制靜電離子推進器的操作方法。

本發明的另一目的是要提供一個方法來調制離子推進器的推力以控制宇宙飛行器的姿態，而這種方法不需要推進器提供零推力。

本發明還有另一個目的是要提供一個運行壽命更長的旋轉穩定衛星。

本發明還有另一個目的是要提供一個質量中心偏離軸線的旋轉穩定衛星，該衛星用推力調制靜電離子推進器來實現南北定向。