[其他]具有推力調(diào)制的靜電離子推進(jìn)器的宇宙飛行器及其有關(guān)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 88102177
• 申請日: 1988-04-21
• 公開（公告）號: CN88102177A
• 公開（公告）日: 1988-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 查奧恩靳·A·杜雷安;波斯奇爾·羅博特·L
• 申請（專利權(quán)）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(mào)易促進(jìn)委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

本發(fā)明總的涉及航天飛行器推進(jìn)器，特別是涉及用于旋轉(zhuǎn)宇宙飛行器的離子推進(jìn)發(fā)動機(jī)。

利用離子源來給宇宙飛行器提供推進(jìn)動力的概念很早就提出來了。在這方面有兩個(gè)早期的專利，一個(gè)是美國專利NO.3052088（戴維斯及其合作者），另一個(gè)是美國專利NO.3156090（考夫曼），這兩個(gè)專利都敘述了靜電離子推進(jìn)裝置。但是目前幾乎所有用于行星或地球軌道應(yīng)用方面的推進(jìn)系統(tǒng)都是化學(xué)推進(jìn)器。由于軌道衛(wèi)星延長壽命的需要，因而對具有靜電離子推進(jìn)器優(yōu)美的那些推進(jìn)器的需要日益增長。盡管衛(wèi)星的各個(gè)部件能夠在宇宙空間長時(shí)間工作，但定向推進(jìn)劑耗盡卻要求衛(wèi)星退役，這一直是限制衛(wèi)星壽命的一個(gè)因素。定向推進(jìn)劑主要是用來保持南北方向的定向，因?yàn)楸仨氀a(bǔ)償太陽及月亮的引力，這個(gè)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(wèi)星，采用離子推進(jìn)系統(tǒng)硬設(shè)備及推進(jìn)劑來代替化學(xué)液體雙元推進(jìn)劑可以使該衛(wèi)星的壽命延長一倍。這種可能性是由于離子推進(jìn)器比化學(xué)推進(jìn)器的比沖要大得多而且離子推進(jìn)器的能源是太陽。

離子推進(jìn)器是靠高速排出離子推進(jìn)劑來產(chǎn)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(wù)要求以及推進(jìn)劑要求來選擇的。比沖通常有一個(gè)最佳值。對于給定的排出速度，推力水平的調(diào)節(jié)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(shí)間排出的離子數(shù)目）。為了旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星的姿態(tài)控制，需要在短時(shí)間內(nèi)使離子束流量有很大的變化，而這一點(diǎn)對于目前可供使用的離子推進(jìn)系統(tǒng)來講是很不易控制的。

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

在過去研制的離子推進(jìn)子系統(tǒng)中，汞一直用來作為推進(jìn)劑，這是因?yàn)楣脑恿看髲亩芙o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(jìn)劑的處理過程。

對于靠旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定的衛(wèi)星希望這樣做：如南北定向用的推進(jìn)器（1個(gè)或多個(gè)）按排在偏離衛(wèi)星的軸線位置上，這樣可以靠推力的旋轉(zhuǎn)同步調(diào)制來同時(shí)校正速度及旋轉(zhuǎn)軸姿態(tài)。使用偏離軸線的化學(xué)推進(jìn)器并采用斷-開式脈沖來控制速度及姿態(tài)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(diào)制對于其質(zhì)量中心是偏離旋轉(zhuǎn)軸的雙旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星也是重要的，因?yàn)樗苁拱葱D(zhuǎn)周期平均的推力通過宇宙飛行器的質(zhì)量中心。

離子推進(jìn)推進(jìn)器的斷脈沖推力調(diào)制出現(xiàn)了化學(xué)推進(jìn)器中未出現(xiàn)過的問題。這些推進(jìn)器要求一個(gè)相當(dāng)長的起動時(shí)間，達(dá)幾分鐘的量級。另外進(jìn)入等離子區(qū)的推進(jìn)劑流量的電機(jī)械調(diào)制是不夠理想的，因?yàn)殡y于準(zhǔn)確控制，且機(jī)械閥門的重覆運(yùn)行使可靠性降低。

因此本發(fā)明的主要目的是提供一個(gè)沒有上述問題及缺點(diǎn)的衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是要提供一個(gè)推力能夠調(diào)制的靜電離子推進(jìn)器。

本發(fā)明的再一個(gè)目的是要提供一個(gè)離子束流量不變的推力可調(diào)制的靜電離子推進(jìn)器。

本發(fā)明的另一目的是要提供機(jī)械閥門不需重覆運(yùn)行的推力調(diào)制靜電離子推進(jìn)器。

本發(fā)明的再一個(gè)目的之一是要提供推力調(diào)制靜電離子推進(jìn)器的操作方法。

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

本發(fā)明還有另一個(gè)目的是要提供一個(gè)運(yùn)行壽命更長的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定衛(wèi)星。

本發(fā)明還有另一個(gè)目的是要提供一個(gè)質(zhì)量中心偏離軸線的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定衛(wèi)星，該衛(wèi)星用推力調(diào)制靜電離子推進(jìn)器來實(shí)現(xiàn)南北定向。