本公開涉及一種結(jié)構(gòu)推進劑。具體地，其涉及一種用于離子火箭的結(jié)構(gòu)推進劑(spir)。

背景技術(shù)：

航天器(諸如衛(wèi)星)要求在太空(in-space，太空中)推進系統(tǒng)用于軌道站保持以及其他在軌機動(on-orbitmaneuver)。航天器上常常使用霍爾推進器來在太空提供高比沖推進?；魻柾七M器要求驅(qū)逐惰性推進劑質(zhì)量。目前，在常規(guī)霍爾推進器設(shè)計中，霍爾推進器推進劑存儲在燃料筒中。這些常規(guī)設(shè)計的缺點在于，推進劑和燃料筒構(gòu)成了航天器上的顯著質(zhì)量，而航天器發(fā)射費用直接與航天器質(zhì)量相關(guān)。因而，用于霍爾推進器的這些常規(guī)設(shè)計(需要顯著的質(zhì)量)大大地增加了航天器發(fā)射費用。因此，需要一種用于航天器的較低質(zhì)量霍爾推進器設(shè)計的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開涉及一種用于離子火箭的結(jié)構(gòu)推進劑(spir)的方法、系統(tǒng)及裝置。在一個或多個實施方式中，一種用于航天器的在太空推進的方法包括通過移除設(shè)備移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分。該方法進一步包括通過移除設(shè)備將該部分送入霍爾推進器系統(tǒng)中。此外，該方法包括通過霍爾推進器系統(tǒng)利用該部分作為推進劑來產(chǎn)生推力。

在一個或多個實施方式中，移除設(shè)備包括至少一個機械切割機和/或至少一個激光切割機。在一些實施方式中，至少一個機械切割機包括至少一個切割輪和/或至少一個剪刀機構(gòu)。

在至少一個實施方式中，結(jié)構(gòu)是航天器的上部級(upperstage)。在一些實施方式中，上部級包括至少一個結(jié)構(gòu)支撐件和/或至少一個上部級殼體。在一個或多個實施方式中，結(jié)構(gòu)由鎂、鉍、鋅和/或銦制造。

在一個或多個實施方式中，結(jié)構(gòu)的該部分通過移除設(shè)備以帶的形式移除。在至少一個實施方式中，移除設(shè)備經(jīng)由至少一個纜線拴系至航天器。在一些實施方式中，移除設(shè)備是繞航天器移動的機器人設(shè)備。在一個或多個實施方式中，移除設(shè)備包括至少一個輪子和/或至少一個推進器。

在至少一個實施方式中，一種用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)包括移除設(shè)備，該移除設(shè)備移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分，并將該部分送入霍爾推進器系統(tǒng)中。該系統(tǒng)進一步包括利用該部分作為推進劑來產(chǎn)生推力的霍爾推進器系統(tǒng)。

特征、功能以及優(yōu)點可在本公開的各種實施方式中獨立實現(xiàn)或者可與又一些其他實施方式結(jié)合實現(xiàn)。

附圖說明

參考以下說明、所附權(quán)利要求和附圖，將更好地理解本公開的這些和其它特征、方面和優(yōu)點，其中：

圖1是描繪了可由根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)使用的航天器的示例性上部級的圖示。

圖2是示出了可由根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)使用的霍爾推進器系統(tǒng)的圖示。

圖3是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)的圖示，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分的移除設(shè)備的俯視圖，該移除設(shè)備采用切割輪。

圖4是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖3的移除設(shè)備的側(cè)視圖的圖示。

圖5是描繪了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)的圖示，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分的移除設(shè)備的俯視圖，該移除設(shè)備采用激光器。

圖6是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖5的移除設(shè)備的側(cè)視圖的圖示。

圖7是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)的圖示，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分的移除設(shè)備的俯視圖，該移除設(shè)備采用剪刀機構(gòu)。

圖8是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖7的移除設(shè)備的側(cè)視圖的圖示。

圖9是描繪了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的方法的流程圖。

具體實施方式

本文中公開的方法和裝置提供了一種用于離子火箭的結(jié)構(gòu)推進劑(spir)的操作系統(tǒng)。本公開的系統(tǒng)提供了一種將多余的航天器結(jié)構(gòu)用于燃料的spir方法。具體地，該系統(tǒng)提供了一航天器，該航天器包括可以重新利用為用作機載推進器的推進劑質(zhì)量的特定結(jié)構(gòu)。重新利用為燃料的特定結(jié)構(gòu)將由鎂制造，該特定結(jié)構(gòu)將變?yōu)橛糜陔x子推進器(例如，霍爾推進器)的推進劑質(zhì)量。例如，航天器的上部級結(jié)構(gòu)(其將由鎂制造)將由機載霍爾推進器系統(tǒng)作為推進劑消耗。

通常，對于大部分航天器，航天器發(fā)射載荷大大地超過在太空載荷。這導(dǎo)致航天器上的多余結(jié)構(gòu)。該多余結(jié)構(gòu)不僅對在軌沒有作用，而且由于航天器的質(zhì)量增加，進一步減小航天器的有限燃料的△v能力。將不需要的結(jié)構(gòu)用于在太空推進劑質(zhì)量增加了用于航天器有效載荷的可利用質(zhì)量。

本公開的系統(tǒng)通過消耗航天器結(jié)構(gòu)的不需要的部件來提供推進劑質(zhì)量。所公開的系統(tǒng)利用可以最終用于燃料的結(jié)構(gòu)來代替僅要求滿足發(fā)射載荷的現(xiàn)有航天器結(jié)構(gòu)。該配置設(shè)計增加了可利用燃料供給并且優(yōu)化了總航天器質(zhì)量用途。

應(yīng)該注意的是，已經(jīng)建造了使用鎂作為推進劑的霍爾推進器。然而，對于這些系統(tǒng)，鎂推進劑并非像通過本公開的系統(tǒng)所執(zhí)行的那樣從不需要的結(jié)構(gòu)“提取”。

為了提供系統(tǒng)的更詳盡描述，在以下描述中闡述了許多細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，所公開的系統(tǒng)可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在其他情況中，沒有詳細地描述眾所周知的特征，以便不必要地使所描述的系統(tǒng)不清楚。

本文中可以根據(jù)功能部件和/或邏輯部件和各種處理步驟來描述本公開的實施方式。應(yīng)當(dāng)認識到，這種部件可通過被配置為執(zhí)行特定功能的任意數(shù)量的硬件、軟件、和/或固件部件來實施。例如，本公開的實施方式可以采用各種集成電路部件(例如，存儲元件、數(shù)字信號處理元件、邏輯元件、查詢表等)，這些集成電路部件可以在一個或多個處理器、微處理器或者其他控制設(shè)備的控制下實施各種功能。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本公開的實施方式可以與其他部件結(jié)合來實踐，并且本文中描述的系統(tǒng)僅是本公開的一個示例性實施方式。

為了簡潔起見，本文中可能不詳細描述與霍爾推進器系統(tǒng)以及系統(tǒng)的其他功能方面相關(guān)的常規(guī)方法和部件(以及系統(tǒng)的單獨操作部件)。此外，本文中包含的各種附圖中示出的連接線旨在代表各種元件之間的示例性功能關(guān)系和/或物理耦接。應(yīng)注意的是，本公開的實施方式中可以存在許多替換的或者另外的功能關(guān)系或者物理連接。

圖1是描繪了可以由根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)使用的航天器的示例性上部級110的圖示100。在該圖中，所示的上部級110是△iv第二級。應(yīng)當(dāng)注意的是，在一個或多個實施方式中，由與圖1中所示的上部級110不同的制造商制造的不同的上部級可以由所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)使用。

還在該圖中，上部級110被示出為包括上部級殼體120，該上部級殼體的形狀是圓柱形。另外，上部級110被示出為包括呈柵格構(gòu)造的多個結(jié)構(gòu)支撐件130。

圖2是示出了可以由根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)使用的霍爾推進器系統(tǒng)210的圖示200。在該圖中，霍爾推進器系統(tǒng)210被示出為包括皮帶運輸機220、氣封230、蒸發(fā)器240、隔離器250以及霍爾推進器260。

在霍爾推進器系統(tǒng)210的操作期間，將推進劑的固體帶270送入皮帶運輸機220中。在該實例中，鎂帶是由霍爾推進器系統(tǒng)210利用的固體帶270的類型。然而，應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，可以使用除鎂帶以外的其他類型的固體帶270，包括但不限于鉍帶、鋅帶以及銦帶。

皮帶運輸機220將固體帶270送入氣封230中。然后，蒸發(fā)器240加熱固體帶270使得固體帶270轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。氣封230防止氣體泄漏。

然后，使用隔離器250控制氣體流向霍爾推進器260?；魻柾七M器260于是使用氣體作為推進劑來產(chǎn)生推力。

圖3是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進器的系統(tǒng)的圖示300，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)330的一部分的移除設(shè)備310的俯視圖，該移除設(shè)備采用切割輪320。在該圖中，移除設(shè)備310采用與開罐器設(shè)計相似的機械切割機，包括切割輪320和鋸齒輪340。移除設(shè)備310還被示出為包括多個推進器350和纜線360。

在操作期間，在航天器(未示出)已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備310(其為機器人設(shè)備)將用于從結(jié)構(gòu)330“提取”材料用作用于位于航天器的霍爾推進器系統(tǒng)的固體推進劑。在該實例中，結(jié)構(gòu)330是上部級。因而，移除設(shè)備310可以“提取”上部級的各種部件，包括但不限于上部級殼體以及上部級的結(jié)構(gòu)支撐件。然而，應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，結(jié)構(gòu)330可以是除上部級以外的來自航天器的不同的結(jié)構(gòu)。

并且，對于該實例，結(jié)構(gòu)330由鎂制造。鎂在結(jié)構(gòu)上是高效的，并且在體積上比鋁輕近似百分之三十四(34％)。鎂具有良好的耐疲勞性和振動阻尼能力。然而，應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，結(jié)構(gòu)330可以由除鎂以外的材料制造，包括但不限于鉍、鋅以及銦。

在航天器已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備310(其經(jīng)由纜線360拴系至結(jié)構(gòu)330(或者拴系至航天器上的另一位置)在以帶370的形式移除(通過使用切割輪320)結(jié)構(gòu)330的至少一部分的同時繞結(jié)構(gòu)330行進(或者移動)。切割輪320和鋸齒輪340的組合在移除結(jié)構(gòu)330的一部分期間輔助引導(dǎo)移除設(shè)備310越過結(jié)構(gòu)330的邊緣。移除設(shè)備310上的推進器350輔助移除設(shè)備310繞結(jié)構(gòu)330移動。應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，移除設(shè)備310可以包括至少一個輪子(和/或其他類似類型的運輸設(shè)備，諸如至少一個滾球)以輔助其自身繞結(jié)構(gòu)330的移動。

在移除設(shè)備310已經(jīng)以帶370的形式移除結(jié)構(gòu)330的該部分之后，移除設(shè)備310將帶370送入位于航天器上的霍爾推進器系統(tǒng)(未示出)中(參考圖2，圖2示出了固體帶270被送入霍爾推進器系統(tǒng)210中)?；魻柾七M器系統(tǒng)將使用帶370作為推進劑來產(chǎn)生用于航天器的推力以獲得各種在軌機動。

圖4是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖3的移除設(shè)備310的側(cè)視圖的圖示400。在該圖中，移除設(shè)備310被示出為包括切割輪320和鋸齒輪340。

圖5是描繪了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)的圖示500，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)330的一部分的移除設(shè)備510的俯視圖，該移除設(shè)備采用激光器520。在該圖中，移除設(shè)備510采用包括激光器520的激光切割機。移除設(shè)備310還被示出為包括一對導(dǎo)向輪530、多個推進器550以及纜線360。

在操作期間，在航天器(未示出)已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備510(其為機器人設(shè)備)將用于從結(jié)構(gòu)330“提取”材料用作用于位于航天器的霍爾推進器系統(tǒng)的固體推進劑。在航天器已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備510(其經(jīng)由纜線360拴系至結(jié)構(gòu)330(或者拴系至航天器上的另一位置))在以帶370的形式移除(通過使用激光器520)結(jié)構(gòu)330的至少一部分的同時繞結(jié)構(gòu)330行進(或者移動)。導(dǎo)向輪530在移除結(jié)構(gòu)330的一部分期間輔助引導(dǎo)移除設(shè)備510越過結(jié)構(gòu)330的邊緣。移除設(shè)備510上的推進器550輔助移除設(shè)備510繞結(jié)構(gòu)330移動。應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，移除設(shè)備510可以包括至少一個輪子(和/或其他類似類型的運輸設(shè)備，諸如至少一個滾球)以輔助其自身繞結(jié)構(gòu)330的移動。

在移除設(shè)備510已經(jīng)以帶370的形式移除結(jié)構(gòu)330的該部分之后，移除設(shè)備310將帶370送入位于航天器上的霍爾推進器系統(tǒng)(未示出)中(參考圖2，圖2示出了固體帶270被送入霍爾推進器系統(tǒng)210中)?；魻柾七M器系統(tǒng)將使用帶370作為推進劑來產(chǎn)生用于航天器的推力以獲得各種在軌機動。

圖6是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖5的移除設(shè)備510的側(cè)視圖的圖示600。在該圖中，移除設(shè)備510被示出為包括激光器520和一對導(dǎo)向輪530。移除設(shè)備510被示出為以帶370的形式移除(通過使用激光器520)結(jié)構(gòu)330的至少一部分。

圖7是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的系統(tǒng)的圖示700，該圖示示出了移除航天器的結(jié)構(gòu)330的一部分的移除設(shè)備710的俯視圖，該移除設(shè)備采用剪刀機構(gòu)720。在附圖中，移除設(shè)備710采用包括剪刀機構(gòu)720的機械切割機。移除設(shè)備710還被示出為包括一對導(dǎo)向輪730、多個推進器750以及纜線360。

在操作期間，在航天器(未示出)已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備710(其為機器人設(shè)備)將用于從結(jié)構(gòu)330“提取”材料用作用于位于航天器的霍爾推進器系統(tǒng)的固體推進劑。在航天器已經(jīng)被推進到最終軌道中之后，移除設(shè)備710(其經(jīng)由纜線360拴系至結(jié)構(gòu)330(或者拴系至航天器上的另一位置))在以帶370的形式移除(通過使用剪刀機構(gòu)720)結(jié)構(gòu)330的至少一部分的同時繞結(jié)構(gòu)330行進(或者移動)。導(dǎo)向輪730在移除結(jié)構(gòu)330的一部分期間輔助引導(dǎo)移除設(shè)備710越過結(jié)構(gòu)330的邊緣。移除設(shè)備710上的推進器750輔助移除設(shè)備710繞結(jié)構(gòu)330移動。應(yīng)注意的是，在其他實施方式中，移除設(shè)備710可以包括至少一個輪子(和/或其他類似類型的運輸設(shè)備，諸如至少一個滾球)以輔助其自身繞結(jié)構(gòu)330的移動。

在移除設(shè)備710已經(jīng)以帶370的形式移除結(jié)構(gòu)330的該部分之后，移除設(shè)備710將帶370送入位于航天器上的霍爾推進器系統(tǒng)(未示出)中(參考圖2，圖2示出了固體帶270被送入霍爾推進器系統(tǒng)210中)?；魻柾七M器系統(tǒng)將使用帶370作為推進劑來產(chǎn)生用于航天器的推力以獲得各種在軌機動。

圖8是示出了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的圖7的移除設(shè)備710的側(cè)視圖的圖示800。在該圖中，移除設(shè)備710被示出為包括剪刀機構(gòu)720和一對向?qū)л?30。移除設(shè)備710被示出以帶370的形式移除(通過使用剪刀機構(gòu)720)結(jié)構(gòu)330的至少一部分。

圖9是描繪了根據(jù)本公開的至少一個實施方式的所公開的用于航天器的在太空推進的方法900的流程圖。在方法900的開始910，移除設(shè)備移除航天器的結(jié)構(gòu)的一部分920。然后，移除設(shè)備將該部分送入霍爾推進器系統(tǒng)中930?；魻柾七M器系統(tǒng)于是利用該部分產(chǎn)生推力940。然后，方法900結(jié)束950。

盡管已示出并且描述了具體實施方式，但是應(yīng)理解的是，以上論述并非旨在限制這些實施方式的范圍。盡管本文中公開和描述了本發(fā)明的許多方面的實施方式和變化，但是這樣的公開僅是為了解釋和說明的目的而提供的。因此，在不背離權(quán)利要求的范圍的情況下，可以做出各種變化和修改。

盡管已示出并且描述了具體實施方式，但是應(yīng)理解的是，以上論述并非旨在限制這些實施方式的范圍。盡管本文中公開和描述了本公開的許多方面的實施方式和變化，但是這樣的公開僅是為了解釋和說明的目的而提供的。因此，在不背離權(quán)利要求的范圍的情況下，可以做出各種變化和修改。

如果上述方法指明以特定次序發(fā)生某些事件，則受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，次序可以被修改，并且這樣的修改依照本公開的變型。此外，方法的部分如果可能可以在并行處理中同時進行，以及連續(xù)進行。另外，可以進行方法的更多部分或更少部分。

因此，實施方式旨在舉例說明可能落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的替換物、修改以及等同物。

雖然本文中公開了特定示例性實施方式和方法，但本領(lǐng)域技術(shù)人員從以上公開可顯而易見的是，在不背離所公開的技術(shù)的真實精神和范圍的情況下，可以對這種實施方式和方法進行改變和修改。存在所公開的技術(shù)的多個其他實例，每個實例僅在細節(jié)方面區(qū)別于其他實例。因此，旨在使所公開的技術(shù)應(yīng)僅被限制到所附權(quán)利要求以及適用法律的條例和法則要求的范圍。