本發(fā)明涉及空間推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)使用的是化學(xué)或冷氣推進(jìn)系統(tǒng)，前者燃料需求量大，后者使用壽命低，針對(duì)未來(lái)微納航天器，急需一種具有快速機(jī)動(dòng)能力和長(zhǎng)時(shí)間加速運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)器，其需要做到不僅能夠節(jié)省能源，還要工作壽命長(zhǎng)。

離子推力器比沖高但推力小，冷氣推進(jìn)器比沖低但推力大，前者用于長(zhǎng)期高效工作，后者用于短時(shí)間大推力機(jī)動(dòng)。現(xiàn)有目前國(guó)內(nèi)推進(jìn)系統(tǒng)中一個(gè)衛(wèi)星上即有一套獨(dú)立的冷氣推進(jìn)系統(tǒng)，還有一套完整的離子推進(jìn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，使用冷氣推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)航天器的快速機(jī)能，使用離子推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的加速，解決了傳統(tǒng)化學(xué)和冷氣推進(jìn)系統(tǒng)比沖較低的問(wèn)題，可以大大節(jié)省燃料重量，增加工作壽命，在未來(lái)微納航天器技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的推進(jìn)，其特征是，包含：

離子推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的主推進(jìn)，其包含離子推進(jìn)器、中和器 、儲(chǔ)供單元以及固態(tài)微波源；儲(chǔ)供單元分別連接該離子推進(jìn)器以及中和器以分別向離子推進(jìn)器及中和器提供氙氣；固態(tài)微波源分別連接該離子推進(jìn)器以及中和器以分別向離子推進(jìn)器及中和器提供微波；

冷氣推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的短時(shí)快速機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制，其包含冷氣推力器，離子推進(jìn)系統(tǒng)的儲(chǔ)供單元連接冷氣推力器以向其提供氙氣；

電源，用于向離子推進(jìn)系統(tǒng)以及冷氣推進(jìn)系統(tǒng)供電；

控制器，用于對(duì)離子推進(jìn)系統(tǒng)及冷氣推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)精確控制。

上述的冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，其中，所述離子推進(jìn)系統(tǒng)的儲(chǔ)供單元包含：

加注閥，輸入端連接氙氣氣源；

依次連接的高壓氣瓶、截止閥、第一過(guò)濾器、減壓閥、第一高速開(kāi)關(guān)閥、緩沖裝置、第二過(guò)濾器、第一脈沖電磁閥以及微流量節(jié)流器；高壓氣瓶還連接加注閥輸出端，并由一第一壓力傳感器監(jiān)測(cè)高壓氣瓶?jī)?nèi)氙氣的壓力；

安全閥，設(shè)置在減壓閥的輸出端；

第二壓力傳感器，用于檢測(cè)減壓閥輸出端氙氣的壓力；

第三壓力傳感器，用于檢測(cè)緩沖裝置內(nèi)氙氣的壓力；

高壓氣路隔直器，微流量節(jié)流器的輸出端通過(guò)該高壓氣路隔直器連接離子推力器；

低壓氣路隔直器，微流量節(jié)流器的輸出端通過(guò)該低壓氣路隔直器連接中和器；

高壓微波隔直器，固態(tài)微波源的輸出端通過(guò)該高壓微波隔直器連接離子推力器；

低壓微波隔直器，固態(tài)微波源的輸出端通過(guò)該低壓微波隔直器連接中和器。

上述的冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，其中，所述的冷氣推進(jìn)系統(tǒng)還包含：

第二脈沖電磁閥，其作為冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，其輸入端連接離子推進(jìn)系統(tǒng)中儲(chǔ)供單元的減壓閥輸出端；

多個(gè)冷氣推力器，每個(gè)冷氣推力器分別連接第二脈沖電磁閥的輸出端，實(shí)現(xiàn)航天器多自由維度位置與姿態(tài)控制；每個(gè)冷氣推力器分別包含冷氣推力器噴嘴、節(jié)流器以及第二高速開(kāi)關(guān)閥。

上述的冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，其中：

所述控制器根據(jù)星載計(jì)算機(jī)的指令信號(hào)控制第一高速開(kāi)關(guān)閥、第一脈沖電磁閥、第二脈沖電磁閥以及第二高速開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)。

上述的冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，其中：

所述冷氣推進(jìn)系統(tǒng)包含12個(gè)冷氣推力器，航天器每個(gè)平面上布置4臺(tái)，實(shí)現(xiàn)航天器六自由度位置與姿態(tài)控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：將冷氣推進(jìn)系統(tǒng)和離子推進(jìn)系統(tǒng)兩者合二為一，提供完整的高比沖、高推力解決方案，解決了傳統(tǒng)化學(xué)和冷氣推進(jìn)系統(tǒng)比沖較低的問(wèn)題，可以大大節(jié)省燃料重量，增加工作壽命，因而在未來(lái)微納航天器技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種冷氣和離子復(fù)合推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的推進(jìn)，其包含：離子推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的主推進(jìn)，其包含離子推進(jìn)器16、中和器22、儲(chǔ)供單元以及固態(tài)微波源20，中和器22噴出電子電流與離子推進(jìn)器16噴出離子電流相等；儲(chǔ)供單元分別連接該離子推進(jìn)器16以及中和器22以向離子推進(jìn)器16和中和器22提供所需要的微小流量的氙氣；固態(tài)微波源20分別連接該離子推進(jìn)器16以及中和器22以分別向離子推進(jìn)器16及中和器22提供微波；冷氣推進(jìn)系統(tǒng)，用于航天器的短時(shí)快速機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制，其包含冷氣推力器，離子推進(jìn)系統(tǒng)的儲(chǔ)供單元連接冷氣推力器以向其提供一定壓力和流量的氙氣；電源23，用于向離子推進(jìn)系統(tǒng)以及冷氣推進(jìn)系統(tǒng)供電；控制器29，用于對(duì)離子推進(jìn)系統(tǒng)及冷氣推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)精確控制。

所述離子推進(jìn)系統(tǒng)的儲(chǔ)供單元包含：加注閥2，輸入端連接氙氣氣源；依次連接的高壓氣瓶1、截止閥4、第一過(guò)濾器5、減壓閥6、第一高速開(kāi)關(guān)閥9、緩沖裝置11、第二過(guò)濾器12、第一脈沖電磁閥13以及微流量節(jié)流器14；高壓氣瓶1還連接加注閥2輸出端，并由一第一壓力傳感器3監(jiān)測(cè)并監(jiān)控高壓氣瓶1內(nèi)氙氣的壓力，脈沖電磁閥13僅在需要打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)需要使用脈沖電能，狀態(tài)保持時(shí)不需要消耗能量，需要工作時(shí)在脈沖信號(hào)的作用下，脈沖電磁閥13打開(kāi)，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，在脈沖信號(hào)的作用下，脈沖電磁閥13關(guān)閉，供氣回路截止；安全閥8，設(shè)置在減壓閥6的輸出端；第二壓力傳感器7，用于檢測(cè)減壓閥6輸出端氙氣的壓力；第三壓力傳感器10，用于檢測(cè)緩沖裝置11內(nèi)氙氣的壓力；高壓氣路隔直器15，微流量節(jié)流器14的輸出端通過(guò)該高壓氣路隔直器15連接離子推力器16，過(guò)濾器12保證微流量節(jié)流器14不會(huì)被雜質(zhì)堵塞；低壓氣路隔直器17，微流量節(jié)流器14的輸出端通過(guò)該低壓氣路隔直器17連接中和器22；高壓微波隔直器18，固態(tài)微波源20的輸出端通過(guò)該高壓微波隔直器18連接離子推力器16；低壓微波隔直器19，固態(tài)微波源20的輸出端通過(guò)該低壓微波隔直器19連接中和器22。

高壓氣路隔直器15和低壓氣路隔直器17將離子推力器16和中和器22上的高壓電與氣路隔離開(kāi)；固態(tài)微波源20產(chǎn)生兩路微波，通過(guò)電纜19，經(jīng)過(guò)高壓隔直器18和低壓隔直器21將微波能量分別饋送至離子推力器16和中和器22。高壓氙氣通過(guò)過(guò)濾器5，由減壓閥6減壓至需要值，通常為0.1-0.3MPa，并由第二壓力傳感器7進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控。安全閥8的設(shè)定壓力比額定減壓值略高0.2MPa左右，當(dāng)減壓閥6故障或內(nèi)泄漏時(shí)可以及時(shí)泄壓保證氣路的安全。通過(guò)控制第一高速開(kāi)關(guān)閥9的開(kāi)閉控制緩沖裝置11（通?？梢允且粋€(gè)緩沖罐）的壓力，由第三壓力傳感器10測(cè)量緩沖裝置11的壓力，并反饋至控制器29中，組成反饋控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖罐壓力11的精確控制。通過(guò)控制微流量節(jié)流器14的入口壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小流量的精確控制。

所述的冷氣推進(jìn)系統(tǒng)還包含第二脈沖電磁閥25，其作為冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，其輸入端連接離子推進(jìn)系統(tǒng)中儲(chǔ)供單元的減壓閥6輸出端；所述冷氣推進(jìn)系統(tǒng)包含多個(gè)冷氣推力器，每個(gè)冷氣推力器分別連接第二脈沖電磁閥25的輸出端，實(shí)現(xiàn)航天器多自由維度位置與姿態(tài)控制；每個(gè)冷氣推力器分別包含冷氣推力器噴嘴26、節(jié)流器27以及第二高速開(kāi)關(guān)閥28。調(diào)整節(jié)流器27的孔徑，可以改變噴氣流量，控制器29輸出PWM波來(lái)對(duì)高速開(kāi)關(guān)閥28進(jìn)行控制，使用PWM控制高速開(kāi)關(guān)閥28開(kāi)啟的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力的調(diào)節(jié)。

所述控制器29根據(jù)星載計(jì)算機(jī)的指令信號(hào)控制第一高速開(kāi)關(guān)閥9、第一脈沖電磁閥13、第二脈沖電磁閥25以及第二高速開(kāi)關(guān)閥28的開(kāi)關(guān)。

所述的電源23是將星載直流電源24提供的低壓直流電變換為推力器各部分需要的電源，主要包括：離子推力器16的屏柵、加速柵、中和器22、固態(tài)微波源20、控制器29、第一壓力傳感器3、第二壓力傳感器7、第三壓力傳感器10和各電磁閥第一高速開(kāi)關(guān)閥9、第一脈沖電磁閥13、第二脈沖電磁閥25、第二高速開(kāi)關(guān)閥28。

本實(shí)施例中，第一高速開(kāi)關(guān)閥9、第一脈沖電磁閥13以及第二脈沖電磁閥25均成對(duì)設(shè)置。

冷氣推力器的數(shù)量由實(shí)際使用需求決定，本實(shí)施例中，所述冷氣推進(jìn)系統(tǒng)包含12個(gè)冷氣推力器，航天器每個(gè)平面上布置4臺(tái)，實(shí)現(xiàn)航天器六自由度位置與姿態(tài)控制。

綜上所述，本發(fā)明由冷氣推進(jìn)系統(tǒng)和離子推進(jìn)系統(tǒng)兩部分組成，冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的氣源直接來(lái)自于離子推進(jìn)系統(tǒng)。冷氣推進(jìn)系統(tǒng)的輸出力大，但比沖低，用于航天器的短時(shí)快速機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制。離子推進(jìn)系統(tǒng)的輸出力小，但比沖高，用于航天器的主推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、高效率的加速過(guò)程。冷氣推進(jìn)的控制閥和推力器為分體結(jié)構(gòu)，高速開(kāi)關(guān)閥為PWM開(kāi)關(guān)控制方式，通過(guò)控制脈沖寬度實(shí)現(xiàn)推力的精確控制。離子推進(jìn)為微波電子回旋共振離子推進(jìn)器，無(wú)熱陰極，使用壽命長(zhǎng)、可靠性高。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。