航天器磁推進(jìn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種航天器磁推進(jìn)裝置，其屬于航天器推進(jìn)系統(tǒng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]航天器常規(guī)噴射推進(jìn)裝置由于需要不斷消耗燃料，制約了其使用壽命和航天器壽命，同時(shí)增加了航天器初始發(fā)射重量，進(jìn)而提高了火箭發(fā)射成本和航天器使用成本。因此無(wú)燃料消耗的推進(jìn)方法和裝置是當(dāng)前航天器推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一。
[0003]目前航天器無(wú)燃料消耗的推進(jìn)方法研宄主要集中在靜電推進(jìn)、電動(dòng)繩系推進(jìn)和磁推進(jìn)三個(gè)方向。
[0004]靜電推進(jìn)方式通過(guò)空間等離子體充電或主動(dòng)充電使航天器整體帶上正電荷或負(fù)電荷，由地球磁場(chǎng)與高速運(yùn)動(dòng)的整體帶電航天器相互作用產(chǎn)生洛倫茲力，或者由多個(gè)帶電航天器間相互作用產(chǎn)生庫(kù)侖力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推進(jìn)效果。該推進(jìn)方法對(duì)航天器表面電荷控制要求高，所需控制系統(tǒng)復(fù)雜，推力方向受到地球磁場(chǎng)方向與航天器運(yùn)動(dòng)方向限制，目前仍缺乏有效的控制技術(shù)。
[0005]電動(dòng)繩系推進(jìn)通過(guò)采集空間電子流經(jīng)系繩導(dǎo)體產(chǎn)生電流與地球磁場(chǎng)相互作用最終產(chǎn)生安培力實(shí)現(xiàn)推進(jìn)。電動(dòng)繩系推進(jìn)由于受到空間電子濃度和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響，為了產(chǎn)生有效推力，系繩導(dǎo)體長(zhǎng)度需要數(shù)百米至數(shù)十千米，導(dǎo)致系繩折斷風(fēng)險(xiǎn)增加，而且在空間飛行過(guò)程中數(shù)百米或數(shù)十千米系繩的震蕩運(yùn)動(dòng)明顯，給電動(dòng)繩系衛(wèi)星的控制帶來(lái)較大困難。
[0006]目前已有的磁推進(jìn)方法是采用電流流經(jīng)導(dǎo)體環(huán)產(chǎn)生磁矩與地球磁場(chǎng)相互作用最終實(shí)現(xiàn)推進(jìn)。該方法的推力大小和方向與導(dǎo)體環(huán)所產(chǎn)生磁矩關(guān)系復(fù)雜，而且產(chǎn)生的磁力大小在數(shù)微牛量級(jí)，僅與大氣阻力相當(dāng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更大推力的磁推進(jìn)。
[0007]因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種易于控制的具有較大推力的航天器磁推進(jìn)裝置。
[0009]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種航天器磁推進(jìn)裝置，其包括基座，分別固定于基座上、下表面上的上磁屏蔽腔和下磁屏蔽腔，固定于基座上表面上的上金屬環(huán)和固定于基座下表面上的下金屬環(huán)，分別位于基座上、下表面上的上線圈和下線圈，電源模塊，以及位于基座前后側(cè)面的熱控裝置，所述基座為中空狀的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述上屏蔽腔固定于基座上表面的后端位置，下屏蔽腔固定于基座下表面的前端位置，所述上線圈繞接時(shí)穿過(guò)上金屬環(huán)的孔心，其繞接后形成長(zhǎng)方形環(huán)狀，所述上線圈的后半段位于上屏蔽腔中，前半段位于上屏蔽腔之外，所述下線圈繞接時(shí)穿過(guò)下金屬環(huán)的孔心，其繞接后形成長(zhǎng)方形環(huán)狀，所述下線圈的前半段位于下屏蔽腔中，后半段位于下屏蔽腔之外，所述基座的右側(cè)面上設(shè)有電極插口，所述上線圈和下線圈采用同一根導(dǎo)線繞接而成，所述上線圈和下線圈的繞接方向相反，所述繞接后的上線圈和下線圈導(dǎo)線經(jīng)引出并穿過(guò)基座上下表面，在基座內(nèi)部與基座右側(cè)面上的電極插口相連接后與電源模塊相連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述上線圈和下線圈均采用低電阻率大電流導(dǎo)線。
[0011]進(jìn)一步地，所述上線圈和下線圈均為銀導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)線材。
[0012]進(jìn)一步地，所述上金屬環(huán)和下金屬環(huán)均采用高強(qiáng)度無(wú)磁金屬材料制成，所述基座上下表面上各有八個(gè)上金屬環(huán)和八個(gè)下金屬環(huán)，所述八個(gè)上金屬環(huán)在基座上表面上呈對(duì)稱分布，所述八個(gè)下金屬環(huán)在基座下表面上呈對(duì)稱分布。
[0013]進(jìn)一步地，所述上磁屏蔽腔和下磁屏蔽腔均采用軟磁材料制成。
[0014]進(jìn)一步地，所述上磁屏蔽腔和下磁屏蔽腔均為CO-NETIC AA材料。
[0015]進(jìn)一步地，所述電極插口為同軸導(dǎo)線插口。
[0016]進(jìn)一步地，所述基座采用高強(qiáng)度無(wú)磁金屬材料制成。
[0017]進(jìn)一步地，所述基座為鈦鋁合金或奧氏體不銹鋼。
[0018]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019](I)推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，推進(jìn)裝置采用線圈結(jié)構(gòu)，可以由小電流導(dǎo)線通過(guò)多圈繞接產(chǎn)生較大的總線圈電流；
[0020](2)推力方向與大小均可以隨著線圈的方向和線圈電流的大小調(diào)整，推力方向與線圈電流方向垂直，采用該推進(jìn)裝置的航天器控制更為簡(jiǎn)單；
[0021](3)該推進(jìn)方法相比磁矩推進(jìn)方法在同等電流強(qiáng)度與地球磁場(chǎng)環(huán)境下推力更大，而且該推進(jìn)裝置可以多個(gè)平行排列疊加，進(jìn)行組合使用，實(shí)現(xiàn)航天器大推力推進(jìn)；
[0022](4)該推進(jìn)裝置工作時(shí)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，空間帶電粒子靠近航天器時(shí)將受到磁場(chǎng)作用偏折，因此該裝置對(duì)航天器具有一定帶電粒子屏蔽與防護(hù)作用，而且推進(jìn)裝置磁矩大小相互抵消，對(duì)航天器不產(chǎn)生額外磁力矩作用。
【附圖說(shuō)明】
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[0023]圖1為本發(fā)明航天器磁推進(jìn)裝置的俯視示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明航天器磁推進(jìn)裝置的主視示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明航天器磁推進(jìn)裝置(包含熱控裝置和電源模塊)的側(cè)視示意圖。
[0026]圖4為線圈磁屏蔽部位與非屏蔽部位受力示意圖。
[0027]其中:
[0028]101-基座；102-上磁屏蔽腔；103_下磁屏蔽腔；104_上線圈；105_下線圈；106-上金屬環(huán)；107-下金屬環(huán)；108_電源模塊；109-熱控裝置；110_電極插口 ； 1020-上頂壁;1021_上后壁;1022_上左側(cè)壁;1023_上右側(cè)壁;1030_下底壁;1031_下前壁；1032-T右側(cè)壁；1040_同軸導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
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[0029]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3所示，本發(fā)明航天器磁推進(jìn)裝置包括基座101，分別固定于基座101上、下表面上的上磁屏蔽腔102和下磁屏蔽腔103，通過(guò)螺絲固定于基座101上表面上的上金屬環(huán)106，固定于基座101下表面上的下金屬環(huán)107，分別位于基座101上、下表面上的上線圈104和下線圈105，電源模塊108，以及位于基座101前后側(cè)面的且與基座101直接接觸的可對(duì)基座101整體進(jìn)行冷卻的熱控裝置109。其中基座101為中空狀的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，上屏蔽腔102固定于基座101上表面的后端位置，下屏蔽腔103固定于基座101下表面的前端位置，上屏蔽腔102和下屏蔽腔103均為中空狀結(jié)構(gòu)，其中上屏蔽腔102包括上頂壁1020、自上頂壁1020的后末端向下垂直彎折延伸形成上后壁1021，以及自上頂壁1020的左右兩末端分別向下垂直彎折延伸形成的上左側(cè)壁1022和上右側(cè)壁1023。上線圈104繞接時(shí)穿過(guò)上金屬環(huán)106的孔心，其繞接后形成長(zhǎng)方形環(huán)狀，其后半段位于上屏蔽腔102中，前半段位于上屏蔽腔102之外，上金屬環(huán)106可收縮，進(jìn)而起到固定上線圈104的作用。其中下屏蔽腔103包括下底壁1030、自下底壁1030的前末端向上垂直彎折延伸形成的下前壁1031、以及自下底壁1030的左右兩末端分別向上垂直彎折延伸形成的下左側(cè)壁(未標(biāo)示)和下右側(cè)壁1032。下線圈105繞接時(shí)穿過(guò)下金屬環(huán)107的孔心，其繞接后形成長(zhǎng)方形環(huán)狀，其前半段位于下屏蔽腔103中，后半段位于下屏蔽腔103之外，下金屬環(huán)107可收縮，進(jìn)而起到固定下線圈105的作用。
[0030]在基座101的右側(cè)面上設(shè)有電極插口 110，上線圈104和下線圈105采用同一根導(dǎo)線繞接而成，上線圈104和下線圈105均采用低電阻率大電流導(dǎo)線，例如銀導(dǎo)線或高溫超導(dǎo)線材如鉈鋇鈣銅氧體系線材，且上線圈104和下線圈105的繞接方向相反，通電時(shí)上線圈104和下線圈105的電流方向相反，上線圈104和下線圈105的繞接圈數(shù)取決于根據(jù)軌道設(shè)計(jì)所需產(chǎn)生的總電流強(qiáng)度，例如電流IA培的導(dǎo)線繞接1000圈即可以形成1000A的總線圈電流，避免了采用單根導(dǎo)線產(chǎn)生1000A電流時(shí)對(duì)電源電路和導(dǎo)線材料的嚴(yán)格要求。繞接后的上線圈104和下線圈105導(dǎo)線經(jīng)引出并穿過(guò)基座101上下表面，在基座101內(nèi)部與基座右側(cè)面上的電極插口 110相連接，最后通過(guò)同軸導(dǎo)線與電源模塊108相連接。電源模塊108置于航天器內(nèi)部，通過(guò)電極插口 110與上線圈104和下線圈105相連接，為上線圈104和下線圈105供電，電源模塊108的電流根據(jù)裝置設(shè)計(jì)需求在0-10A之間連續(xù)可調(diào)，電源模塊108的輸入端與航天器太陽(yáng)電池電源輸出端相連。
[0031]本發(fā)明航天器磁推進(jìn)裝置中，上磁屏蔽腔102和下磁屏蔽腔103分別包裹上線圈104和下線圈105的部分導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)對(duì)所包裹導(dǎo)線的磁屏蔽。上金屬環(huán)106和下金屬環(huán)107采用高強(qiáng)度無(wú)磁金屬材料制成，如鈦鋁合金或奧氏體不銹鋼，分別固定在基座101的上、下表面?；?01上下表面上各有八個(gè)上金屬環(huán)106和八個(gè)下金屬環(huán)107，其中八個(gè)上金屬環(huán)106在基座101上表面上呈對(duì)稱分布，八個(gè)下金屬環(huán)1