專利名稱：吸氣式螺旋波電推進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航天器推進(jìn)及空間環(huán)境利用的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸氣式螺旋波電推進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
作為先進(jìn)的空間推進(jìn)技術(shù)，電推進(jìn)技術(shù)的研究及應(yīng)用已經(jīng)取得了巨大的成功。最著名的電推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用如=NASA在“深空一號(hào)”探測(cè)器上采用了氙離子發(fā)動(dòng)機(jī)，歐空局發(fā)射的SMART-I探測(cè)器，采用霍爾電推進(jìn)器，成功將航天器送入月球軌道。當(dāng)前，霍爾推進(jìn)器和離子推進(jìn)器是電推進(jìn)器的典型代表。近年來，螺旋波等離子體電推進(jìn)器開始受到人們的關(guān)
注。 螺旋波等離子體電推進(jìn)器具有體積小、重量輕、效率高、經(jīng)濟(jì)耐用等特點(diǎn)。2009年分別由麻省理工學(xué)院和澳大利亞國(guó)立大學(xué)的科研人員獨(dú)立提出螺旋波等離子體電推進(jìn)器的概念。澳大利亞國(guó)立大學(xué)在2009年也研制螺旋波電雙層等離子體推進(jìn)器。螺旋波電雙層等離子體推進(jìn)器無活動(dòng)部件、無放電電極及其他可能功能退化的部件。與等離子體噴焰相接觸的是玻璃或陶瓷，可以耐受高溫而不發(fā)生問題。歐洲阿斯特姆公司資助薩瑞大學(xué)與澳大利亞國(guó)立大學(xué)合作，將在近幾年首次在LEO軌道上測(cè)試螺旋波等離子體電推進(jìn)器的推進(jìn)性能。螺旋波等離子體電推進(jìn)器，通過磁噴嘴將等離子體以約40km/s的速度噴出，比化學(xué)推進(jìn)器的比沖提高近一個(gè)量級(jí)。螺旋波等離子體推進(jìn)器脫胎于美國(guó)宇航員張福林(astronaut Franklin Chang-Diaz)的變比沖磁化等離子體火箭的概念(VASIMR)。小型螺旋波等離子體推進(jìn)器是首個(gè)利用氮?dú)庾鳛楣べ|(zhì)的電推進(jìn)器。氮?dú)獗闷诌M(jìn)纏繞線圈天線和磁鐵的石英玻璃管，射頻功率通過天線傳輸?shù)降獨(dú)庵胁㈦婋x氮?dú)?。磁鐵提高電離等離子體的密度并導(dǎo)引和加速等離子體噴出推進(jìn)器。盡管螺旋波等離子體電推進(jìn)器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)和電推進(jìn)一樣，需要攜帶一定量的工質(zhì)。這將占用航天器的平臺(tái)重量，增加發(fā)射成本，同時(shí)制約了航天器的在軌運(yùn)行壽命。因此，當(dāng)前國(guó)際航天界正積極發(fā)展以空間環(huán)境利用為基礎(chǔ)的各類推進(jìn)技術(shù)。包括太陽(yáng)帆、磁帆、磁發(fā)動(dòng)機(jī)等都是利用空間環(huán)境中的光、電、磁等為基礎(chǔ)發(fā)展而來的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明解決是現(xiàn)有螺旋波等離子體電推進(jìn)器需要攜帶燃料，而攜帶燃料將導(dǎo)致航天器發(fā)射重量加大，發(fā)射成本提升，同時(shí)航天器在軌壽命主要依賴于燃料攜帶數(shù)量從而導(dǎo)致航天器在軌壽命受限的問題。本發(fā)明通過利用提出一種吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置，從空間環(huán)境利用的角度出發(fā)，在現(xiàn)有螺旋波電推進(jìn)裝置前端加裝空間大氣收集裝置，以空間大氣取代現(xiàn)有螺旋波電推進(jìn)器自身攜帶的氣體工質(zhì)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案。
一種吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置，包括空間大氣收集裝置、放電腔、射頻天線、磁約束裝置、射頻發(fā)生器和噴口，空間大氣收集裝置設(shè)置在隨著在軌航天器向前推進(jìn)的推進(jìn)裝置前端并隨著在軌航天器的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而收集空間大氣，空間大氣收集裝置與放電腔的一端密封連接，空間大氣收集裝置所收集的空間大氣進(jìn)入到放電腔中，受到射頻發(fā)生器和射頻天線組成的射頻放電裝置作用，以螺旋波放電的方式電離，形成螺旋波等離子體，同時(shí)螺旋波等離子體受到磁約束裝置的作用，其周向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫羞\(yùn)動(dòng)動(dòng)能，在放電腔末端的噴口處噴出，為航天器提供推進(jìn)力。進(jìn)一步地，上述空間大氣收集裝置為截面積逐漸縮小的空間大氣收集裝置,優(yōu)選為喇叭型的空間大氣收集裝置。 進(jìn)一步地，射頻放電裝置是以螺旋波放電方式電離空間大氣。一種上述推進(jìn)系統(tǒng)的用途，其中，將該推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置在航天器的側(cè)方，利用軌道空間環(huán)境中的大氣作為工質(zhì)，經(jīng)過螺旋波方式電離，再經(jīng)加速噴出磁約束裝置來推進(jìn)航天器的在軌運(yùn)動(dòng)?！づc現(xiàn)有螺旋波電推進(jìn)裝置相比，吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置無需攜帶工質(zhì)，可顯著降低推進(jìn)裝置重量，并可實(shí)現(xiàn)航天器在軌全壽命周期工作，具有巨大優(yōu)勢(shì)。


圖I為本發(fā)明的吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置示意圖。圖中1_空間大氣收集裝置；2_放電腔；3_射頻天線；4_磁約束裝置；5_射頻發(fā)生器；6_噴口。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的吸氣式螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明，具體實(shí)施方式
僅為示例的目的，并不旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置，包括空間大氣收集裝置
I、放電腔2、射頻天線3、磁約束裝置4、射頻發(fā)生器5和噴口 6?？臻g大氣收集裝置I設(shè)置在隨著在軌航天器向前推進(jìn)的推進(jìn)裝置前端，空間大氣隨著在軌航天器的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而沖入空間大氣收集裝置I中，空間大氣收集裝置I與放電腔2的一端密封連接?？臻g大氣收集裝置I的截面積呈逐漸縮小,例如喇叭型的空間大氣收集裝置。空間大氣收集裝置I在航天器前行過程中所收集的空間大氣，進(jìn)入到到放電腔2后，將受到射頻發(fā)生器5和射頻天線3的作用，以螺旋波放電方式進(jìn)行電離，該螺旋波放電氧等離子體受磁約束裝置4的作用，向裝置末端的噴口 6運(yùn)動(dòng)，等離子體的周向運(yùn)動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫羞\(yùn)動(dòng)，最終從所述噴口噴出，為航天器提供推進(jìn)力。本發(fā)明的吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置特別適用于推進(jìn)空間環(huán)境中在軌運(yùn)動(dòng)的航天器，使用該推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)，將該推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置在航天器的側(cè)方，利用軌道空間環(huán)境中的大氣作為工質(zhì)，經(jīng)過螺旋波方式電離、離子回旋加熱，再經(jīng)加速噴出來推進(jìn)航天器的在軌運(yùn)動(dòng)。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范 圍。
權(quán)利要求
1.一種吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置，包括空間大氣收集裝置(I)、放電腔(2)、射頻天線(3)、磁約束裝置(4)、射頻發(fā)生器(5)和噴口(6)，空間大氣收集裝置(I)設(shè)置在隨著在軌航天器向前推進(jìn)的推進(jìn)裝置前端并隨著在軌航天器的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)而收集空間大氣，空間大氣收集裝置(I)與放電腔(2)的一端密封連接，空間大氣收集裝置(I)所收集的空間大氣進(jìn)入到放電腔(2)中，受到射頻發(fā)生器(5)和射頻天線(3)組成的射頻放電裝置作用，以螺旋波放電的方式電離，形成螺旋波等離子體，同時(shí)螺旋波等離子體受到磁約束裝置的作用，其周向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫羞\(yùn)動(dòng)動(dòng)能，在放電腔末端的噴口(6)處噴出，為航天器提供推進(jìn)力。
2.如權(quán)利要求I所述的電推進(jìn)裝置，其中，所述空間大氣收集裝置為截面積逐漸縮小的空間大氣收集裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的電推進(jìn)裝置，其中，空間大氣收集裝置為喇叭型的空間大氣收集裝置。
4.如權(quán)利要求I所述的電推進(jìn)裝置，其中，射頻放電裝置是以螺旋波放電方式電離空間大氣。
5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述推進(jìn)系統(tǒng)的用途，其中，將所述推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置在航天器的側(cè)方，利用軌道空間環(huán)境中的大氣作為工質(zhì)，經(jīng)過螺旋波方式電離，螺旋波等離子體經(jīng)磁約束裝置調(diào)制噴出，來推進(jìn)航天器的在軌運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置，通過設(shè)置在裝置前端的空間大氣收集裝置，收集該裝置在軌運(yùn)行中遇到的空間大氣。空間大氣收集裝置末端與放電腔密封連接，裝置所收集的空間大氣進(jìn)入到放電腔中，以螺旋波放電的方式電離，形成螺旋波等離子體。同時(shí)螺旋波等離子體收到磁約束裝置作用，其周向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫羞\(yùn)動(dòng)動(dòng)能，在放電腔末端的裝置噴口處噴出，為航天器提供推進(jìn)力。與傳統(tǒng)的攜帶燃料的電推進(jìn)技術(shù)相比，吸氣式的螺旋波等離子體電推進(jìn)裝置無需攜帶工質(zhì)，可減輕航天器平臺(tái)重量，并可以實(shí)現(xiàn)航天器在軌全壽命周期工作。
文檔編號(hào)F03H1/00GK102797656SQ20121027409
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者易忠, 趙華, 張超, 孟立飛, 姜海富, 劉宇明, 劉業(yè)楠, 于兆吉 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所