[发明专利]用于离子推进系统的旋转开关

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于优化离子推进器阵列的操作的设备和方法。

背景技术

离子推进通常涉及使用穿过带电栅极被电加速的电离气体以产生推进。电加速的粒子能够获得非常高的速度。使用的气体典型是惰性气体，比如氙。由离子推进系统提供的优于常规化学推进系统的主要优点是其具有非常高的效率。例如，用相同数量的燃料质量，离子推进系统能够获得的最终速度比用化学推进系统可获得的速度高十倍。尽管它们是高效的，但是当与化学推进系统相比较时，离子推进系统产生非常低的推力。这个事实已经使得离子推进应用的范围变窄。然而，离子推进系统非常适合于空间应用，其中低的推力通常是可接受的并且燃料效率是决定性的。包括卫星和探险飞行器的许多飞行器使用离子推进系统。

例如，比如通信卫星的飞行器现在通常使用离子推进以用于工作站的保持和其他的功能。离子推进器使用由卫星的太阳能电池产生的电功率来提供能量到推进剂以产生推进。在典型的卫星离子推进器中，通过在推进室的一端通过一系列栅极电极加速正离子来产生推力。所述电极被称为离子引出组件，其产生成千上万的微小推电波。通过外部的电子发射中和器，阻止所述电波被电吸引回至推进器。功率控制器是用于提供电控制和功率以驱动离子推进器的装置，其包括控制放电和中和器阴极内的发射电流。

众所周知，使用氙离子推进系统（XIPS）以提供用于轨道保持和转移卫星轨道的推力。XIPS使用来自太阳和工作气体的电以通过带电离子加速提供推进。传统的卫星使用四个离子推进器（两对）并且具有四个单独的功率处理单元（PPU）以便所有四个推进器能够被同时开动。因此，这显著地增加了驱动离子推进器阵列所需要的质量。

美国专利号6948305公开了一种XIPS，其包括具有减少质量的功率处理系统。该功率处理系统允许单个PPU用推进器的某些元件共有的可调电压电源驱动在一个阵列内的多个离子推进器。（可调电流电源具有单个输出以便提供期望的受控电流至阳极、保持器和加热器）。这种方法的优点在于可调电压电源的质量节省和整个封装质量的显著下降。

进一步已知的，给卫星装备有两个多余的子系统，每个子系统均包括连线到两个离子推进器的一个PPU。所述两个子系统是完全独立的，但是如果例如一个子系统有推进器问题并且另一个子系统有PPU问题则会使两个子系统都不起作用。为了解决这个问题，XIPS继电器单元（XRU）被加到离子推进器和PPU之间。这个XRU允许其他多余的子系统的离子推进器和PPU被使用。因此，任何一个PPU均能够点火四个推进器中的一个。XRU的增加允许了PPU和推进器的多个故障，且同时保持子系统工作。维持飞行器控制所需的只是来自一个推进器的推力。每个XRU包括由继电器驱动电路操作的继电器组。离子推进器和PPU被接线成得到最大多余度。

已知的XRU设计使用高达36个继电器以运行转换功能。该XRU在尺寸上大并且所述36个转换元件必需全部运行以转换单个的18个电路。孤立任何一对推进器的能力在使用继电器的XRU中是不能得到的。

需要一种更加可靠的转换功能，且其比XRU显著地更轻便、具有更小的包线并且花费更少，并且允许推进器中的任何一对被孤立。

发明内容

公开了一种栅极离子推进系统，其具有两个XIPS功率控制器（XPC）、两个旋转开关组件（RSA）和四个离子推进器。通过合适的配置RSA和XPC，四个离子推进器中的每个都能够由任一XPC点火。另一种陈述方式是，系统将允许任意推进器被任一XPC点火。当一次只点火一个推进器时这将在工作站完成。然而，如果合适的卫星操作需要两个推进器同时被点火，则公开的系统通过使用单个可移动的主体（例如，可旋转的空心轴（也就是卷筒））允许两个XPC中的任何一个点火四个推进器中的任何两个。所述系统能够通过合理地配置RSA和XPC选择哪两个推进器点火并且随后决定哪个XPC将点火哪个推进器。一个XPC一次只能够操作一个推进器。因此只要需要同时点火两个推进器，就必需使用两个XPC。