[发明专利]一种基于Kaufman型离子推力器的推力调节方法及卫星应用

说明书

本发明属于航天器推进技术领域，具体公开了一种基于Kaufman型离子推力器的推力调节方法及卫星应用，推力调节方法包括步骤：确定最大推力下的最大阳极流率；形成多个不同量值的阳极流率；在每个阳极流率下根据预设的第二递减策略逐渐降低阳极电流，以及在每个阳极电流下根据预设的第三递减策略逐渐降低磁场强度，输出推力器对应的推力；在每个阳极流率及阳极电流下推力器的输出推力最大时，对总加速电压进行测控。本发明实现推力的宽范围、高精度、快速连续调节，实现推力器电气参数调节过程中推力的全覆盖，确保推力不存在断档，实现推力调节的高分辨率，并通过控制总加速电压的下限值，确保推力器在推力调节过程中不存在推力的异常变化。

技术领域

本发明涉及航天器推进技术领域，尤其涉及一种基于Kaufman型离子推力器的推力调节方法及卫星应用。

背景技术

基于Kaufman离子推力器的推力高精度、宽范围、连续调节技术主要应用于科学试验卫星的无拖曳任务及超低轨对地观测卫星的高精度轨道维持任务，属于航天器控轨精度最高、技术指标最复杂的飞行任务。

对于科学试验卫星的无拖曳任务，需要卫星在轨飞行过程中施加连续、稳定、精密的推力，以抵消保守力(重力)之外的非保守力(太阳光压、大气阻尼)作用，从而为卫星的核心载荷-重力幅度仪提供“纯净”的任务环境，满足其正常、稳定工作所需的力学、噪声环境要求。因此，根据非保守力的变化情况，能够实时为卫星提供快速、精密、宽范围可调的推力成为科学试验卫星推进系统配置选型的基本标准。对于超低轨对地观测卫星的高精度轨道维持任务，传统的化学发动机启动及工作过程中会产生明显的振动和冲击环境，对卫星的高精密、清晰、连续成像带来极大影响；此外，超低轨环境下卫星会遭受大量飞行阻尼，从而加快卫星轨道的下降速度，因此需要频繁启动发动机进行轨道维持，这将消耗大量推进剂，若采用传统的化学发动机将对卫星推进剂的携带量提出极高需求，有悖于卫星的高承载、长寿命发展要求。

目前，国内外已实现在轨工程化应用的电推力器均可实现一定的推力调节功能，就推力调节特性而言，主要存在以下特点：1)推力调节变比(最大推力与最小推力的比值)低，推力调节幅度有限，无法满足推力宽范围调节需求；2)推力点位单一，多为两至三个推力工况点，工作模式有限，无法满足推力连续调节需求；3)推力响应速度差，调节速度慢，无法适应推力快速调节需求；4)推力量级与其分辨率匹配性差，大推力工作时不能实现高精密分辨，高精密分辨时无法实现大推力工作。而得益于Kaufman型离子推力器的固有工作原理，其正常放电与束流引出过程之间存在着较弱的耦合性，有着比冲高、寿命长、推力精确可调的显著优势，可以在较宽范围内实现高效、稳定的工作，成为开展无拖曳飞行任务的科学试验卫星和实施高精密连续成像任务的超低轨对地观测卫星的推进系统唯一选择，同时也是决定卫星空间任务成败的关键。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种基于Kaufman型离子推力器的推力调节方法及卫星应用。

一种基于Kaufman型离子推力器的推力调节方法，包括步骤：

S1：确定推力器在最大推力下的阳极流率，为最大阳极流率；

S2：按照预设的第一递减策略及最大阳极流率，形成多个不同量值的阳极流率；

S3：在每个阳极流率下，根据预设的第二递减策略逐渐降低阳极电流，以及在每个阳极电流下根据预设的第三递减策略逐渐降低磁场强度，输出推力器对应的推力；

S4：在每个阳极流率及阳极电流下推力器的输出推力最大时，对总加速电压进行测控。

进一步地，步骤S3中根据预设的第二递减策略逐渐降低阳极电流，以及在每个阳极电流下根据预设的第三递减策略逐渐降低磁场强度，包括：

S31：在当前阳极流率下调节阳极电流以及磁场强度，使推力器的输出推力达到最大值，且当前的阳极电压及其振荡均小于设定值，放电损耗保持在预期量级范围内时，令此时的阳极电流为最大阳极电流；