[发明专利]航天器推进系统及其操作方法

说明书

一种操作航天器推进系统的方法，包括在产生离子流前向航天器周围的等离子体中注入电子，并在开始产生离子流后继续注入足量的电子以保持航天器处于正电位。此方法可在单个推进器中实施。在带多个推进器的航天器中，同样的方法可在每个推进器中实施。在推进系统包括多个推进器的情况下，所述方法可包括：操作所述推进器中的至少一个作为驱动推进器，并操作所述推进器中的至少一个作为辅助或“备用”推进器。至少一个辅助推进器的电子源可在离子流产生前操作，以将电子注入航天器周围的等离子体中。

技术领域

本发明涉及航天器推进。本发明可用于通信卫星和任何其他类型的航天器。

背景技术

围绕地球运行的通信卫星正被越来越多地用于各种用途，例如跟踪物体的位置、勘测地点和观察变化的天气模式。卫星和其他航天器通常配备一个电力推进系统，包括一个或多个离子推进器。在离子推进器中，从中提取电子以产生正离子蒸汽，使中性气体电离。离子被加速，例如通过连续栅格之间的电位差来产生推力。随后，将提取的电子注入到离子流中，再次中和气体，并在空间中分散。或者，可从金属中提取离子，在这种情况下，可喷射产生的电子，以避免金属带负电荷。在本领域中，所提取电子的源被称为中和剂。

此处所用术语“推进器”指的是一种推进机制，包含一个离子源，用于产生离子流以推进航天器，以及至少一个电子源，用于发射电子，例如中和离子流或平衡航天器电荷。

理想情况下，轨道卫星拥有最先进的电子和其他设备，需要在最佳状态下工作，并在不需要更换的情况下延长一段时间。因此，航天器发展的问题之一是在其运行过程中尽量减少对部件的损坏。

本发明的实施例不限于解决此类问题，且可以包括其他问题的解决方案。

发明内容

在某些方面，本发明提供了操作包括推进器的航天器推进系统的方法，其中至少一个推进器包括用于产生离子流以推动航天器的离子源和用于发射电子的电子源。方法：通过控制电子源来操作推力器，以限制电子的产生，从电子源的关闭状态逐渐上升到开启状态和/或从电子源的开启状态逐渐下降到关闭状态。

该控制可通过控制信号实现，该控制信号可以是逐渐增加或减少的电压，例如斜坡。通过这种方式控制电子源，主动约束电子发射的增减率，如通过控制信号，而非被动地受到电子源硬件组件能力的约束。参考本发明的具体实施例，进一步解释该主动控制的优势。

此处进一步描述的方法可能包括在产生离子流之前向航天器周围的等离子体中注入电子，并在开始产生离子流之后继续注入电子。持续注入以使航天器相对于周围的等离子体保持正电位，尽管这在实践中不一定能测到。

本发明的方法可在单个推进器中实施。在带多个推进器的航天器中，同样的方法可在多个推进器中实施。

如推进系统包括多个推进器，根据本发明某些实施例的方法可包括操作至少一个推进器作为辅助或“备用”推进器。至少一个辅助推进器的电子源可在离子流产生前操作，以将电子注入航天器周围的等离子体中。随后，在辅助推进器产生的电子流达到预制电平后，可操作驱动推进器的离子源和电子源来驱动航天器，同时继续操作辅助推进器注入电子以保持航天器处于正电位。在此方法中，辅助推进器的离子源不运行。

操作多个推进器时下，可以进行以下任何一个或多个操作，以补充电子源的逐渐打开或关闭:

-操作每个驱动推进器至少一个电子源，在操作离子源以产生离子流来推动航天器操作离子源以产生离子流来推动航天器前，将电子注入航天器周围的等离子体；

-继续操作每个驱动推进器至少一个电子/2源，在同一驱动推进器的离子源已停止运行后，将电子注入等离子体；