[发明专利]一种基于HEMPT推力器的mN级推力连续可调电推进系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于HEMPT推力器的mN级推力连续可调电推进系统及方法，属于航天器推进技术领域，主要应用于航天器无拖曳控制。

背景技术

高精度无拖曳控制技术目前主要应用于引力波探测、重力场高精度测量等科学任务，从有效载荷测量精度及控制精度需求来看，属于当前精度要求最高、控制指标最复杂的空间任务。所谓的无拖曳控制技术，即采用惯性检测和微推力控制相结合，在航天器上施加持续的推力，以此“抵消”大气或太阳光压等非保守力的作用，其目的是要为超高精度测量仪器(比如重力梯度仪)提供一个近乎“纯引力”作用下的飞行环境，满足有效载荷正常工作对平台的技术需求，使其免于因为过大的加速度而进入饱和状态。

对于航天器无拖曳控制任务，为了实时补偿轨道周期变化所导致的大气阻力变化，必须实现mN级推力连续可调，同时因为轨道维持所需要的速度增量较大，对推进系统的比冲也提出了极高要求。要满足上述两个要求，变推力的电推进系统是最优选择。因此mN级变推力电推进系统是实现无拖曳控制的核心技术之一，要实现无拖曳控制技术的在轨应用，必须突破mN级推力连续调节电推进系统关键技术。

目前国内外航天器广泛应用的电推进系统主要是基于固定推力的电推进系统，其推力基本保持不变或者两到三个推力工况点，无法满足无拖曳控制对推力连续调节的需求。目前国外无拖曳控制航天器采用的mN级变推力电推进系统则是基于考夫曼型氙离子推力器，其系统结构复杂、重量大、工作电压高。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于HEMPT推力器的mN级推力连续可调电推进系统及方法，具有系统简单可靠、重量轻、工作电压低、推力调节范围广等优点。通过该系统的设计，可实现推力连续调节，推力调节范围达到1mN～20mN，推力分辨率优于15μN。

本发明解决的技术方案为：一种基于HEMPT推力器的mN级推力连续可调电推进系统，包括：HEMPT推力器、电推进控制单元、比例流量贮供单元、数字化调节电源单元；

电推进控制单元，接收星上控制指令，在星上控制指令控制下，电推进控制单元产生两组驱动控制信号，分别为驱动控制信号1和驱动控制信号2，驱动控制信号1送至比例流量贮供单元，驱动控制信号2送至数字化调节电源单元；同时，电推进控制单元采集比例流量贮供单元反馈的遥测信号1和数字化调节电源单元反馈的遥测信号2，并将遥测信号1和遥测信号2形成遥测包送至外部星上计算机；电推进控制单元由外部星上一次电源供电；

数字化调节电源单元，能够将星上一次电源转换为HEMPT推力器工作所需要的二次功率电源送给HEMPT推力器；

比例流量贮供单元，能够存储推进剂，并对推进剂供给进行管理；

驱动控制信号1和驱动控制信号2分别控制比例流量贮供单元和数字化调节电源单元为HEMPT推力器提供点火工作所需的推进剂流率和功率，实现HEMPT推力器的正常点火；

比例流量贮供单元将HEMPT推力器工作时的推进剂流率形成遥测信号1反馈给电推进控制单元；

数字化调节电源单元将HEMPT推力器工作时的功率形成遥测信号2反馈给电推进控制单元；

驱动控制信号1控制比例流量贮供单元为HEMPT推力器提供所需的推进剂方法如下：

比例流量贮供单元，能够存储和管理推进剂，比例流量贮供单元包括比例阀；在电推进控制单元送来的驱动控制信号1的驱动控制下为HEMPT推力器正常工作提供额定阳极和阴极流率的推进剂，阴极流率供给保持恒定，而阳极流率供给则采用比例阀控制，能够实现阳极流率供给连续调节，以满足推力粗调的需求。

驱动控制信号2控制数字化调节电源单元为HEMPT提供所需的功率方法如下：

数字化调节电源单元，将星上一次电源转换为HEMPT推力器工作所需要的二次功率电源，包括阴极加热电源、点火电源和阳极电源，为HEMPT推力器工作提供点火脉冲以及电离和加速电场；同时，数字化调节电源单元，在电推进控制单元送来的驱动控制信号2的驱动控制下，实现各二次功率电源的启停和功率调节，阴极加热电源为恒流源、点火电源为脉冲电源，阳极电源为数字化控制电压源，能够实现阳极电压的连续调节，以满足推力精调的需求。