CN102507196A - 一种地球静止轨道通信卫星初样星电推进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地球静止轨道通信卫星初样星电推进系统，包括电性星电推进系统和结构星电推进系统；电性星电推进系统包括离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器矢量调节机构S、压力调节模块、流量控制模块N1、流量控制模块N2、流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆。本发明采用相对简单的初样电推进系统实现功能检查；初样星电推进系统配置及技术状态根据电推进性能检查要求进行确定，在充分进行测试项目检查的前提下采用尽可能简化的方案；初样星电推进系统可以完成除推力器点火外全部通信卫星电推进系统功能检查。推力器点火需要在真空中进行，整星测试不具备试验状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种地球静止轨道通信卫星初样星电推进系统。
背景技术
卫星初样研制包括电性星和结构星的研制。初样卫星研制目的是验证卫星设计方案的正确性，暴露设计问题予以解决。
电推进技术是一种利用电能加速推进工质从而实现高比冲的先进航天器推进技术，在同等推进剂质量的情况下，电推进输出总冲量是常规化学推进系统的几倍甚至几十倍。电推进的高比冲优势可以降低卫星平台质量、提高寿命、提高有效载荷能力。电推进技术一方面可以完成常规系统无法完成的任务，如深空探测、星际旅行等需任务以及需要精确姿态控制的卫星、微小卫星、卫星星座组网控制等任务，另一方面，在长寿命通信卫星平台上的位保及姿轨控应用可以明显提高卫星的有效载荷质量或卫星的载干比，从而大幅提升通信卫星平台的性能。
目前我国还未进行电推进系统在卫星及航天器上飞行应用。准备在SJ-9太阳同步轨道卫星SJ-9A上进行搭载试验。现有的SJ9A卫星上搭载的离子电推进子系统包括离子推力器、离子电源处理单元、供电转接盒、贮供系统(离子氙气瓶+供给模块)、离子管路组件及电缆。
目前在新一代通信卫星平台东三B上引入离子电推进系统，目的是为了进一步开发电推进技术，提高我国通信卫星综合性能和国际竞争力，对于后续通信卫星平台的研制，甚至对于深空探测领域来说意义尤为重大。东三B电推进系统要求完成平台15年南北位置保持，要求电推力器点火时间11000小时、点火次数6000次以上。由于任务功能需求与SJ-9A不同，东三B电推进系统与SJ-9A搭载试验的离子系统在配置、技术要求及技术状态上有较大差别。东三B电推进系统更为复杂。东三B电推进系统在国内卫星上接近于全新系统，地面测试非常重要。
电推进系统研制需要解决一系列关键技术，包括自身的关键技术和整星集成关键技术。系统自身的关键技术测试主要靠地面单机测试以及系统地面联试，包括在真空舱内进行推力器点火试验。而电推进在整星集成后的检测主要是靠星上测试来验证系统电性能，同时验证电推进系统部件之间以及与整星其它分系统之间的匹配性和兼容性，电性星测试不进行推力器点火。因此需要根据初样电性星及结构星的测试项目及要求进行电推进系统在电性星及结构星上的配置方案设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种地球静止轨道通信卫星初样星电推进系统，通过卫星初样阶段电性星和结构星测试验证电推进系统的正确性。
本发明包括如下技术方案：
一种地球静止轨道通信初样星电推进系统，包括电性星电推进系统和结构星电推进系统；
电性星电推进系统包括离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器矢量调节机构S、压力调节模块、流量控制模块N1、流量控制模块N2、流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆；其中离子推力器单元S1、离子推力器单元S2为结构模拟件；离子推力器矢量调节机构S为电性件；压力调节模块为电性件，验证压力闭环调节功能，内部阀门均为具有完整功能电性件；流量控制模块N1、流量控制模块N2为电性模拟件；流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆均为电性件；
结构星电推进系统包括离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器单元N1、离子推力器单元N2、离子推力器矢量调节机构N、离子推力器矢量调节机构S、氙气瓶1、氙气瓶2、压力调节模块、流量控制模块N1、流量控制模块N2、流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆；其中离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器单元N1、离子推力器单元N2为结构工程件，用于模拟产品的机械接口、电连接器接口及气体管路接口，验证力学性能；离子推力器矢量调节机构N为鉴定件；离子推力器矢量调节机构S为结构模拟件；氙气瓶1为鉴定件、氙气瓶2为结构工程件；压力调节模块、流量控制模块N1为鉴定件；流量控制模块N2为结构工程件；流量控制模块S1、流量控制模块S2为配重件；电推进电源处理单元1为鉴定件；电推进电源处理单元2为结构热模拟件；管路及电缆为结构工程件。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)电性星电推进系统可以充分测试系统电性能；包括接口信号检查、各模块功能检查，正常模式及故障模式的功能检查、电推力器驱动功能检查、贮供子系统压力调节功能检查，流量控制功能检查、矢量调节机构功能检查。
(2)结构星电推进系统可以充分检验经历力学试验后的系统性能；上述电性能在电推进系统经历卫星力学环境试验后是否正常需要在结构星上测试。此外，在结构星上还进行贮供系统力学试验前后的漏率检查。
(3)从系统配置及技术状态考虑，采用相对简单的初样电推进系统实现上述功能检查；初样星电推进系统配置及技术状态根据电推进性能检查要求进行确定，在充分进行测试项目检查的前提下采用尽可能简化的方案；初样星电推进系统可以完成除推力器点火外全部通信卫星电推进系统功能检查。推力器点火需要在真空中进行，整星测试不具备试验状态。
附图说明
图1为整星电推进系统配置及电性能接口关系。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
东三B平台卫星完整的电推进系统配置及电性能接口关系如图1。电推进分系统主要包括4个离子推力器、贮供子系统(包括2只氙气瓶+1套压力调节模块+4套流量调节模块)、电源处理单元(PPU)、两个矢量调节机构以及电推进控制单元。100V母线给执行机构驱动单元(ADU)中的电推进控制单元、电源处理单元(PPU)提供输入电源；电推进控制单元给贮供子系统的电磁阀及流量控制器供电，控制贮供子系统气路的供给和流量调节，并给PPU相关控制指令启动PPU工作，PPU在电推进控制单元的指令作用下按时序要求给离子推力器提供各路电源，离子推力器在PPU的供电和贮供子系统的供气配合下产生推力，推力矢量方向在矢量调节机构的作用下完成南北位保时对质心的指向要求，矢量调节机构同样由ADU中的电推进控制单元进行控制。此外，电推进系统中还包括对以上各个子系统之间的互联接口、与整星的遥测接口、热控接口、电推进控制单元和中心计算机CMU之间的数据通信接口。
电推进分系统电性星测试，包括接口检查及功能测试验证电推进分系统功能设计的正确性，同时验证电推进分系统各部件之间，电推进分系统与综合电子、控制、测控、能源分系统之间匹配关系。EMC试验验证星上电推进分系统与整星的兼容性，包括电推进分系统对卫星通信的影响。
根据上述测试内容确定电性星电推进系统配套及技术状态如下：
表1电性星电推进系统
表1中电性件定义为：能够完成正样产品的所有功能，性能与正样产品一致，机电热接口与正样产品一致。不需要进行环境试验及老炼试验。初样产品验收前需要完成产品的性能测试，对新研产品需要通过EMC试验。
电性模拟件定义为：仅需模拟产品的电性能接口功能，机械安装接口与正样产品一致。如遥测、遥控及供电接口。验收前需要完成产品的性能测试。
此外，表1中电推进系统的各个部件需和整星中心计算机CMU以及执行驱动机构ADU一起完成电推进系统电性能测试。电推进驱动控制单元在ADU中。在电性星电推进系统测试中无法进行真空状态下推力器点火，因此在系统电性能测试中使用电推力器模拟负载。初样星电测时电推力器全部用电推力器模拟负载进行，属地面设备。
东三B结构星主要测试电推进系统在经历整星力学环境试验之后的功能，包括系统漏率和主要电性能。因此在电性星上所进行的电性能测试内容应包含在结构星力学实验之后电推进系统电测的内容当中。结构星电推进系统配套如下：
表2结构星电推进系统
表2中对于结构星产品技术状态定义如下：
(1)配重件无电性能要求和机械接口模拟要求，只模拟分布质量。
(2)结构模拟件无电性能要求，但机械接口(安装点、外形)同正样件要求。结构模拟件要求有接插件，接插件数量、位置与初样要求相同。
(3)结构热模拟件：除搭接和绝缘外无电性能要求，机械接口(安装点、外形)同正样件要求。
(4)结构工程件对热控特性和电气特性不作要求，其余与正样产品一致。
(5)鉴定件：正样产品技术状态，用于完成产品鉴定试验。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (1)
1.一种地球静止轨道通信卫星初样星电推进系统，包括电性星电推进系统和结构星电推进系统；其特征在于：
电性星电推进系统包括离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器矢量调节机构S、压力调节模块、流量控制模块N1、流量控制模块N2、流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆；其中离子推力器单元S1、离子推力器单元S2为结构模拟件；离子推力器矢量调节机构S为电性件；压力调节模块为电性件，验证压力闭环调节功能，内部阀门均为具有完整功能电性件；流量控制模块N1、流量控制模块N2为电性模拟件；流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆均为电性件；
结构星电推进系统包括离子推力器单元S1、离子推力器单元S2、离子推力器单元N1、离子推力器单元N2、离子推力器矢量调节机构N、离子推力器矢量调节机构S、氙气瓶1、氙气瓶2、压力调节模块、流量控制模块N1、流量控制模块N2、流量控制模块S1、流量控制模块S2、电推进电源处理单元1、电推进电源处理单元2、管路及电缆；其中离子推力器单元N1、离子推力器单元S2、离子推力器单元N1、离子推力器单元N2为结构工程件，用于模拟产品的机械接口、电连接器接口及气体管路接口，验证力学性能；离子推力器矢量调节机构N为鉴定件；离子推力器矢量调节机构S为结构模拟件；氙气瓶1为鉴定件、氙气瓶2为结构工程件；压力调节模块、流量控制模块N1为鉴定件；流量控制模块N2为结构工程件；流量控制模块S1、流量控制模块S2为配重件；电推进电源处理单元1为鉴定件；电推进电源处理单元2为结构热模拟件；管路及电缆为结构工程件。
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