CN107054701B - 一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置，能够进行推力器在轨工作条件下的太阳辐照模拟试验，而且试验效率较高，能够模拟多种工况。该装置中n个辐照源均匀布置在一个圆环上，形成环形辐照结构；离子推力器位于所述圆环的中心位置；环形辐照结构与离子推力器之间可以相对转动，转动轴线为推力器轴线；辐射计贴装于离子推力器外表面；工控机可根据推力器在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，关闭或开启相应的辐照源，并控制环形辐照结构与离子推力器之间的相对角度，以模拟推力器在轨运行状态下的太阳辐照接收；工控机还用于根据辐射计测量的辐照源辐照剂量，调节辐照源工作参数，以模拟推力器在轨时接收到的辐照剂量。

Description

一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置。

背景技术

在对离子推力器模拟在轨太阳辐照试验时，传统办法为采用太阳辐照模拟器，对推力器进行固定角度的直接照射，推力器无法移动且只能模拟单点在轨位置下的太阳辐照试验，太阳模拟器造价高昂且试验中需不断调节推力器位置。整个试验系统复杂且由于太阳辐照剂量损失较大，造成试验的效率较低。因此，需设计一种简单且成本较低的模拟离子推力器在轨太阳辐照试验方案，进行推力器在轨工作条件下的太阳辐照模拟试验。

发明内容

有鉴于此，本发明克服现有在轨太阳辐照模拟试验的能力欠缺和不足之处，提供一种简单且成本较低的模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置，能够进行推力器在轨工作条件下的太阳辐照模拟试验，而且试验效率较高，能够模拟多种工况。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置，该装置安装在真空测量设备内，包括工控机、离子推力器、n个辐照源和m个辐射计，m和n为大于或等于2的自然数；n个辐照源均匀布置在一个圆环上，形成环形辐照结构；离子推力器位于所述圆环的中心位置；环形辐照结构与离子推力器之间可以相对转动，转动轴线为推力器轴线；辐射计贴装于离子推力器外表面；

工控机根据推力器在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，关闭或开启相应的辐照源，并控制环形辐照结构与离子推力器之间的相对角度，以模拟推力器在轨运行状态下的太阳辐照接收；

工控机还用于根据辐射计测量的辐照源辐照剂量，调节辐照源工作参数，以模拟推力器在轨时接收到的辐照剂量。

优选地，以环形辐照结构位置固定，离子推力器旋转的方式实现相对转动：所述离子推力器通过安装杆连接旋转电机输出轴；工控机通过控制旋转电机旋转离子推力器，使得环形辐照结构与离子推力器之间相对转动。

优选地，所述辐照源固定安装于圆柱形灯架上，且辐照源的前端面与离子推力器的端面齐平。

优选地，所述辐照源采用辐照灯。

优选地，所述辐照源和离子推力器外部包围热屏。

优选地，所述热屏外部焊接有液氮盘管。

优选地，所述液氮盘管最外层包裹绝热屏。

优选地，所述工控机进一步采集液氮盘管的温度监控信号；将获得的温度监控信号进行显示，和/或根据所述温度监控信号进行液氮盘管开关阀的控制。

有益效果：

(1)本发明采用辐射源与推力器相对运动的方式，突破了传统测量方式由于推力器固定安装带来的只能进行单一工况下太阳辐照测量的局限，可以根据在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，自动调整辐射源开启数量以及辐射源与推力器的相对角度，能够实现多工况下的太阳辐照试验。而且自动调整还可以提高测量效率，降低测量成本。

(2)本发明根据辐射计反馈的实际辐照剂量，进行辐射强度的调整，能够实时模拟在轨工作时接受到的不同太阳角度的太阳辐照剂量。

(3)本发明采用了热屏以及绝热屏双层结构，一方面降低了使用辐照灯引起的太阳辐照剂量损失，另一方面采用绝热屏可阻止外部地面试验环境与液氮盘管间的热量交换。此外，还采用液氮盘管控制环境温度以模拟在轨深空冷背景。

(4)本发明使用工控机，对辐照灯的控制信号、液氮盘管的温度监控信号，以及旋转电机的旋转角度信号进行实时监控，确保试验过程能够较为准确的模拟推力器在轨太阳辐照过程。

(5)本发明结构简单，且造价较低，模拟太阳辐照位置范围较宽。

附图说明

图1为离子推力器在轨太阳辐照的试验装置的示意图。其中，图左为正视图、图右为侧视图。

其中，1-离子推力器，2-辐照灯(辐照源)，3-辐射计，4-热屏，5-液氮盘管，6-绝热屏，7-旋转电机，8-安装杆，9-信号线，10-工控机，11-圆柱形灯架。

具体实施方式

本发明提供了一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置，该装置安装在真空测量设备内，至少包括工控机10、离子推力器1、n个辐照源2和m个辐射计3，m和n为大于或等于2的自然数。n个辐照源2按角度均匀布置在一个圆环上，形成环形辐照结构；离子推力器1位于所述圆环的中心位置；环形辐照结构与离子推力器1之间可以相对转动，转动轴线为推力器1轴线；辐射计3贴装于离子推力器1外表面。

工控机10根据推力器在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，关闭或开启相应的辐照源2，并控制环形辐照结构与离子推力器1之间的相对角度，以模拟推力器在轨运行状态下的辐照接收；工控机10还用于根据辐射计3测量的辐照源2辐照剂量，调节辐照源2工作参数，以模拟推力器在轨辐照剂量。

图1为本发明优选实施例的结构示意图。如图1所示，该模拟离子推力器在轨太阳辐照试验装置包括离子推力器1、辐照灯2、辐射计3、热屏4、液氮盘管5、绝热屏6、旋转电机7、安装杆8、信号线9、工控机10、圆柱形灯架11。这里，辐照源2采用辐照灯，实现简单，成本低。

本实施例以辐照灯固定，离子推力器旋转的方式进行相对转动。具体来说，辐照灯2固定安装于圆柱形灯架11上，安装方式可以采用螺接方式，且辐照灯2的前端面与离子推力器1端面齐平，确保推力器接受最大的辐照剂量。离子推力器1通过安装杆8与旋转电机7进行固定连接，例如安装杆顶端为平面结构，离子推力器1的后盖板通过螺接固定安装方式与安装杆8的一端进行固定，安装杆8的另一端与旋转电机7的转轴进行机械安装。工控机10通过控制旋转电机7旋转离子推力器1，使得环形辐照结构与离子推力器1之间相对转动。

辐照灯2的数量与辐射计3的数量相同，本实施例为m＝n＝4，4只辐射计3安装于离子推力器1外表面对称位置，安装方式可以采用硅橡胶贴装，每只辐射计相隔90°，辐射计3位置正对辐照源1安装位置，用于测量推力器接受到的太阳辐照剂量。

辐照灯2、离子推力器1和圆柱形灯架外部被热屏4全包围，以降低辐照灯2损失的辐射剂量；热屏4外部焊接有液氮盘管5，温度保持在-100～-150℃，以模拟在轨深空冷背景。

液氮盘管5最外层包裹绝热屏6，绝热屏6可采用热导率和发射率较低的保温材料制成，如工程塑料等。绝热屏6对液氮盘管5进行包覆，且采用胶接方式进行固定，用来阻止外部地面试验环境与液氮盘管间的热量交换。

辐照灯2的控制信号、液氮盘管5的温度监控信号，以及旋转电机7的位置信号均通过信号线9，由工控机10进行控制，工控机10具有界面监控显示功能。测量过程中，根据推力器在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，通过工控机10关闭或开启相应的辐照灯2，并通过旋转电机7旋转离子推力器1以模拟推力器在轨运行状态下的辐照接收。工控机10具有实时界面监视显示功能，可以获得液氮盘管5的温度监控信号进行显示，或者根据该温度监控信号进行液氮盘管开关阀的控制。

辐射计3测量辐照灯2的辐照剂量，反馈给工控机10，由工控机10调节辐照灯2的电流，以模拟推力器在轨辐照剂量。

采用带有界面显示的工控机10，对各路信号进行实时监控以及调节控制，并记录相关数据，完成对推力器1的太阳辐照模拟试验。

本发明采用模拟离子推力器在轨太阳辐照试验方法后，可以有效反映推力器在轨阶段，随不同太阳入射角度，推力器接受到的太阳辐射剂量，并通过推力器贴装传感器以反映推力器在轨辐照条件下的温度变化过程。本测试方法的特点在于：试验方法简单、设备造价低廉且精度较高，主要依托市面常见辐照灯(卤灯)、驱动电机、监控系统等组成。

本测试方法经过评估和验证后，认为该方法能够有效的模拟和评估离子推力器在轨受到太阳辐照的影响大小，且测量精度较高，测量系统主要为可变角度的辐照灯系统，有效的提高了测量过程的可调节性。该测试方法适用于真空等离子体环境下离子推力器太阳辐照模拟试验，并且测量精度较高。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟离子推力器在轨太阳辐照的试验装置，其特征在于，该装置安装在真空测量设备内，包括工控机(10)、离子推力器(1)、n个辐照源(2)和m个辐射计(3)，m和n为大于或等于2的自然数；n个辐照源(2)均匀布置在一个圆环上，形成环形辐照结构；离子推力器(1)位于所述圆环的中心位置；环形辐照结构与离子推力器(1)之间可以相对转动，转动轴线为推力器(1)轴线；辐射计(3)贴装于离子推力器(1)外表面；

工控机(10)根据推力器在轨运行位置以及不同的太阳辐照角度，关闭或开启相应的辐照源(2)，并控制环形辐照结构与离子推力器(1)之间的相对角度，以模拟推力器在轨运行状态下的太阳辐照接收；

工控机(10)还用于根据辐射计(3)测量的辐照源(2)辐照剂量，调节辐照源(2)工作参数，以模拟推力器在轨时接收到的辐照剂量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，以环形辐照结构位置固定，离子推力器(1)旋转的方式实现相对转动：所述离子推力器(1)通过安装杆(8)连接旋转电机(7)输出轴；工控机(10)通过控制旋转电机(7)旋转离子推力器(1)，使得环形辐照结构与离子推力器(1)之间相对转动。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐照源(2)固定安装于圆柱形灯架(11)上，且辐照源(2)的前端面与离子推力器(1)的端面齐平。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐照源(2)采用辐照灯。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐照源(2)和离子推力器(1)外部包覆热屏(4)。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述热屏(4)外部焊接有液氮盘管(5)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述液氮盘管(5)最外层包裹绝热屏(6)。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述工控机(10)进一步采集液氮盘管(5)的温度监控信号；将获得的温度监控信号进行显示，和/或根据所述温度监控信号进行液氮盘管(5)开关阀的控制。

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