CN108798935A - 一种碘卫星推力器的工质供应系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碘卫星推力器的工质供应系统，包括设于推力器后端的推进剂储箱，所述推进剂储箱连通有主管，主管通过三通阀分流成两个支管，两个支管分别连接推力器的阴极和阳极；推进剂储箱、主管、两个支管上分别设有加热装置；两个支管上分别设有比例流率控制阀。还公开了一种碘卫星推力器的工质供应系统的使用方法，具体为将推进剂储箱加热至90℃，主管和支管分别加热至125℃；分别通过比例流率控制阀控制支管流率，进而控制进入推力器阴极和阳极的工质流率。本发明的有益效果为：提供了一个碘工质供应系统；碘工质的流动可以通过热调节，工作在相对低的温度。其应用简单可靠，能够持续的产生立方星推进所需要的高的比冲和推进效率。
Description
技术领域
本发明设计航天航空技术领域，尤其涉及一种碘卫星推力器的工质供应系统及其使用方法。
背景技术
Cubesat即立方星，是一个结构形状成立方体的微小卫星，这种卫星虽然重量轻体积小，但是能够搭载一定的空间实验载荷开展科学实验，并且价格低廉，目前已经成为一种国际化的微小卫星标准。立方星作为一种相对新的航天器平台，通常作为运载火箭的第二有效载荷。为广大用户有权利用空间的有效手段，这些卫星由积木形式组成，具有成本低的优点。但是一个主要的问题就是有合适的电推进系统，能够执行轨道转移任务。
电推进相对于化学推进具有比冲高、寿命长、结构简单、可靠性高等优点。采用基于电推进的卫星相对于化学推进可节省大量的推进剂，能够显著降低航天器的发射重量或者把更多的有效载荷送达探测目标地，并有效降低使命对发射窗口和总体重量的依赖程度。欧美俄等国家和地区均已广泛采用电推进来提升其航天器性能。
碘在低压下作为一种高密度的固体，具有极高的比冲。但是由于碘工质的储存和线路的腐蚀等问题，碘工质供应系统也有许多需要解决的问题，第一个问题是全部的供应系统必须维持在高温防止碘沉积(从气相回到固相)，这将会阻塞推进剂输送线路。令一个方面，线路中的温度低于储箱中的温度的时候，将会发生碘的沉积。
因此需要设计一个基于碘工质的供应系统，用来解决碘工质的储存和输送。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，并提供了一种碘卫星推力器的工质供应系统。
为了解决上述问题，还提供了一种碘卫星推力器的工质供应系统的使用方法。
为了完成上述目标，本发明提供以下技术方案：
本申请提供了一种碘卫星推力器的工质供应系统，包括设于推力器后端的推进剂储箱，所述推进剂储箱连通有主管，主管通过三通阀分流成两个支管，两个支管分别连接推力器的阴极和阳极；推进剂储箱、主管、两个支管上分别设有可控温的加热装置；两个支管上分别设有比例流率控制阀；所述主管上有一段为波纹管，波纹管为了适应推进剂储箱在工作时候箱盖的波动。
优选的，所述加热装置为柔性的聚酰亚胺加热器，加热装置包覆于推进剂储箱、主管和两个支管上，每个加热装置分别通过比例-积分-微分温度控制器调节温度。
优选的，所述推进剂储箱、主管、两个支管材质均为哈氏合金。
优选的，两个支管上位于比例流率控制阀的前后段管道上的加热装置为分别独立控制。
优选的，两个支管的后段分别设有压力传感器；每个加热装置所包覆的管道或推进剂储箱上均设有温度传感器。
优选的，所述比例流率控制阀为具有内置加热器的控制阀，用于避免比例流率控制阀内部碘沉淀。
本申请还提供了一种上述碘卫星推力器的工质供应系统的使用方法，具体为将推进剂储箱加热至90℃，主管和支管分别加热至125℃；分别通过比例流率控制阀控制支管流率，进而控制进入推力器阴极和阳极的工质流率。
本发明的有益效果为：本发明提供了一个集成的碘工质供应系统。碘工质的流动可以通过热调节，工作在相对低的温度。其应用简单可靠，能够持续的产生立方星推进所需要的高的比冲和推进效率。
附图说明
图1为本申请的结构示意图。
图2为本申请的控制框图。
具体实施方式
实施例
如图1图2所示，一种碘卫星推力器1的工质供应系统，包括设于推力器1后端的推进剂储箱2，所述推进剂储箱2连通有主管3，主管3通过三通阀分流成两个支管4，两个支管4分别连接推力器1的阴极和阳极；推进剂储箱2、主管3、两个支管4上分别设有可控温的加热装置5；两个支管4上分别设有比例流率控制阀6；所述主管3上有一段为波纹管，波纹管为了适应推进剂储箱2在工作时候箱盖的波动。所述加热装置5为柔性的聚酰亚胺加热器，加热装置5包覆于推进剂储箱2、主管3和两个支管4上，每个加热装置5分别通过比例-积分-微分温度控制器调节温度。推进剂储箱2、主管3、两个支管4材质均为哈氏合金，哈氏合金具有好的抗腐蚀性和热稳定性。两个支管4上位于比例流率控制阀6PFCV的前后段管道上的加热装置5为分别独立控制。两个支管4的后段分别设有压力传感器；每个加热装置5所包覆的管道或推进剂储箱2上均设有温度传感器。质量流率控制阀具有内置的加热器，以避免升华的碘工质在内部沉积。
在实际应用中，作为一种优选，加热装置5采用柔性的聚酰亚胺加热器，加热装置5包覆于推进剂储箱2、主管3和两个支管4上。
在实际工作中，推进剂储箱2和主管3、支管4分别被加热到各自的工作温度。在推进剂储箱2中升华的碘流出储箱后被分开，分别流入阴极和阳极。在每个分支中的流动被用一个比例流率控制阀6控制，六个独立的加热区域，每一个都是独立地控制，并且使用电阻温度检测器实时检测。
具体的，工作的时候，加热器需要将管内的温度提高到90℃，管道的温度提高到125℃，并且通过比例流率控制阀6加热器调节输送至推力器1的阴极和阳极，聚酰亚胺加热器实际应用时候具有两个独立的电阻电路，推力器1的电源处理单元有操作主加热器电路的功能，航天器的辅助控制板具有储箱的二次加热电路，并对加热区域加热的能力。
本申请测试结果表明，一个装有本申请的碘工质供应系统的推力器1具有的性能为：在200W的功率条件下，阳极的工质流率为1.02mg/s，阴极的工质流率为0.5mg/s，产生的比冲为1350s，推力为13.5mN。
Claims (7)
1.一种碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：包括设于推力器后端的推进剂储箱，所述推进剂储箱连通有主管，主管通过三通阀分流成两个支管，两个支管分别连接推力器的阴极和阳极；推进剂储箱、主管、两个支管上分别设有可控温的加热装置；两个支管上分别设有比例流率控制阀；所述主管上有一段为波纹管。
2.根据权利要求1所述的碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：所述加热装置为柔性的聚酰亚胺加热器，加热装置包覆于推进剂储箱、主管和两个支管上，每个加热装置分别通过比例-积分-微分温度控制器调节温度。
3.根据权利要求2所述的碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：所述推进剂储箱、主管、两个支管材质均为哈氏合金。
4.根据权利要求3所述的碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：两个支管上位于比例流率控制阀的前后段管道上的加热装置为分别独立控制。
5.根据权利要求4所述的碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：两个支管的后段分别设有压力传感器；每个加热装置所包覆的管道或推进剂储箱上均设有温度传感器。
6.根据权利要求5所述的碘卫星推力器的工质供应系统，其特征在于：所述比例流率控制阀为具有内置加热器的控制阀。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的碘卫星推力器的工质供应系统的使用方法，其特征在于：将推进剂储箱加热至90℃，主管和支管分别加热至125℃；分别通过比例流率控制阀控制支管流率，进而控制进入推力器阴极和阳极的工质流率。
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111140450A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-12 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种霍尔推力器用碘介质地面供气装置及使用方法 |
| CN111232253A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-06-05 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种固体工质的储供装置 |
| CN111422380A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-17 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种模块化碘工质的储供装置 |
| CN113306746A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-27 | 成都天巡微小卫星科技有限责任公司 | 一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6609363B1 (en) * | 1999-08-19 | 2003-08-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Iodine electric propulsion thrusters |
| CN104133039A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-11-05 | 北京卫星环境工程研究所 | 卫星电推进工质氙气的充装特性测试方法 |
| RU2013150596A (ru) * | 2013-11-13 | 2015-05-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Система хранения и подачи йода |
| CN208633942U (zh) * | 2018-07-29 | 2019-03-22 | 河南理工大学 | 一种碘卫星推力器的工质供应系统 |
-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6609363B1 (en) * | 1999-08-19 | 2003-08-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Iodine electric propulsion thrusters |
| RU2013150596A (ru) * | 2013-11-13 | 2015-05-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Система хранения и подачи йода |
| CN104133039A (zh) * | 2014-07-14 | 2014-11-05 | 北京卫星环境工程研究所 | 卫星电推进工质氙气的充装特性测试方法 |
| CN208633942U (zh) * | 2018-07-29 | 2019-03-22 | 河南理工大学 | 一种碘卫星推力器的工质供应系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| POLZIN K A，PEEPLES S R，SEIXAL J F，ET AL: "Propulsion system development for the iodine satellite（iSAT）demonstration mission", 《IEPC》 * |
| 王文超、张志鸿 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111140450A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-05-12 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种霍尔推力器用碘介质地面供气装置及使用方法 |
| CN111232253A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-06-05 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种固体工质的储供装置 |
| CN111232253B (zh) * | 2020-01-14 | 2021-08-17 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种固体工质的储供装置 |
| CN111422380A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-17 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种模块化碘工质的储供装置 |
| CN111422380B (zh) * | 2020-04-13 | 2023-09-26 | 苏州纳飞卫星动力科技有限公司 | 一种模块化碘工质的储供装置 |
| CN113306746A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-27 | 成都天巡微小卫星科技有限责任公司 | 一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统 |
| CN113306746B (zh) * | 2021-05-26 | 2022-10-14 | 成都天巡微小卫星科技有限责任公司 | 一种基于音速喷嘴流量控制的碘工质电推进储供系统 |
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