CN110963086A - 用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统及方法，用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，包括气瓶、自锁阀、减压阀、质量流量传感器以及推力器，气瓶通过输出管路连接推力器；输出管路上设置有自锁阀，所述自锁阀将所述输出管路分为上路管路和下路管路；下路管路上设置有减压阀；推力器的入口端设置有实时检测气体质量流量的质量流量传感器。本发明利用推进剂质量流量与推力之间的关系，实时测量推力大小，推力器按控制指令调节喉部节流面积，将推力大小设置为卫星当前控制需求的推力，因此，提高了卫星无拖曳控制的精度，取得了结构简单、可靠性高、推力稳定等有益效果。

Description

用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统及方法
技术领域
本发明涉及无拖曳卫星的推进设备，具体地，涉及一种用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统及方法。
背景技术
无拖曳卫星要求提供一个近乎纯引力作用下的飞行环境，传统的飞轮和磁力矩器姿控指标已经不满足要求，需要推力器推力大小达到微牛量级，且推力大小可根据控制需求进行实时调节。目前，冷气微推进系统大多采用恒推力输出，无法提高无拖曳卫星控制精度，这个问题始终难以解决。
申请号为201410775324.2的发明专利公开了一种卫星推力器布局方法，用于三轴稳定的卫星推力器布局，实现推进剂的节省。该方法包括：根据卫星的质量特性和结构构型参数以及卫星推力器的布局构型参数，确定卫星推力器的初步布局参数；根据卫星推力器的羽流影响分析结果和敏感器视场分析结果，对卫星推力器的初步布局参数进行调整，从而获得优化的推力器布局参数。因此，本发明可有效利用卫星转移轨道变轨期间姿态控制产生的推力，以及在轨运行期间南北位置保持和动量轮卸载产生的姿态控制推力，进行辅助的轨道控制，以减小推进剂消耗量，增加卫星在轨运行寿命，同时使得姿态和轨道控制功能备份多，适应卫星质心变化范围大，利于卫星天线布局设计，且可根据客户要求进行推力器减配。但是上述方案无法实现推力大小调节问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统及方法。
根据本发明提供的一种用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，包括气瓶、自锁阀、减压阀、质量流量传感器以及推力器，其中：
所述气瓶通过输出管路连接推力器；
所述输出管路上设置有自锁阀，所述自锁阀将所述输出管路分为上路管路和下路管路；
所述下路管路上设置有减压阀；
推力器的入口端设置有实时检测气体质量流量的质量流量传感器。
优选地，还包括加排阀，所述加排阀设置在气瓶出管口，用于向气瓶内填充气体。
优选地，还包括高压传感器，所述高压传感器设置在所述气瓶的出管口，并能够检测气瓶内气体压力。
优选地，还包括低压传感器，所述低压传感器设置在质量流量传感器入口处，用于检测质量流量传感器入口的压力。
优选地，所述气瓶内填充的气体为氮气。
优选地，推力器的推力能够在1μN至1000μN之间调节，推力调节速度不低于40μN/s，推力大于100μN时，比冲不低于600Ns/kg，推力小于100μN时，比冲不低于400Ns/kg。
根据本发明提供的一种基于上述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统的方法，包括如下步骤：
步骤S1：关闭自锁阀和推力器，向气瓶内填高压氮气；
步骤S2：卫星进入工作状态后先打开自锁阀，并进行压力监测；
步骤S3：开启推力器到设定的推力，推进系统工作，并根据控制指令，实时调节推力大小；
步骤S4：工作完毕后，推力器关闭，自锁阀关闭。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构简单、可靠性高、推力稳定；
2、本发明利用推进剂质量流量与推力之间的关系，实时测量推力大小，推力器按控制指令调节喉部节流面积，将推力大小设置为卫星当前控制需求的推力，提高了卫星无拖曳控制的精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明无拖曳卫星的变推力冷气推进系统的结构示意图。
图中示出：
气瓶1
加排阀2
高压传感器3
自锁阀4
减压阀5
低压传感器6
质量流量传感器7
推力器8
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所述，根据本发明提供的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，包括一个气瓶1，气瓶1内贮存高压氮气；气瓶1出口管安装有加排阀2，用于向气瓶1内充填氮气；气瓶1出口管安装有一个高压传感器3，用于检测气瓶1内的压力；气瓶1输出管路与一个自锁阀4连接，实现高压气瓶1与下游的可靠隔离；自锁阀4下游管路与一个减压阀5连接，用于高压氮气的减压，并稳定下游压力；减压阀5输出管路上安装有一个低压传感器6，用于检测质量流量传感器7入口的压力；推力器8上游管路安装一个质量流量传感器7，用于实时测量氮气质量流量；根据氮气质量流量与推力之间的关系，推力器8按控制指令实时调节喉部节流面积，将推力大小设置为卫星当前控制需求，满足卫星无拖曳功能需求。
当需要推进系统提供推力时，开启自锁阀4和推力器8，高压氮气流经减压阀5时压力降低，质量流量传感器7实时测量氮气流量，推力器8根据控制指令调节推力大小，氮气最终以从喷管喷射出去，从而产生反作用力。
本实施例中，推力器推力可在1μN至1000μN之间调节，推力调节速度不低于40μN/s，推力大于100μN时，比冲不低于600Ns/kg，推力小于100μN时，比冲不低于400Ns/kg。
本发明工作流程如下：
步骤1，关闭自锁阀4和推力器8，通过加排阀2充填高压氮气，充填完毕后，关闭加排阀2；
步骤2，卫星进入工作状态后先打开自锁阀4，并进行压力监测；
步骤3，开启推力器8到设定的推力，推进系统工作，并根据控制指令，实时调节推力大小。
步骤4，工作完毕后，推力器8关闭，自锁阀4关闭。
本发明利用推进剂质量流量与推力之间的关系，实时测量推力大小，推力器按控制指令调节喉部节流面积，将推力大小设置为卫星当前控制需求的推力，因此，提高了卫星无拖曳控制的精度。此推进技术结构简单、可靠性高、推力稳定。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，包括气瓶、自锁阀、减压阀、质量流量传感器以及推力器，其中：
所述气瓶通过输出管路连接推力器；
所述输出管路上设置有自锁阀，所述自锁阀将所述输出管路分为上路管路和下路管路；
所述下路管路上设置有减压阀；
推力器的入口端设置有实时检测气体质量流量的质量流量传感器。
2.根据权利要求1所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，还包括加排阀，所述加排阀设置在气瓶出管口，用于向气瓶内填充气体。
3.根据权利要求1所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，还包括高压传感器，所述高压传感器设置在所述气瓶的出管口，并能够检测气瓶内气体压力。
4.根据权利要求1所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，还包括低压传感器，所述低压传感器设置在质量流量传感器入口处，用于检测质量流量传感器入口的压力。
5.根据权利要求1所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，所述气瓶内填充的气体为氮气。
6.根根据权利要求1所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统，其特征在于，推力器的推力能够在1μN至1000μN之间调节，推力调节速度不低于40μN/s，推力大于100μN时，比冲不低于600Ns/kg，推力小于100μN时，比冲不低于400Ns/kg。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的用于无拖曳卫星的变推力冷气推进系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：关闭自锁阀和推力器，向气瓶内填高压氮气；
步骤S2：卫星进入工作状态后先打开自锁阀，并进行压力监测；
步骤S3：开启推力器到设定的推力，推进系统工作，并根据控制指令，实时调节推力大小；
步骤S4：工作完毕后，推力器关闭，自锁阀关闭。
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