CN114104338A - 一种卫星全电推进系统及推进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星全电推进系统及推进方法，主要由底座、滑动导轨、滑台、动子线圈、定子磁铁、专用光栅尺、光栅尺配用读取头和铁球等组成。工作时，全电推进器是利用滑台上的铁球的向前移动后突然停止移动，使铁球产生惯性，卫星利用内部产生的惯性向前加速滑行，利用铁球向后移动，使底座产生反作用力，给卫星加速；全电推进器也可以利用滑台上的铁球来回移动产生反推力，给卫星减速；本发明结构简单紧凑可靠，系统为全电性质，所需的电能可通过太阳能电池板或者核能发电获得，减少了卫星的发射重量，从而大幅降低发射成本，提高卫星有效载荷能力、延长了卫星服役寿命。

Description

一种卫星全电推进系统及推进方法

技术领域

本发明涉及一种卫星推进器及推进方法，尤其是卫星利用电能进行推进加速的技术。

背景技术

现在的建造的卫星以及深空探测器都是使用化学燃料推进器，都要携带大量化学推进剂来进行加速和变轨，增加了加注燃料推进剂的成本，也增加了卫星重量，同时也增加了卫星的发射成本，为了节省化学推进剂，不能给飞行器进行持续加速，飞行速度慢，星际飞行时间长，燃料用一点少一点，为此以尽可能携带更多的推进剂，来延长其使用寿命。一旦推进剂耗尽，将导致整个卫星失效，缩短了卫星的使用寿命。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术存在的不足，充分利用太阳能电池板或核能发电的优势，利用简单机械结构推进使太空中的卫星加速或减速飞行。

技术方案：一种卫星全电推进系统及推进方法，包括底座、滑动导轨、滑台、动子线圈、定子磁铁、专用光栅尺、光栅尺配用读取头和铁球。所述的底座包括底板和挡板，两块挡板分别安装在底板的两端，两块挡板一方面可用于将该卫星全电推进系统安装在卫星上，另一方面可用于限制滑台运动范围。所述的动子线圈和滑动导轨均安装在底板上，其中动子线圈在底板中间位置，其中心线与底板中心线重合，滑动导轨分别对称安装在底板上，2条滑动导轨外侧分别装有两条专用光栅尺。所述的滑动导轨为“T”形，该形状的作用在于与底板共同形成凹槽，专用光栅尺安装在凹槽内。所述的滑台包括上承板和“L”形卡滑，“L”形卡滑可以卡在滑动导轨与底板共同形成凹槽内而不会脱落。所述的滑台与滑动导轨之间滑动连接，在滑台上装有2个光栅尺配用读取头，其与专用光栅尺配合使用，滑台底端装有定子磁铁，其与安装在底座上的动子线圈相配合。所述的动子线圈通电后形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁运动，从而带动滑台运动。所述的专用光栅尺配合光栅尺配用读取头使用，从而间接实时获取滑台位置，便于控制。所述的铁球安装在滑台上承板上，铁球可根据实际情况更换。所述的动子线圈、专用光栅尺、光栅尺配用读取头所需能量通过卫星上太阳能发电装置提供，并由总控制器控制。所述的总控制器控制滑台按照预定的函数速度运动。所述的卫星的全电推进器是垂直安装在卫星内部的底部的，滑动导轨一端靠近卫星底部的是近止点，另一端是远止点。所述的滑台上的铁球在滑动导轨上来回移动，来产生推力与反推力。

所述的推进方法具体包括如下步骤：第一步：动子线圈通电后形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁运动，从而带动滑台运动。滑台沿着卫星运动方向，从近止点到远止点由慢到快加速运动，在滑台到达远止点时，总控制器控制滑台突然停止运动，根据动量定理，铁球产生了惯性，卫星利用内部产生的惯性向前加速滑行。

第二步：总控制器控制定子线圈中电流，控制滑台由远止点到近止点向后滑动，由快到慢减速运动，滑台的铁球运动过程中使底座产生反作用力，从而推动卫星向前加速滑行。

第三步：当卫星高速飞行时需要减速的时候，总控制器控制滑台，在远止点上沿着滑动导轨，由远止点到近止点向前加速运动时，速度由慢变快到达近止点时，总控制器控制滑台突然停止，根据动量定理，铁球产生的惯性，使卫星的飞行速度减慢下来，当滑台处在近止点时，沿着滑动导轨向远止点由快变慢运动时，底座所产生的反作用力可以使卫星飞行速度减慢下来。

有益效果：本发明结构简单紧凑可靠，安装拆卸方便，系统为全电性质，所需的电能可通过太阳能电池板发电或者核能发电获得，无需携带燃料，节省了加注燃料的费用，也节省了发射的费用，延长了卫星的服役寿命；为了减小全电推进器在工作时机械运动产生的振动，影响到卫星上其他仪器设备和卫星姿态，卫星可以使用小型全电推进器来加速，小型卫星全电推进器的微小推力，不仅可以保持卫星的飞行速度和在轨高度，而且工作时产生的振动小，造价低，功耗也小；本发明通过专用光栅尺和光栅尺配用读取头配合使用，从而实时掌控铁球位置，必要时可根据需要输入函数控制铁球运动速度，从而达到最佳效果。

附图说明

图1是本发明一种卫星全电推进系统示意图；

图2是本发明底座示意图；

图3是本发明滑台示意图；

图中：1—底座；2—滑动导轨；3—滑台；4—动子线圈；5—定子磁铁；6—专用光栅尺；7—光栅尺配用读取头；8—铁球；1-1—底板；1-2—挡板；3-1—上承板；3-2—“L”形卡滑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施作进一步描述：

如图1至图3所示，本发明的一种卫星全电推进系统及推进方法包括底座1、滑动导轨2、滑台3、动子线圈4、定子磁铁5、专用光栅尺6、光栅尺配用读取头7和铁球8，底座1包括底板1-1和挡板1-2，两块挡板1-2分别安装在底板1-1的两端，两块挡板1-2一方面可用于将该卫星全电推进系统安装在卫星内部，另一方面可用于限制滑台3运动范围。动子线圈4和滑动导轨2均安装在底板1-1上，其中动子线圈4在底板1-1中间位置，其中心线与底板1-1中心线重合，滑动导轨2分别对称安装在底板1-1上，2条滑动导轨2外侧分别装有两条专用光栅尺6。滑动导轨2为“T”形，该形状的作用在于与底板1-1共同形成凹槽，专用光栅尺6安装在凹槽内。滑台3包括上承板3-1和“L”形卡滑3-2，“L” 形卡滑3-2可以卡在滑动导轨2与底板1-1共同形成凹槽内而不会脱落。滑台3与滑动导轨2之间滑动连接，在滑台3上装有2个光栅尺配用读取头7，其与专用光栅尺6配合使用，滑台3底端装有定子磁铁5，其与安装在底座1上的动子线圈4相配合。动子线圈4通电后形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁运动，从而带动滑台3运动。专用光栅尺6配合光栅尺配用读取头7使用，从而间接实时获取滑台3位置，便于控制。铁球8安装在滑台3上承板上，铁球8可根据实际情况更换。动子线圈4、专用光栅尺6、光栅尺配用读取头7所需能量通过卫星上发电装置提供，并由总控制器控制。

工作原理：利用一种卫星全电推进系统及推进方法进行卫星推进时，首先根据需要将该种卫星推进系统垂直安装在卫星内部的底部，在仅对卫星进行加速推进时，总控制器控制卫星内部的全电推进系统开启，通过太阳能电池板或核能发电所产生的电能输入至动子线圈4，从而使动子线圈4形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁5运动，从而带动滑台3从滑动导轨2一端向滑动导轨2另一端运动，可以控制移动速度的快慢，当滑台3由近止点到远止点向前移动，速度由慢到快加速移动，在滑台3到达远止点时，总控制器控制滑台3突然停止移动，根据动量定理，铁球8产生了惯性，卫星利用内部产生的惯性向前加速滑行；当滑台3由远止点到近止点向后移动，速度由快到慢减速移动，使底座1产生反作用力，可以使卫星向前加速飞行。在滑台3移动的过程中，安装在滑台3上的光栅尺配用读取头7与安装在滑动导轨2上的专用光栅尺6配合使用，从而实时记录滑台3的位置信息，滑台3移动的速度可通过总控制器控制动子线圈4内电流大小实时变化，从而根据需要达到最佳效果。反复重复以上步骤，从而达到不断给卫星加速的效果。

Claims (11)

1.一种卫星全电推进系统及推进方法，包括底座（1）、滑动导轨（2）、滑台（3）、动子线圈（4）、定子磁铁（5）、专用光栅尺（6）、光栅尺配用读取头（7）和铁球（8）；动子线圈（4）和滑动导轨（2）均安装在底座（1）上，其中动子线圈（4）在底座（1）中间位置，其中心线与底座（1）中心线重合，滑动导轨（2）分别对称安装在底座上（1），2条滑动导轨（2）外侧分别装有两条专用光栅尺（6），滑台（3）与滑动导轨（2）之间滑动连接，在滑台（3）上装有2个光栅尺配用读取头（7），其与专用光栅尺（6）配合使用，滑台（3）底端装有（5）定子磁铁，其与安装在底座（1）上的动子线圈（4）相配合，在滑台（3）上端安装有一个铁球（8）。

2.根据权利要求书1所述的底座（1），其特征在于：底座（1）包括底板（1-1）和挡板（1-2），两块挡板（1-2）分别安装在底板（1-1）的两端，两块挡板（1-2）一方面可用于将该卫星全电推进系统安装在卫星内部的底部，另一方面可用于限制滑台（3）运动范围。

3.根据权利要求书1所述的滑动导轨（2），其特征在于：滑动导轨（2）为“T”形，该形状的作用在于与底板（1-1）共同形成凹槽，专用光栅尺（6）安装在凹槽内，安装时，滑动导轨（2）靠近卫星底部的一端为近止点，另一端为远止点。

4.根据权利要求书1所述的滑台（3），其特征在于：滑台（3）包括上承板（3-1）和“L”形卡滑（3-2），“L” 形卡滑（3-2）可以卡在滑动导轨（2）与底板（1-1）共同形成凹槽内而不会脱落。

5.根据权利要求书4所述的“L”形卡滑（3-2），其特征在于：为保证滑台（3）与滑动导轨（2）之间滑动连接的可靠性，必要时可采用多个“L”形卡滑（3-2）。

6.根据权利要求书1所述的动子线圈（4）、定子磁铁（5），其特征在于：动子线圈（4）、定子磁铁（5），动子线圈（4）和定子磁铁（5）配合使用，当动子线圈（4）通电后形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁（5）运动，从而带动滑台（3）运动。

7.根据权利要求书1所述的专用光栅尺（6）、光栅尺配用读取头（7），其特征在于：专用光栅尺（6）配合光栅尺配用读取头（7），从而间接实时获取滑台（3）位置，便于控制。

8.根据权利要求书1所述的动子线圈（4）、专用光栅尺（6）、光栅尺配用读取头（7），其特征在于：动子线圈（4）、专用光栅尺（6）、光栅尺配用读取头（7）所需能量通过卫星上发电装置提供，并由总控制器控制。

9.根据权利要求书1所述的铁球（8），其特征在于：铁球（8）可根据实际情况更换大小形状。

10.一种卫星全电推进系统及推进方法，可根据需要将该种卫星全电推进系统垂直安装在卫星内部的底部。

11.一种卫星全电推进系统及推进方法，所述的推进方法具体包括如下步骤：第一步：动子线圈（4）通电后形成电磁铁，利用磁铁同极相斥原理实现定子磁铁（5）运动，从而带动滑台（3）运动；滑台（3）沿着滑动导轨（2），从近止点到远止点由慢到快加速运动，在滑台（3）到达远止点时，总控制器控制滑台（3）突然停止移动，根据动量定理，铁球（8）产生了惯性，卫星利用内部产生的惯性向前加速滑行；第二步：总控制器控制定子线圈（4）中电流，控制滑台（3）由远止点到近止点向后滑动，由快到慢减速运动，滑台（3）的铁球（8）运动过程中使底座（1）产生反作用力，从而推动卫星向前加速滑行；第三步：当卫星高速飞行时需要减速的时候，总控制器控制滑台（3），在远止点上沿着滑动导轨（2），由远止点到近止点向前加速运动时，速度由慢变快到达近止点时，总控制器控制滑台（3）突然停止移动，根据动量定理，铁球（8）产生了惯性，使卫星的飞行速度减慢下来，当滑台（3）处在近止点时，沿着滑动导轨(2)向远止点由快变慢运动时，使底座（1）产生的反作用力可以让卫星飞行速度减慢下来。

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