CN114294191A - 一种大直径进气管路高效ecr电推力器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航天器推进技术领域，具体而言，涉及一种大直径进气管路高效ECR电推力器，包括进气管路和放电室，其中：进气管路与放电室连接；放电室为圆台形，入口处设置有气体分配器，出口处设置有超高比冲栅极系统。本申请主要用于原位资源利用电推进系统，利用超低地球轨道稀薄气体作为工质，工作产生的推力对超低轨航天器平台受到的阻尼进行补偿，避免航天器偏离预定的轨道，可以使航天器较少携带推进剂或者不携带推进剂，降低了航天器发射成本、增加了航天器平台的寿命，可广泛应用于超低轨地球轨道高分对地观测卫星、重力场测量卫星和超高速度通信卫星。

Description

一种大直径进气管路高效ECR电推力器

技术领域

本申请涉及航天器推进技术领域，具体而言，涉及一种大直径进气管路高效ECR电推力器。

背景技术

对于超低地球轨道、火星轨道以及其他某些深空探测领域，航天器轨道上存在的稀薄气体会对航天器的运动造成阻尼，进而使得航天器偏离预定的轨道。原位资源利用电推进系统以太阳电池提供能源，利用航天器轨道环境中稀薄气体作为工质，将其电离、加速喷出等过程产生推力，可以对于航天器受到的阻尼力进行部分或者全部补偿，是一项极具发展前景的航天动力前沿技术，可以使得航天器较少或者不用携带推进剂，减小发射成本，延长航天器使用寿命。

原位资源利用电推进系统可广泛应用于超低地球轨道的高分对地观测卫星、重力场测量卫星、超高速通信卫星、火星轨道卫星以及其他相关深空探测领域航天器等平台。

原位资源利用电推进系统通常由被动气体收集增压单元、主动气体收集增压单元、电推力器单元等组成，主动气体收集增压单元通常由涡轮、牵引泵等组成，然而，功率往往是航天器的制约性条件，航天器通常希望尽可能少的功率，航天器功率过高往往构成航天器工作的制约性因素，甚至是航天器能够工作的关键影响因素。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种大直径进气管路高效ECR电推力器，可以使原位资源利用电推进系统无需采用牵引泵工作，降低了航天器的功率需求。

为了实现上述目的，本申请提供了一种大直径进气管路高效ECR电推力器，包括进气管路和放电室，其中：进气管路与放电室连接；放电室为圆台形，入口处设置有气体分配器，出口处设置有超高比冲栅极系统。

进一步的，进气管路的内部设置有波导管。

进一步的，气体分配器为环形，气体分配器的外圆与进气管路连接，内圆与波导管连接。

进一步的，波导管内设置有微波发射天线，微波发射天线穿过进气管路。

进一步的，放电室的外壁上设置有永久磁铁环。

本发明提供的一种大直径进气管路高效ECR电推力器，具有以下有益效果：

本申请主要用于原位资源利用电推进系统，利用超低地球轨道稀薄气体作为工质，工作产生的推力对超低轨航天器平台受到的阻尼进行补偿，避免航天器偏离预定的轨道，可以使航天器较少携带推进剂或者不携带推进剂，降低了航天器发射成本、增加了航天器平台的寿命，可广泛应用于超低轨地球轨道高分对地观测卫星、重力场测量卫星和超高速度通信卫星。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的大直径进气管路高效ECR电推力器示意图；

图中：1-进气管路、2-波导管、3-微波发射天线、4-永久磁铁环、5-气体分配器、6-放电室、7-超高比冲栅极系统。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请提供了一种大直径进气管路高效ECR电推力器，包括进气管路1和放电室6，其中：进气管路1与放电室6连接；放电室6为圆台形，入口处设置有气体分配器5，出口处设置有超高比冲栅极系统7。

具体的，本申请实施例提供的大直径进气管路高效ECR电推力器可以使原位资源利用电推进系统无需采用牵引泵工作，降低了航天器的功率需求，可广泛应用于超低地球轨道航天器平台的轨道维持、火星轨道或者其他深空环境航天器的阻尼力补偿。进气管路1采用大直径进气管路，放电室6优选为圆台形，大直径进气管路1与圆台形放电室6直接连接，根据实际情况可以设置成一体成型结构，采用大直径进气管路1与放电室6直连，可以降低进气管路1内的气体压强，避免使用主动气体收集增压单元中的牵引泵，降低电推进系统的功率，进一步扩大了电推进系统的使用范围；气体分配器5设置在放电室6的入口处，即处于放电室6的圆锥段，可以保证气体向放电室6输送的过程中质量流率不会下降；放电室6出口处设置超高比冲栅极系统7，可以提高等离子体离子加速形成的束流中的离子运动速度，从而提高了电推力器系统的效率，进一步提高了航天器平台的寿命。

进一步的，进气管路1的内部设置有波导管2。波导管2设置在大直径进气管路1的内部，运行过程中波导管2内没有气体通过，可以避免气体在波导管2内发生电离，从而使电离主要发生于放电室6内，较少能量消耗，提高了电推力器系统的效率，增加航天器平台的寿命；

进一步的，气体分配器5为环形，气体分配器5的外圆与进气管路1连接，内圆与波导管2连接。气体分配器5设置在进气管路1与波导管2之间，优选为环形，环形面上开设有通气孔，开孔的面积之和与进气管路1的截面积相同，通过开孔的位置，可以将推进剂气体导向放电室6内最有利于电离的位置，保证气体向放电室6输送的过程中质量流率不会下降。

进一步的，波导管2内设置有微波发射天线3，微波发射天线3穿过进气管路1。气体通过气体分配器5进入放电室6内，微波发射天线3发出的微波通过圆柱形波导管2向放电室6内传输，使放电室6内的气体发生电离。

进一步的，放电室6的外壁上设置有永久磁铁环4。环绕放电室6外壁设置有多组永久磁铁环4，永久磁铁环4在特定的磁场区域会形成ECR区域，即微波回旋共振区域，进一步加强微波放电，使气体的电离率提高。

本申请实施例提供的大直径进气管路高效ECR电推力器工作时，超低地球轨道、火星轨道或者其他深空环境稀薄气体，经过气体收集增压装置后进入大直径进气管路1，然后通过气体分配器5进入放电室6内，此时微波发射天线3发出的微波通过圆柱形波导管2向放电室6内传输，致使放电室6内的气体电离，放电室6外壁上的永久磁铁环4在特定的磁场区域形成ECR区域，即微波回旋共振区域，进一步加强微波的放电效果，使气体的电离率提高，超高比冲栅极系统7对等离子体离子进行引出和加速，产生推力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大直径进气管路高效ECR电推力器，其特征在于，包括进气管路和放电室，其中：

所述进气管路与所述放电室连接；

所述放电室为圆台形，入口处设置有气体分配器，出口处设置有超高比冲栅极系统。

2.如权利要求1所述的大直径进气管路高效ECR电推力器，其特征在于，所述进气管路的内部设置有波导管。

3.如权利要求2所述的大直径进气管路高效ECR电推力器，其特征在于，所述气体分配器为环形，所述气体分配器的外圆与所述进气管路连接，内圆与所述波导管连接。

4.如权利要求2所述的大直径进气管路高效ECR电推力器，其特征在于，所述波导管内设置有微波发射天线，所述微波发射天线穿过所述进气管路。

5.如权利要求1所述的大直径进气管路高效ECR电推力器，其特征在于，所述放电室的外壁上设置有永久磁铁环。

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