CN115684777A - 一种中高功率离子推力器联试试验方法 - Google Patents

一种中高功率离子推力器联试试验方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及等离子体推进技术领域，具体而言，涉及一种中高功率离子推力器联试试验方法，包括步骤1：组装形成两套真空试验系统；步骤2：测量每台电源处理单元到推力器线缆的电阻阻值；步骤3：将两台电源处理单元连接至同一台电源切换单元；步骤4：点火，分别记录两台推力器加载阴极加热电流的时刻、触持电流达到0.3A的时刻以及屏栅电流达到额定值的时刻；步骤5：计算阴极和推力器的启动时间，比较两台推力器的同步性；步骤6：计算推力器性能和电源处理单元的效率；步骤7：制定在轨推力器同时加载的策略和同时点火的策略。本申请可有效考核和验证两台推力器同时点火流程的合理性、启动的同步性和性能一致性，为在轨使用策略提供数据支撑。

Description

一种中高功率离子推力器联试试验方法
技术领域
本申请涉及等离子体推进技术领域，具体而言，涉及一种中高功率离子推力器联试试验方法。
背景技术
中高离子推力器电推进系统已作为东五平台、东三E平台、深空探测等任务的主推进系统，其中轨道转移、位置保持任务中都有两台同时点火工况，对电推进系统两台推力器的点火同步性、性能一致性提出了较高的要求，同时也需要对控制软件流程的合理性进行验证。但受地面真空试验设备所限，一套真空系统中两台推力器同时点火会存在相互干涉情况。由此提出了一种中高功率离子推力器联试试验方法，可以对两台中高功率离子推力同时点火进行验证和评价。
发明内容
本申请提供了一种中高功率离子推力器联试试验方法，通过两台真空试验系统，开展两台推力器同时点火试验，可以有效考核和验证控制软件流程的合理性、推力器点火的同步性和性能的一致性。
为了实现上述目的，本申请提供了一种中高功率离子推力器联试试验方法，包括如下步骤：步骤1：将两台推力器和两台电源处理单元分别放入不同的真空舱，然后组装形成两套真空试验系统作为联试试验系统；步骤2：测量每台电源处理单元到推力器线缆的电阻阻值；步骤3：将两台电源处理单元通过各自真空系统的穿舱法兰连接至舱外同一台电源切换单元；步骤4：通过上位机对两台推力器同时进行点火，分别记录两台推力器加载阴极加热电流的时刻、两台推力器触持电流达到0.3A的时刻以及两台推力器屏栅电流达到额定值的时刻；步骤5：计算阴极启动时间，比较两台推力器阴极点火的同步性，计算推力器的启动时间，比较两台推力器启动的同步性；步骤6：两台推力器达到额定工况后，记录两台电源处理单元的电参数，根据电参数计算推力器性能和电源处理单元的效率；步骤7：根据同步性差异，制定在轨推力器同时加载的策略；根据推力器性能和效率差异，制定在轨推力器同时点火的策略。
进一步的，步骤1中，真空试验系统主要包括真空舱、真空系统、上位机、地面控制系统以及电源切换单元，其中：真空舱主舱内部设置有离子推力器，真空舱副舱内部设置有电源处理单元，离子推力器通过线缆和测试仪表箱与电源处理单元连接；真空系统与真空舱连接，用于调节真空舱内的真空度；地面控制系统包括地面供电系统和地面供气系统，地面供电系统分别与离子推力器和电源处理单元连接；地面供气系统与离子推力器连接；上位机和电源切换单元均与电源处理单元连接。
进一步的，真空舱的副舱内还设置有冷板，冷板与电源处理单元进行绝缘安装，电源处理单元内部的温度在冷板的控制下≤60℃。
进一步的，步骤5中，阴极启动时间为每台推力器触持电流达到0.3A时刻与推力器加载阴极加热电流时刻的差值；推力器启动时间为推力器屏栅电流达到额定值时刻与推力器加载阴极加热电流时刻的差值。
进一步的，步骤6中，计算推力器性能时，加载至推力器端的电压值为电源处理单元输出的电压值与对应电流值和线缆电阻阻值乘积的差值。
本发明提供的一种中高功率离子推力器联试试验方法，具有以下有益效果：
本申请根据地面真空试验设备，设计了一种在不同真空舱内进行两台中高功率离子推力器同时点火的试验方法，能够对点火流程、电推进系统性能差异进行评价，可有效考核和验证两台推力器同时点火流程的合理性、启动的同步性和性能一致性，为在轨使用策略提供数据支撑。
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中高功率离子推力器联试试验的真空试验系统。
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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请提供了一种中高功率离子推力器联试试验方法，包括如下步骤：
步骤1：将两台推力器和两台电源处理单元(PPU)分别放入不同的真空舱，然后组装形成两套真空试验系统作为联试试验系统；
步骤2：测量每台电源处理单元(PPU)到推力器线缆的电阻阻值R；
步骤3：将两台电源处理单元(PPU)通过各自真空系统的穿舱法兰连接至舱外同一台电源切换单元；
步骤4：设备开启，保持真空舱内的真空度优于6.5E-3Pa，然后使电源处理单元(PPU)静置48小时，通过上位机发送指令，电源处理单元(PPU)开启自主运行模式，按照规定的工作时序对两台推力器同时进行预处理和额定工况点火试验，试验期间对电源处理单元(PPU)各电源模块的工作参数遥测量进行监视，分别记录两台推力器加载阴极加热电流的时刻(t10、t20)、两台推力器触持电流达到0.3A的时刻(t11、t21)以及两台推力器屏栅电流达到额定值的时刻(t12、t22)；
步骤5：计算阴极启动时间，比较两台推力器阴极点火的同步性，计算推力器的启动时间，比较两台推力器启动的同步性；
步骤6：两台推力器达到额定工况后，记录两台电源处理单元(PPU)的电参数，根据电参数计算推力器性能和电源处理单元的效率；
步骤7：根据同步性差异，制定在轨推力器同时加载的策略；根据推力器性能和效率差异，制定在轨推力器同时点火的策略。
具体的，本申请实施例提供的中高功率离子推力器联试试验方法将两套真空试验系统中的电源处理单元(PPU)与同一台电源切换单元连接，通过上位机控制两台推力器同时点火，并通过电源切换单元进行交叉点火，通过记录两台推力器加载阴极加热电流的时刻、两台推力器触持电流达到0.3A的时刻以及两台推力器屏栅电流达到额定值的时刻，可以计算得到两台推力器的阴极启动时间和推力器的启动时间，根据计算结果的比较，可以实现对两台推力器同步性的分析与评价，通过电源处理单元(PPU)到推力器线缆电阻的阻值得到加载到推力器的真实电压，进而对推力器的真实性能进行评价，受地面设备的限制，本申请实施例通过合理的布局，在两套真空试验系统中模拟在轨两台推力器同时点火工况，实现对软件流程、两台推力器的同步性和性能的评价。
进一步的，步骤1中，真空试验系统主要包括真空舱、真空系统、上位机、地面控制系统以及电源切换单元，其中：真空舱主舱内部设置有离子推力器，真空舱副舱内部设置有电源处理单元(PPU)，离子推力器通过线缆和测试仪表箱与电源处理单元(PPU)连接；真空系统与真空舱连接，用于调节真空舱内的真空度；地面控制系统包括地面供电系统和地面供气系统，地面供电系统分别与离子推力器和电源处理单元(PPU)连接；地面供气系统与离子推力器连接；上位机和电源切换单元均与电源处理单元(PPU)连接。真空试验系统采用现有的离子推力器系统即可，地面供电系统通过供电线缆与离子推力器连接，用于供电，地面供气系统通过供气管路与离子推力器连接，用于供气，真空系统用于实时调整真空舱内的真空度。整体采用两套真空试验系统，两套真空试验系统的电源处理单元(PPU)与同一个电源切换单元和上位机连接，通过上位机可以控制两台推力器同时点火，通过电源切换单元可以控制两台推力器进行交叉点火。
进一步的，真空舱的副舱内还设置有冷板，冷板与电源处理单元(PPU)进行绝缘安装，电源处理单元(PPU)内部的温度在冷板的控制下≤60℃。冷板与电源处理单元(PPU)采用绝缘安装的方式，为了防止温度过高导致元器件加速老化，电源处理单元(PPU)内部的温度与在轨控制温度保证一致，优选≤60℃。
进一步的，步骤5中，阴极启动时间为每台推力器触持电流达到0.3A时刻(t11、t21)与推力器加载阴极加热电流时刻(t10、t20)的差值，即两台推力器的阴极启动时间分别为：t1＝t11-t10，t2＝t21-t20；推力器启动时间为推力器屏栅电流达到额定值时刻(t12、t22)与推力器加载阴极加热电流时刻(t10、t20)的差值，即两台推力器的启动时间为t3＝t12-t10，t4＝t22-t20。通过t1和t2可以比较两台推力器的阴极点火同步性，通过比较t3和t4可以比较两台推力器启动的同步性，根据同步性差异的比较结果，制定在轨推力器同时加载的策略，即可以根据放电室点火同步性差异，放电室先点火成功的，推力器处于等待模式，当两台推力器放电室同时点火成功，同步加载束流，保证推力输出的同步性。
进一步的，步骤6中，计算推力器性能时，加载至推力器端的电压值为电源处理单元(PPU)输出的电压值V与对应电流值和线缆电阻阻值R乘积的差值。通过电源处理单元(PPU)到推力器线缆电阻R得到加载到推力器的真实电压，进而对推力器真实性能进行评价，特别是推力值的大小差异，根据推力器性能和效率差异，制定在轨推力器同时点火的策略，即可以根据两台推力器束流性能的差异，通过电源处理单元自主调节阳极电流使两台推力器束流基本一致，保证两台推力器推力输出的一致性。
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)

1.一种中高功率离子推力器联试试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将两台推力器和两台电源处理单元分别放入不同的真空舱，然后组装形成两套真空试验系统作为联试试验系统；
步骤2：测量每台电源处理单元到推力器线缆的电阻阻值；
步骤3：将两台电源处理单元通过各自真空系统的穿舱法兰连接至舱外同一台电源切换单元：
步骤4：通过上位机对两台推力器同时进行点火，分别记录两台推力器加载阴极加热电流的时刻、两台推力器触持电流达到0.3A的时刻以及两台推力器屏栅电流达到额定值的时刻；
步骤5：计算阴极启动时间，比较两台推力器阴极点火的同步性，计算推力器的启动时间，比较两台推力器启动的同步性；
步骤6：两台推力器达到额定工况后，记录两台电源处理单元的电参数，根据电参数计算推力器性能和电源处理单元的效率：
步骤7：根据同步性差异，制定在轨推力器同时加载的策略；根据推力器性能和效率差异，制定在轨推力器同时点火的策略。
2.根据权利要求1所述的中高功率离子推力器联试试验方法，其特征在于，步骤1中，真空试验系统主要包括真空舱、真空系统、上位机、地面控制系统以及电源切换单元，其中：
所述真空舱主舱内部设置有离子推力器，所述真空舱副舱内部设置有电源处理单元，所述离子推力器通过线缆和测试仪表箱与所述电源处理单元连接；
所述真空系统与所述真空舱连接，用于调节真空舱内的真空度；
所述地面控制系统包括地面供电系统和地面供气系统，所述地面供电系统分别与所述离子推力器和所述电源处理单元连接；所述地面供气系统与所述离子推力器连接；
所述上位机和所述电源切换单元均与所述电源处理单元连接。
3.根据权利要求2所述的中高功率离子推力器联试试验方法，其特征在于，所述真空舱的副舱内还设置有冷板，所述冷板与所述电源处理单元进行绝缘安装，所述电源处理单元内部的温度在所述冷板的控制下≤60℃。
4.根据权利要求1所述的中高功率离子推力器联试试验方法，其特征在于，步骤5中，阴极启动时间为每台推力器触持电流达到0.3A时刻与推力器加载阴极加热电流时刻的差值；推力器启动时间为推力器屏栅电流达到额定值时刻与推力器加载阴极加热电流时刻的差值。
5.根据权利要求1所述的中高功率离子推力器联试试验方法，其特征在于，步骤6中，计算推力器性能时，加载至推力器端的电压值为电源处理单元输出的电压值与对应电流值和线缆电阻阻值乘积的差值。
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