CN116588355B - 用于微纳卫星的阴极推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微纳卫星的阴极推进系统。该阴极推进系统包括推进气罐、阀门组件、阴极推进器和供电控制模组。推进气罐的一端设置有阀门接口，所述推进气罐用于存储推进气。阀门组件与所述阀门接口相连接，用于控制所述推进气罐的开度。阴极推进器通过所述阀门组件与所述推进气罐相连通，用于喷射推进气。供电控制模组设置在所述推进气罐与所述阴极推进器之间，并与卫星电池连接，用于所述阴极推进系统的控制与供电。该阴极推进系统将推进气罐、阀门组件、阴极推进器和供电控制模组集成到一起，结构简单，整体体积小。其次，该阴极推进系统通过供电控制模组来对阀门组件进行加热，无需额外设置加热组件，进一步减小了阴极推进系统的体积。

Description

用于微纳卫星的阴极推进系统
技术领域
本发明是关于卫星推进器领域，特别是关于一种用于微纳卫星的阴极推进系统。
背景技术
随着商业航天的快速发展，微纳卫星的需求越来越大，对微推进系统的需求也日益增多。而微纳卫星受到体积和能源供给的限制，无法携带过多的燃料和提供较大的推进功率。因此对推进系统提出了功率低、体积小、集成度高、比冲适当等需求。以往的微纳卫星往往采用冷气推进的形式，主要工作方式为通过向后喷出高压气体来产生推力，其比冲只有30-50s，为了保证总冲需求，需要携带大量的推进剂，从而大大挤占了有效载荷。受限于总冲，卫星的寿命也会大大缩短。使用电推进可以大大提升其比冲，从而节省大量推进剂，降低微纳卫星的成本，并延长其寿命。但是传统的电推进系统的结构复杂、体积大，功耗高，需要占用大量的空间和功耗，这对微纳卫星来说代价很大，且传统的电推进系统需要配备复杂的电源和储气供气装置，无法应用在微纳卫星上
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微纳卫星的阴极推进系统，其将推进气罐、阀门组件、阴极推进器和供电控制模组集成到一起，结构简单，整体体积小。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种用于微纳卫星的阴极推进系统。该阴极推进系统包括推进气罐、阀门组件、阴极推进器和供电控制模组。推进气罐的一端设置有阀门接口，所述推进气罐用于存储推进气。阀门组件与所述阀门接口相连接，用于控制所述推进气罐的开度。阴极推进器通过所述阀门组件与所述推进气罐相连通，用于喷射推进气。供电控制模组设置在所述推进气罐与所述阴极推进器之间，并与卫星电池连接，用于所述阴极推进系统的控制与供电。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述阀门组件包括：气罐控制阀和压力控制阀。气罐控制阀设置于所述阀门接口的一侧，用于控制所述推进气罐的通断；压力控制阀，与所述阀门接口相连接，用于控制所述推进气喷射的气压与流量；
其中，所述气罐控制阀设置有两个，两个所述气罐控制阀分别对称设置在所述阀门接口的两侧。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述供电控制模组包括：主控板和电源接口。主控板的中间开设有供所述阀门接口通过的镂空部，且所述主控板靠近所述推进气罐；电源接口与所述卫星电池连接，用于所述阴极推进系统的供电。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述主控板环设在所述阀门组件上，所述主控板能够产生热量对所述阀门组件加热。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述主控板设置有两个，两个所述主控板依次叠放设置。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述供电控制模组的外部设置有保护罩，所述阀门组件设置在所述保护罩内，所述保护罩用于所述阀门组件的保温。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述供电控制模组与所述阴极推进器之间设置有隔热罩，所述隔热罩的一端与所述保护罩连接，另一端与所述阴极推进器连接，用于防止所述阴极推进器产生的热量进入到所述供电控制模组内。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述推进气罐和所述保护罩的一侧设置有安装支架，用于将所述阴极推进系统安装至所述微纳卫星。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述推进气罐靠近所述供电控制模组的端面上设置有固定接口，用于将所述供电控制模组连接至与所述推进气罐。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述阴极推进系统的体积小于或等于1.5dm3。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的用于微纳卫星的阴极推进系统，其将推进气罐、阀门组件、阴极推进器和供电控制模组集成到一起，结构简单，整体体积小。其次，该阴极推进系统通过供电控制模组来对阀门组件进行加热，无需额外设置加热组件，进一步减小了阴极推进系统的体积。此外，推进气罐上设置有安装支架便于阴极推进系统与卫星的连接。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的用于微纳卫星的阴极推进系统的第一立体图；
图2是根据本发明一实施方式的用于微纳卫星的阴极推进系统的第二立体图；
图3是根据本发明一实施方式的用于微纳卫星的阴极推进系统的内部结构示意图；
图4是根据本发明一实施方式的用于微纳卫星的阴极推进系统未设置供电控制模组时的内部结构示意图；
图5是根据本发明一实施方式的供电控制模组和阴极推进器的第一立体图；
图6是根据本发明一实施方式的供电控制模组和阴极推进器的第二立体图。
主要附图标记说明：
1-推进气罐，11-阀门接口，12-加排阀，2-阀门组件，21-气罐控制阀，22-压力控制阀，3-阴极推进器，4-供电控制模组，41-主控板，42-电源接口，5-保护罩，6-隔热罩，7-安装支架，8-固定接口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图6所示，根据本发明优选实施方式的一种用于微纳卫星的阴极推进系统，该阴极推进系统包括推进气罐1、阀门组件2、阴极推进器3和供电控制模组4。推进气罐1的一端设置有阀门接口11，该推进气罐1用于存储推进气。阀门组件2与阀门接口11相连接，用于控制推进气罐1的开度。阴极推进器3通过阀门组件2与推进气罐1相连通，用于喷射推进气。供电控制模组4设置在推进气罐1与阴极推进器3之间，并与卫星电池连接，用于阴极推进系统的控制与供电。
现有的卫星推进系统是将各组件放置到卫星的各处，这样设置会导致卫星的体积过大，且安装也不方便。该阴极推进系统将推进气罐1、阀门组件2、阴极推进器3和供电控制模组4都集成到一起。与之前的卫星推进系统相比，体积更小，集成度更高，也便于安装。
阀门组件2用于对推进气罐1的开度进行控制。阀门组件2包括气罐控制阀21和压力控制阀22。气罐控制阀21设置于阀门接口11的一侧，用于控制推进气罐1的开度。压力控制阀22与阀门接口11相连接，用于控制推进气喷射的气压与流量。推进气罐1的一端设置有加排阀12，用于推进气的添加。由于该阴极推进系统用于微纳卫星，其中，微纳卫星通常指质量小于100千克、具有实际使用功能的卫星。由此可以看出，微纳卫星的体积较小，其姿态调整时对推进气的压力及阴极推进系统的推力会要求非常的精准。阴极推进系统的推力过大或过小都会导致微纳卫星的姿态调整不到位。推进气罐1只设置一个气罐控制阀21达不到精准控制推进气压力及推力的要求。因此，推进气罐1上还设置有一个压力控制阀22。在微纳卫星姿态调整时，气罐控制阀21首先将推进气从推进气罐1中释放出，然后压力控制阀22对推进气精准释放以控制推进气的压力，进而准确控制阴极推进系统的推力。
在一实施方式中，如图3所示，气罐控制阀21设置有两个。两个气罐控制阀21中的一个为主控制阀，另一个为备用控制阀。两个气罐控制阀21分别对称设置在阀门接口11的两侧，充分利用了阀门接口11和推进气罐1之间的空间使得气罐控制阀21不凸出于气罐控制阀21的外周面设置。由于微纳卫星的工作环境的特殊，当气罐控制阀21出现问题时，人工无法对其检修。因此，两个气罐控制阀21一起工作，当一个气罐控制阀21出现问题时，另一个气罐控制阀21仍能够正常工作实现控制推进气罐1的通断。而两个气罐控制阀21一起出问题的概率极小，从而保证了阴极推进系统的正常工作。
供电控制模组4设置在阀门接口11与阴极推进器3之间，其可以与微纳卫星连接，通过微纳卫星的电池向阴极推进系统供电以及控制阀门组件2的工作。推进气罐1靠近供电控制模组4的端面上设置有固定接口8，用于供电控制模组4与推进气罐1的连接。此外，供电控制模组4在工作过程中可以产生热量。该热量能够对阀门组件2的工作温度进行保持以避免推进气因温度的变化而影响到阴极推进器3的推力。
其中，如图5和图6所示，供电控制模组4包括主控板41和电源接口42。主控板41中间开设有供阀门接口11通过的镂空部。电源接口42与卫星电池连接，用于阴极推进系统的供电。主控板41与推进气罐1紧密设置，以减小主控板41和推进气罐1之间的空隙。为了在不影响主控板41的功能的前提下，又减小主控板41的体积，主控板41被设计为上下叠放的两块主控板41。两块主控板41空间都开设有供阀门接口11通过的镂空部。
在一实施方式中，为实现对气罐控制阀21和压力控制阀22的加热，主控板41环设在阀门组件2上，从而使得主控板41的热量能够均匀传递给阀门组件2。
进一步的，如图1和图2所示，供电控制模组4的外部设置有保护罩5，阀门组件2都设置在保护罩5内。主控板41产生的热量都被保护罩5与外界隔绝，使得热量不易被传递出去，从而对气罐控制阀21和压力控制阀22起到了保温的作用。因为阴极推进器3在工作过程中会产生大量的热量，容易影响压力控制阀22和气罐控制阀21的温度，对阴极推进系统的推力产生影响。因此供电控制模组4与阴极推进器3之间设置有隔热罩6，隔热罩6的一端与保护罩5连接，另一端与阴极推进器3连接，从而使得阴极推进器3的热量不会影响到阀门组件2。
该阴极推进系统通过主控板41对气罐控制阀21和压力控制阀5的进行加热，而无需设置额外的加热系统，进一步减小了该阴极推进系统的整体体积，从而该阴极推进系统能够拥有更广泛的适用性。通过这样的设计，整个阴极推进系统的体积小于或等于1.5dm3。
在一实施方式中，阴极推进系统将推进气罐1、阀门组件2、阴极推进器3和供电控制模组4集成到一起。当其使用时，只需要将阴极推进系统整体与卫星连接，并通过卫星电池供电即可。因此，为了方便阴极推进系统与卫星的连接，推进气罐1和保护罩5的一侧设置有安装支架7，可以用于阴极推进系统与微纳卫星的连接。
该阴极推进系统的工作模式为：以供电控制模组4为核心，卫星中控系统向供电控制模组4下发工作指令，卫星电池对供电控制模组4供电，供电控制模组4接收到指令后，对电池的电压进行转化和分配，向气罐控制阀21供电并下达开关指令，推进气罐1向气罐控制阀21供给推进气，压力控制阀22将高压的推进气转化为低压和稳定的流量供给到阴极推进器3，供电控制模组4也将分配好的电压加到阴极推进器3上，阴极推进器3将推进气电离并加速喷出产生推力。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述阴极推进系统包括：
推进气罐，其一端设置有阀门接口，所述推进气罐用于存储推进气；
阀门组件，与所述阀门接口相连接，用于控制所述推进气罐的开度；所述阀门组件包括：气罐控制阀，设置于所述阀门接口的一侧，用于控制所述推进气罐的通断；压力控制阀，与所述阀门接口相连接，用于控制所述推进气喷射的气压与流量；其中，所述气罐控制阀设置有两个，两个所述气罐控制阀分别对称设置在所述阀门接口的两侧；
阴极推进器，通过所述阀门组件与所述推进气罐相连通，用于喷射推进气；和
供电控制模组，设置在所述推进气罐与所述阴极推进器之间，并与卫星电池连接，用于所述阴极推进系统的控制与供电；所述供电控制模组包括：主控板，其中间开设有供所述阀门接口通过的镂空部，且所述主控板靠近所述推进气罐，所述主控板环设在所述阀门组件上，所述主控板能够产生热量对所述阀门组件加热；电源接口，与所述卫星电池连接，用于所述阴极推进系统的供电。
2.如权利要求1所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述主控板设置有两个，两个所述主控板依次叠放设置。
3.如权利要求1所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述供电控制模组的外部设置有保护罩，所述阀门组件设置在所述保护罩内，所述保护罩用于所述阀门组件的保温。
4.如权利要求3所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述供电控制模组与所述阴极推进器之间设置有隔热罩，所述隔热罩的一端与所述保护罩连接，另一端与所述阴极推进器连接，用于防止所述阴极推进器产生的热量进入到所述供电控制模组内。
5.如权利要求3所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述推进气罐和所述保护罩的一侧设置有安装支架，用于将所述阴极推进系统安装至所述微纳卫星。
6.如权利要求1所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述推进气罐靠近所述供电控制模组的端面上设置有固定接口，用于将所述供电控制模组连接至与所述推进气罐。
7.如权利要求1所述的用于微纳卫星的阴极推进系统，其特征在于，所述阴极推进系统的体积小于或等于1.5dm3。
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