CN1206671A - 小型人造卫星的紧凑的单一推进剂单元推进系统 - Google Patents
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Abstract
该推进系统包括:a)装有用于将其固定在卫星(2)平台(21)上的装置(103,203)并有加强底壁(104,204)的罐(101,201);b)焊在罐(101,201)底壁(104,204)上的,包括过滤器(106,206)的分配装置(160,260);c)至少一个装在分配装置(160,260)上的充入/放空阀(191,291);及d)装在分配装置(160,260)上的至少一组2件的推进器(111—114,211—218),其取向与罐(101,201)轴线基本一致,该轴线与卫星(2)的轴线一致,来自分配装置的物料可不经辅助管线直接输入该推进器中。该推进系统可在与卫星平台构成一体之前完全组装好。
Description
本发明涉及用于需要偶然校正其轨道的小型人造卫星的、紧凑的单一推进剂单元的推进系统。
现有技术
与卫星相关的初始将人造卫星置于空间站然后校正其轨道的各种类型的推进系统是已知的。
小型人造卫星的推进系统使用液体推进剂的推进器，它具有一个或多个用管道连接的罐，管道是焊在或用螺丝拧在该推进器上并与诸如截止阀、传感器、填充／放空阀、过滤器等设备相连的。
这种装置很复杂，因而需将大量时间化费在组装和整体化上，所以这是很费钱的。
在Nathalie DETHIENNE及Nicolas CORNU于1997年5月27-29日在Noordwijk，Netherlands举行的“Second European SpacecraftPropulsion Conference”上发表的题为“Design and developmenf ofpropulsion SubSystem for small satellite application”的论文中，提出了一种小型人造卫星的推进系统，其中的推进器与相关的部件，如充入／放空阀一起分别装在一圆柱-圆锥形的构件上，而该构件本身又装在推进剂罐的周围并固定于其上。这种安装措施不可避免地在推进器和罐的出口孔之间采用各种连接管道，因而需要设置圆柱-圆锥形构件来遮盖住罐的主要部分。这意味着，组装仍是相当复杂而昂贵的。
本发明的目的在于消除现有的推进系统的缺点，特别是减少组装和整体化的费用，以及减少这类作业所需的时间，从而在与卫星平台构成一体之前，有可能提供一种完全组装好的紧凑的独立的推进系统，从而大大减少人造卫星平台与推进系统间的接合件数目。
按照本发明，用小型人造卫星的紧凑单一推进剂单元的推进系统实现这些目的，该系统的特征在于，它包括：
a)液体推进剂罐，它装有将其固定在人造卫星平台上的装置，它还包括一个加强底壁；
b)焊在罐的加强底壁上的分配装置，它包括一个过滤器部件；
c)至少一个充入／放空阀，它装在该分配装置上；
d)装在该分配装置上的，一组至少两个的推进器，该推进器基本上沿罐的轴线取向，分配器的轴线本身与人造卫星的轴线一致，而且无需任何附加的管线直接从分配器输送物料。
该推进系统可包括一个单独的阀以对该罐充入和放空推进剂或清洁、测试或压力流体。
在另一可能的实施方案中，该推进系统包括装在分配装置上的，并用于使该罐充入和放空推进剂的第一充入／放空阀，以及装在分配装置上的，用于把气体充入该罐及从其中放出的第2充入／放空阀，该第2充入／放空阀经分配装置与在罐内的管道相连并延伸到远离靠近该分配装置出口的罐的一端。
每个推进器都包括一个借助法兰固定在阀体上的推进机组件，而该阀体本身是固定在分配装置上的。
在一个特定实施方案中，该推进系统包括四台以罐轴为轴的交叉对称地设置的推进器。
在一特别的实施方案中，该分配装置包括固定在罐的底壁上的，用于容纳推进器的第一部分及位于第一部分之下的，用于容纳辅助设备，如充入／放空阀或压力传感器的第2部分。
将推进器弯折90°，将有利于同时减少总高度和该推进系统的罐固定装置以下的高度。
在另一特别的实施方案中，该分配装置包括一个支撑板，它具有装在其底部的推进器。
在这种情况下，可将辅助设备，如充入／放空阀或压力传感器放射状地置于分配装置的支撑板的周边，或将推进器之类装置装在该板下面。
附图简介
从下文对作为实施例给出的特定实施方案的陈述，通过参照附图，将能理解本发明的特征及优点，其中：
图1是构成本发明第一实施方案的推进系统的透视图；
图2是属于这样一种方式的局部剖开的示意图：以此方式可将本发明的推进系统装在小型卫星上；
图3是图1的推进系统的底视图；
图4是图1的推进系统的正视图；
图5是展示罐和与单一充入／放空阀相关的分配装置细节的轴剖视图；
图6是展示罐和与双充入／放空阀相关的分配器装置细节的轴剖视图；
图7和8分别是构成本发明第二实施方案的推进系统的正视图和底视图。
实施例
图1展示了用于如图2所示的，装在小型人造卫星上的紧凑的，单一推进剂单元的推进系统。
本发明的推进系统是为初始就位在空间站，然后校正稳定于三条座标轴上的小卫星的轨道而设计的。本发明特别可用于质量为200kg-1000kg级的小卫星。因此本发明的推进系统可装在通常位于低轨道上的小型人造卫星上。该推进系统主要用于初始将卫星置于空间站或进而用于控制其飞行高度，而诸如校正卫星状态的动作则由惯性轮完成。该推进系统由推进器构成，其推力方向与卫星2的轴线一致，而该轴线与罐101的轴线也是一致的。
在图1中可见：该推进系统主要包括全部用钛制造的罐101、及包括两个用圆柱形的套筒102联在一起的半球101A和101B，套筒102上装有将球体的最大圆周(相当于地球的赤道)固定装置，它用于将罐101固定在卫星2的平台21(图2)上，该卫星主要包括容纳各种功能部件的中心舱20及太阳能电池板23，24。卫星2的形状当然可与图2所示的卫星形状不同，而且它还可包含各种未示的设备，如惯性轮。
罐101有一加强的底壁104，其上焊有分配装置160，该装置最好也用钛制造。尤其是，钛可与推进剂，如肼相容。
推进器111-114的组110直接装在分配装置160上，下面参照图1、2、4对其说明。
可用多种方法制造罐101。图5和6以举例的方式展示了一个用氦加压的，容积为40dm3，装有肼的表面张紧的罐，而且该罐在推进剂用尽(由于罐以“放尽”的方式排空)时，由于气体体积的增加，在从22巴降至5．5巴的压力下运行。图5和6展示了一种液体排放装置105，它具有用于通过表面拉紧保证推进剂向罐的出口105转移的叶片，而不管推进剂位于罐中的位置。液体排放装置105的叶片将罐105的入口194和出口195彼此相连。过滤器106与罐101的出口195成为一体，从而构成阻挡加压气体的阻挡物。
罐的加强底壁104在罐的出口195附近处有额外的厚度140(图5和6)，以便使与其焊接的分配装置60有足够的机械强度，该分配装置60制成实心件，它在来自罐101的，装有过滤器106的出口195和各孔口之间有内连通槽，诸如将物料输往推进器(比如111，112)的孔口141，142，以及与将物料供往充入／放空阀191的孔口145。
当仅设一个充入／放空阀191时，该阀起着使该罐充填和排空推进剂的作用，或充入和排空其它的测试或清洁流体的作用，以及用氦或某些其它的干燥或测试气体使罐101增压和卸压的作用。当只用一个阀191时，一旦罐被抽空后，罐位于其正常位置时装入推进剂，但仅在该罐已转回其竖直位置后，该罐通过经该阀191喷入气体而加压，以便使该液体远离出口195。
按另一实施方案，如图6所示，在分配装置160上装有第二充入／放空阀。在此情况下，与小孔145相通的第一阀仅用于液体，而与小孔146相连的第二阀192经分配装置160和罐101内的管道193与罐101的顶端194相连。在此情况下，填充罐及使其加压的过程无需罐倒转。
压力传感器181(图1)装在分配装置160上，用于在陆地上控制清洁和加压作业，及进行泄漏试验及耐压试验。在飞行时，压力传感器181可用于监测压力变化，从而监测推进剂的剩余量。
将看到的是，以将分配装置160设在罐101的加强底壁104上的为主要特征的这一发明可用于多种类型的罐，如膜式或软外壳罐，它们可选择地设置与该罐可构成或可不构成一体的加压装置。罐的形状和尺寸还可适合于各种要求，而且可与附图中所示的球形或圆柱球形不同。
图1、3和4展示了如何才能把推进器置于分配装置160上的第一实施例。
按照本发明，将推力为0．2N-5N的至少两个一组的推进器装在分配器装置上，而该推进器的取向基本上与罐轴线一致，而罐轴线又与卫星2的轴线一致，参照图5和6，推进器经分配装置内槽，不用任何辅助管道，直接从分配器装置输入物料。该推进器相对于罐轴线对称地设置。
在图1、3和4中，可看到四个一组的推进器111-114，它们是相对于罐轴线十字交叉对称地设置的。
按常规方式，每个推进器111-114都包含一个本身由推进剂喷射器构成的推动器、装有催化剂的燃烧室及喷嘴。推动器111-114本身经法兰121-124与阀体131-134相连，该阀体最好包括两个一组串联连接的阀，以便提供必要的安全性和富裕量。阀体131-134本身无需辅助管道直接与分配装置160相连。
在图1、3和4的实施方案中，推进器111-114各有90°的弯曲。以优选，但非限制性的方式，各个弯曲形成在主细管构成推进剂喷射器的高度，弯曲的第一部分水平地与和分配装置160径向相连的阀体齐平，而其第二部分则向下取向，并基本上与罐101的轴线平行，燃烧室和喷嘴本身与喷射器的第二部分成一直线。按这种方式，该推进器系统的总高度及推进器固定法兰以下的高度很小。这种包括分配装置160及推进器组的组件在横向上小于罐101的直径。
本发明的推进系统是整体的、紧凑的、独立的，在与卫星2平台构成一体之前已完全组装好，然后借助由连接装置103构成的唯一接合件与其相连的。
推进器111-114的数目是可变的，例如其范围为2-8。分配装置160的形状可与推进器的数目相适应。根据用途，可改变推进器轴线的位置及间隔。因此，在某些情况下，可能要求相对于罐轴线的分配是不对称的。
在图1、3和4的实施例中，可见到分配器160有两个重叠的台。因此，带倒角的大致为立方体的上部161有4个侧壁，每个侧壁上装有由推进器111-114中之一及相关的一对阀131-134所构成的组件。分配装置的下部162为立方体形，或为至少有2个主侧面的六角形，该主侧面最好与上部的侧面偏离45°角，而且在其上装有充入／放空阀191及压力传感器181。于是对该推进系统的所有部件的可接近性得以优化，而且分配装置组件160的质量可尽可能地减少。
当使用2个阀191和192时，分配装置的下部162可为立方体形，并相对于上部偏转45°，而且可将该阀，比如置于，下部162的两个面上，而压力传感器则置于所述下部的第三主台上。
可以看到，在一种变型中，分配装置160可以只有一个台阶，其形状为八角形，以便有可能把4个推进器及由阀或传感器构成的相关设备安装在同一水平面上。但，这种结构不可能具有在图1、3和4的实施方案中所可能有的推进器轴线间的小的距离。若一组推进器中只有两件推进器，即推进器111和112，那么就可方便地将阀191和压力传感器181以与推进器111和112所在的相同的水平高度置于上述的4推进器实施方案中的推进器113和114所占据的，分配装置160的立方体部分161的那些面上。在2推进器的实施方案中，为减小质量可省去分配装置160的第二部分162。
图7和8展示出本发明的另一实施方案，其中的由半球部分201A和201B加上用紧固装置203安装在卫星平台上的套圈202组成的罐201可与上述的罐相类似。在图7和8中，罐的加强底壁204的面积尽管很大，但为以支撑板或带有单阶厚板的形式容纳分配器260，即可以为盘状，其外径可与罐201的直径相等，或比之稍小。
在图7和8的实施方案中，推进器211-218组210被装在分配装置260的该板的底面上。该实施例中的8个推进器211-218沿以罐的轴线为中心的圆周规则地分布，但其它的结构或分布也是可能的。
每一个推进器211-218均由线性推动器构成，其本身由喷射器、催化燃烧室和喷嘴组成，推动器本身借助法兰221-228与包容两个串联的阀的阀体231-238相连，然后与分配装置260的支撑板的底面相连，在分配装置260中形成了用于将物料从罐201的出口输往阀231-238的槽，该出口中可装有与上述实施例中一样的过滤器。在图7和8的实施方案中，推进器211-218与相应的阀体231-238成一直线，而该阀体是大致与罐201的轴线平行地向下延伸的。
压力传感器218及充入／放空阀291(或在适当的情况下，两个充入／放空阀)完成上述的，图1-6的实施方案方面的功能，而且可以，比如，以辐射的形式装在分配装置260的支撑板的边缘上。
图7和8的实施方案使推进器组210和辅助设备得以方便地装在分配装置260上，而且可以将推进器系统组件作为一个整体装在图2所示的卫星2的平台上。
当然可以对上述的实施方案做出各种改进和改变。因此，比如在图7和8的实施方案中，可象助推器211-218一样，将辅助设备281、291装在支撑板260的底面上。
Claims (10)
1．一种用于小型人造卫星(2)的紧凑的、单推进剂单元的推进系统，其特征为，它包括：
a)液体推进剂罐(101，201)，它设有用于将其安装在人造卫星(2)的平台(21)上的装置(103，203)，并包括加强底壁(104，204)；
b)焊在罐(101，201)的加强底壁(104，204)上的分配装置(160，260)，它包括一个过滤器部件(106，206)；
c)至少一个装在分配装置(160，260)上的充入／放空阀(104，204)；及
d)安装在分配装置(160，260)上的至少两件一组的助推器(111-114，211-218)，其取向与罐(101，201)的轴线基本一致，而罐轴线本身与卫星(2)的轴线一致，而且来自分配装置(160，260)的物料不经辅助管线可直接输往该助推器中。
2．如权利要求1的推进系统，其特征在于，它包括用于使罐(101，201)装入推助剂或清洁、测试或加压流体及使之排空的单一的阀(191)。
3．如权利要求1的推进系统，其特征在于，它安装在分配装置(160)上的，用于使罐(101)装入和排空推进剂的第一充入／放空阀(191)，及装在分配装置(160)上的，并用于使罐(101)装入气体及将其排放的第二充入／放空阀(192)，第二充入／放空阀(192)借助分配装置(193)与罐(101)内的管道(193)相连，并延伸到远离分配装置(160)近傍的出口(195)的罐(101)的端部(194)。
4．如权利要求1-3中任一项的推进系统，其特征在于，每个推进器(111-114，211-218)都包括借助于法兰(121-124，221-228)固定在阀体(131-134，231-238)上的推动器组件，而所述阀体本身是固定在分配器(160，260)上的。
5．如权利要求1-4中任一项的推进系统，其特征为，它包括4个以相对于罐(101)的轴线十字交叉对称设置的推进器(111-114)。
6．如权利要求1-5中任一项的推进系统，其特征为，分配装置(160)包括固定在罐(101)的加强底壁(104)上的，用于容纳推进器(111-114)的第一部分(161)，及位于第一部分(161)之下的，用于容纳辅助设备，如充入／放空阀(191)或压力传感器(181)的第二部分(162)。
7．如权利要求1-6中任一项的推进系统，其特征在于，推进器(111-114)弯折成90°。
8．如权利要求1-4中任一项的推进系统，其特征在于，分配装置(260)包括一支撑板，它带有装在其底部的推进器(211-218)。
9．如权利要求8的推进系统，其特征为，辅助设备，如充入／放空阀(291)或压力传感器(281)径向辐射状地被置于分配装置(260)的支撑板的周边处。
10．如权利要求8的推进系统，其特征为，辅助设备，如充入／放空阀(291)或压力传感器(281)被装在分配装置(260)的底面上。
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