JPH09209915A - イオンエンジン装置 - Google Patents
イオンエンジン装置Info
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- JPH09209915A JPH09209915A JP8024135A JP2413596A JPH09209915A JP H09209915 A JPH09209915 A JP H09209915A JP 8024135 A JP8024135 A JP 8024135A JP 2413596 A JP2413596 A JP 2413596A JP H09209915 A JPH09209915 A JP H09209915A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人工衛星等の宇宙機搭載用のイオンエンジン
装置において、高精度、高安定な推力を発生することが
でき、かつイオンプラズマ生成に対する電源装置の電源
効率および推進剤の利用効率を改善することにある。 【解決手段】 イオンエンジン装置のスラスタ制御器４
の内部に電源制御の比較演算部２４および流量制御の比
較演算部２７を設け、電源モニタ部１１および流量モニ
タ部１３に入力される信号を用いて閉ループ制御を行う
ことにより高精度、高安定な推力を得ると同時にイオン
プラズマ生成に対する電源装置２の電源効率および推進
剤の利用効率の最適動作点で制御が行えるという構成と
している。
装置において、高精度、高安定な推力を発生することが
でき、かつイオンプラズマ生成に対する電源装置の電源
効率および推進剤の利用効率を改善することにある。 【解決手段】 イオンエンジン装置のスラスタ制御器４
の内部に電源制御の比較演算部２４および流量制御の比
較演算部２７を設け、電源モニタ部１１および流量モニ
タ部１３に入力される信号を用いて閉ループ制御を行う
ことにより高精度、高安定な推力を得ると同時にイオン
プラズマ生成に対する電源装置２の電源効率および推進
剤の利用効率の最適動作点で制御が行えるという構成と
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば、人工
衛星等の宇宙機が軌道上でその姿勢や軌道を制御するた
めの主推進装置として用いるイオンエンジン装置に関す
るものである。
衛星等の宇宙機が軌道上でその姿勢や軌道を制御するた
めの主推進装置として用いるイオンエンジン装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来のイオンエンジン装置の全
体を示すブロック図である。図４において、１は推力を
発生する機能をもつスラスタ、２はスラスタ１に電力を
供給する機能をもつ電源装置、３はスラスタ１に推進剤
流量を制御する機能をもつ流量調整器、４は上記各機器
の制御、テレメトリ・コマンド系とのインタフェース機
能をもつスラスタ制御器である。
体を示すブロック図である。図４において、１は推力を
発生する機能をもつスラスタ、２はスラスタ１に電力を
供給する機能をもつ電源装置、３はスラスタ１に推進剤
流量を制御する機能をもつ流量調整器、４は上記各機器
の制御、テレメトリ・コマンド系とのインタフェース機
能をもつスラスタ制御器である。
【０００３】図５は、従来のイオンエンジン装置におけ
る電源装置および流量調整器の制御方法である。１はス
ラスタ、２は電源装置、３は流量調整器、４はスラスタ
制御器、５は電源装置２を構成する電源の１つである主
放電電源、６は電源装置２を構成する電源の１つである
ビーム電源、７は主放電電源５からスラスタ１に供給す
る放電電力、８はビーム電源６からスラスタ１に供給す
るビーム電力、９は流量調整器３からスラスタ１に供給
する推進剤流量、１０はスラスタ制御器４を構成する制
御部の１つである電源制御部、１１はスラスタ制御器４
を構成するモニタ部の１つである電源モニタ部、１２は
スラスタ制御器４を構成する制御部の１つである流量制
御部、１３はスラスタ制御器４を構成するモニタ部の１
つである流量モニタ部、１４はイオンエンジンを制御す
るためにスラスタ制御器４に入力されるコマンド、１５
はイオンエンジンを制御するためにスラスタ制御器４か
ら出力されたテレメトリ、１６は電源制御部１０から主
放電電源５を制御する主放電電源制御信号、１７は電源
制御部１０からビーム電源６を制御するビーム電源制御
信号、１８は主放電電源５から電源モニタ部１１に入力
される主放電電源モニタ信号、１９はビーム電源５から
電源モニタ部１１に入力されるビーム電源モニタ信号、
２０はスラスタ１に供給する推進剤を制御するために流
量制御部１２から流量調整器３に入力される推進剤流量
制御信号、２１はスラスタ１に供給された推進剤流量を
流量調整器３から流量モニタ部１３に入力される推進剤
流量モニタ信号を示している。
る電源装置および流量調整器の制御方法である。１はス
ラスタ、２は電源装置、３は流量調整器、４はスラスタ
制御器、５は電源装置２を構成する電源の１つである主
放電電源、６は電源装置２を構成する電源の１つである
ビーム電源、７は主放電電源５からスラスタ１に供給す
る放電電力、８はビーム電源６からスラスタ１に供給す
るビーム電力、９は流量調整器３からスラスタ１に供給
する推進剤流量、１０はスラスタ制御器４を構成する制
御部の１つである電源制御部、１１はスラスタ制御器４
を構成するモニタ部の１つである電源モニタ部、１２は
スラスタ制御器４を構成する制御部の１つである流量制
御部、１３はスラスタ制御器４を構成するモニタ部の１
つである流量モニタ部、１４はイオンエンジンを制御す
るためにスラスタ制御器４に入力されるコマンド、１５
はイオンエンジンを制御するためにスラスタ制御器４か
ら出力されたテレメトリ、１６は電源制御部１０から主
放電電源５を制御する主放電電源制御信号、１７は電源
制御部１０からビーム電源６を制御するビーム電源制御
信号、１８は主放電電源５から電源モニタ部１１に入力
される主放電電源モニタ信号、１９はビーム電源５から
電源モニタ部１１に入力されるビーム電源モニタ信号、
２０はスラスタ１に供給する推進剤を制御するために流
量制御部１２から流量調整器３に入力される推進剤流量
制御信号、２１はスラスタ１に供給された推進剤流量を
流量調整器３から流量モニタ部１３に入力される推進剤
流量モニタ信号を示している。
【０００４】次に動作について説明する。イオンエンジ
ンのイオンプラズマを生成させ、イオンビームを発生さ
せるためにコマンド１４を介して電源制御部１０に基準
信号が入力され、電源制御部１０から出力される主放電
電源制御信号１６により主放電電源５を制御し、スラス
タ１内に主放電電力７を供給しイオンプラズマを生成さ
せると同時に、電源制御部１０から出力されるビーム電
源制御信号１７によりビーム電源６を制御し、スラスタ
１にビーム電力８を供給しイオンプラズマをイオンビー
ムとして発生させる。一方、イオンエンジンのイオンプ
ラズマ量を制御するためにコマンド１４を介して流量制
御部１２に基準信号が入力され、流量制御部１２から出
力される推進剤流量制御信号２０により流量調整器３を
制御し、スラスタ１内に推進剤流量９を供給しイオンプ
ラズマの生成量を制御する。上記イオンプラズマ量、イ
オンプラズマの生成、イオンビームの発生によりスラス
タ１はイオンエンジン装置としての推力を発生する。
ンのイオンプラズマを生成させ、イオンビームを発生さ
せるためにコマンド１４を介して電源制御部１０に基準
信号が入力され、電源制御部１０から出力される主放電
電源制御信号１６により主放電電源５を制御し、スラス
タ１内に主放電電力７を供給しイオンプラズマを生成さ
せると同時に、電源制御部１０から出力されるビーム電
源制御信号１７によりビーム電源６を制御し、スラスタ
１にビーム電力８を供給しイオンプラズマをイオンビー
ムとして発生させる。一方、イオンエンジンのイオンプ
ラズマ量を制御するためにコマンド１４を介して流量制
御部１２に基準信号が入力され、流量制御部１２から出
力される推進剤流量制御信号２０により流量調整器３を
制御し、スラスタ１内に推進剤流量９を供給しイオンプ
ラズマの生成量を制御する。上記イオンプラズマ量、イ
オンプラズマの生成、イオンビームの発生によりスラス
タ１はイオンエンジン装置としての推力を発生する。
【０００５】また、イオンプラズマの生成は主放電電源
５から出力される主放電電源モニタ信号１８により電源
モニタ部１１に入力され、イオンビームの発生はビーム
電源６から出力されるビーム電源モニタ信号１９により
電源モニタ部１１に入力される。一方、イオンプラズマ
量は、流量調整器３から出力される推進剤流量モニタ信
号２１により流量モニタ部１３に入力される。これら主
放電電源モニタ信号１８、ビーム電源モニタ信号１９お
よび推進剤流量モニタ信号２１は、イオンエンジン装置
の推力をモニタするためにテレメトリ１５としてスラス
タ制御器４から出力される。
５から出力される主放電電源モニタ信号１８により電源
モニタ部１１に入力され、イオンビームの発生はビーム
電源６から出力されるビーム電源モニタ信号１９により
電源モニタ部１１に入力される。一方、イオンプラズマ
量は、流量調整器３から出力される推進剤流量モニタ信
号２１により流量モニタ部１３に入力される。これら主
放電電源モニタ信号１８、ビーム電源モニタ信号１９お
よび推進剤流量モニタ信号２１は、イオンエンジン装置
の推力をモニタするためにテレメトリ１５としてスラス
タ制御器４から出力される。
【０００６】上記のようにイオンエンジン装置の推力の
発生は、コマンド１４により行なわれ、イオンエンジン
装置の推力の発生状態はテレメトリ１５によりモニタさ
れる。何らかの原因でイオンエンジン装置の推力に変動
が生じた場合は、テレメトリ１５によりその推力変動を
検知し、その変動量を補正するコマンド１４をイオンエ
ンジン装置に送信することによりイオンエンジン装置の
推力制御がなされる。
発生は、コマンド１４により行なわれ、イオンエンジン
装置の推力の発生状態はテレメトリ１５によりモニタさ
れる。何らかの原因でイオンエンジン装置の推力に変動
が生じた場合は、テレメトリ１５によりその推力変動を
検知し、その変動量を補正するコマンド１４をイオンエ
ンジン装置に送信することによりイオンエンジン装置の
推力制御がなされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のイオンエンジン
装置は以上のように構成されており、次のような課題が
あった。従来のイオンエンジン装置では、スラスタへの
電源装置からの電力出力および流量調整器からの推進剤
流量は、あらかじめ設定されたコマンドを地上から送信
する必要があり、推力外乱などに対して、推力を安定に
制御することが困難であった。さらに、推力源となるイ
オンプラズマの生成効率やイオンプラズマ源である推進
剤の利用効率に対しても最適な動作点に制御することが
困難であった。このため、過度的な推力変動、スラスタ
の劣化に伴う動作点の推移に対する補正および最適動作
点の決定を地上でテレメトリから判断し行うことになる
ため、運用上の制約になっていた。
装置は以上のように構成されており、次のような課題が
あった。従来のイオンエンジン装置では、スラスタへの
電源装置からの電力出力および流量調整器からの推進剤
流量は、あらかじめ設定されたコマンドを地上から送信
する必要があり、推力外乱などに対して、推力を安定に
制御することが困難であった。さらに、推力源となるイ
オンプラズマの生成効率やイオンプラズマ源である推進
剤の利用効率に対しても最適な動作点に制御することが
困難であった。このため、過度的な推力変動、スラスタ
の劣化に伴う動作点の推移に対する補正および最適動作
点の決定を地上でテレメトリから判断し行うことになる
ため、運用上の制約になっていた。
【０００８】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので電源装置および流量調整器からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で、比較、演算し電源装置
からの電力出力および流量調整器からの推進剤流量を制
御することにより、自動的にスラスタの推力をより精度
よく安定に効率よく発生させることを目的としている。
めになされたもので電源装置および流量調整器からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で、比較、演算し電源装置
からの電力出力および流量調整器からの推進剤流量を制
御することにより、自動的にスラスタの推力をより精度
よく安定に効率よく発生させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によるイオンエ
ンジン装置は、ビーム電源および主放電電源流からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で自動演算を行い、現在の
動作状態を求め、基準値と比較した後、イオン生成コス
トが小さくなるように電源装置および流量調整器の出力
レベルを自動的に制御するものである。
ンジン装置は、ビーム電源および主放電電源流からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で自動演算を行い、現在の
動作状態を求め、基準値と比較した後、イオン生成コス
トが小さくなるように電源装置および流量調整器の出力
レベルを自動的に制御するものである。
【００１０】この発明によるイオンエンジン装置は、ビ
ーム電源および流量調整器からのモニタ信号をスラスタ
制御器内で自動演算を行い、現在の動作状態を求め、基
準値と比較した後、推進剤利用効率が大きくなるように
電源装置および流量調整器の出力レベルを自動的に制御
するものである。
ーム電源および流量調整器からのモニタ信号をスラスタ
制御器内で自動演算を行い、現在の動作状態を求め、基
準値と比較した後、推進剤利用効率が大きくなるように
電源装置および流量調整器の出力レベルを自動的に制御
するものである。
【００１１】この発明によるイオンエンジン装置は、ビ
ーム電源および主放電電源流および流量調整器からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で自動演算を行い、現在の
動作状態を求め、基準値と比較した後、イオン生成コス
トが小さく、かつ推進剤利用効率が大きくなるように電
源装置および流量調整器の出力レベルを自動的に制御す
るものである。
ーム電源および主放電電源流および流量調整器からのモ
ニタ信号をスラスタ制御器内で自動演算を行い、現在の
動作状態を求め、基準値と比較した後、イオン生成コス
トが小さく、かつ推進剤利用効率が大きくなるように電
源装置および流量調整器の出力レベルを自動的に制御す
るものである。
【００１２】
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１の特徴
であるスラスタの推力に比例するビーム電流を制御し、
スラスタの推力変動を抑制すると同時にイオン生成コス
トを制御するイオンエンジン装置のブロック図である。
図において、２２はビーム電流値、２３は主放電電圧お
よび主放電電流、２４は電源制御の比較演算部、２５は
電源制御信号であり、他は図５と同様である。
であるスラスタの推力に比例するビーム電流を制御し、
スラスタの推力変動を抑制すると同時にイオン生成コス
トを制御するイオンエンジン装置のブロック図である。
図において、２２はビーム電流値、２３は主放電電圧お
よび主放電電流、２４は電源制御の比較演算部、２５は
電源制御信号であり、他は図５と同様である。
【００１３】上記のように構成されたイオンエンジン装
置の動作について説明する。スラスタ制御器４が、スラ
スタ１内にイオンプラズマを生成し、イオンビームを発
生させるためコマンド１４を介して電源制御部１０を制
御すると同時にイオンプラズマ量をコマンド１４を介し
て流量調整器３を制御してイオンビームの発生によりス
ラスタ１がイオンエンジン装置としての推力を発生する
機能と、電源装置２と流量調整器３の動作状態をモニタ
するためにテレメトリ１５としてスラスタ制御器４から
出力されるという機能は、従来の装置と全く同じであ
る。
置の動作について説明する。スラスタ制御器４が、スラ
スタ１内にイオンプラズマを生成し、イオンビームを発
生させるためコマンド１４を介して電源制御部１０を制
御すると同時にイオンプラズマ量をコマンド１４を介し
て流量調整器３を制御してイオンビームの発生によりス
ラスタ１がイオンエンジン装置としての推力を発生する
機能と、電源装置２と流量調整器３の動作状態をモニタ
するためにテレメトリ１５としてスラスタ制御器４から
出力されるという機能は、従来の装置と全く同じであ
る。
【００１４】この発明に係わるイオンエンジン装置の推
力制御は、電源モニタ部１１に入力される電源装置２の
モニタ信号のうち、ビーム電流値２２と主放電電圧およ
び主放電電流２３を電源制御の比較演算部２４に入力
し、この電源制御の比較演算部２４でコマンド１４の基
準信号と比較演算し推力変動を低減させると同時に電源
装置２の電力効率を高めるための電源制御信号２５を電
源制御部１０に入力することにより、自動的にスラスタ
１の推力の変動を抑制すると同時にイオンプラズマの生
成に対する電源装置２の電力効率を改善するという制御
を可能にしている。
力制御は、電源モニタ部１１に入力される電源装置２の
モニタ信号のうち、ビーム電流値２２と主放電電圧およ
び主放電電流２３を電源制御の比較演算部２４に入力
し、この電源制御の比較演算部２４でコマンド１４の基
準信号と比較演算し推力変動を低減させると同時に電源
装置２の電力効率を高めるための電源制御信号２５を電
源制御部１０に入力することにより、自動的にスラスタ
１の推力の変動を抑制すると同時にイオンプラズマの生
成に対する電源装置２の電力効率を改善するという制御
を可能にしている。
【００１５】イオンエンジン装置の推力制御について、
さらに詳しく述べるならば、スラスタ１で加速されるイ
オンを１価であると仮定すると、スラスタの推力Ｆは、
次式で示される。
さらに詳しく述べるならば、スラスタ１で加速されるイ
オンを１価であると仮定すると、スラスタの推力Ｆは、
次式で示される。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで、Ｉｂはビーム電流、Ｖｂはビーム
電圧、εｓｐは比電荷である。また、比電荷は次式で示
される。
電圧、εｓｐは比電荷である。また、比電荷は次式で示
される。
【００１８】
【数２】
【００１９】ここで、ｑは電荷、Ｍはイオンの質量であ
る。なお、ビーム電流Ｉｂとビーム電圧Ｖｂは、ビーム
電源モニタ信号１９として検出できる。”数１”から分
かるように、ビーム電圧Ｖｂを一定にすると、推力Ｆは
ビーム電流Ｉｂに比例する。コマンド１４における所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’、ビーム電流値２２
をＩｂとすると、その偏差ΔＩｂは、次式で示される。
る。なお、ビーム電流Ｉｂとビーム電圧Ｖｂは、ビーム
電源モニタ信号１９として検出できる。”数１”から分
かるように、ビーム電圧Ｖｂを一定にすると、推力Ｆは
ビーム電流Ｉｂに比例する。コマンド１４における所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’、ビーム電流値２２
をＩｂとすると、その偏差ΔＩｂは、次式で示される。
【００２０】
【数３】
【００２１】すなわち、偏差ΔＩｂを小さくするように
所定の動作範囲内で電源制御信号２５を変化させること
により、推力の変動を低減することができる。
所定の動作範囲内で電源制御信号２５を変化させること
により、推力の変動を低減することができる。
【００２２】また、電源装置２の電力効率を表すパラメ
ータとしてイオン生成コストＣを導入する。このイオン
生成コストＣは、１アンペアの電流に等価なビーム電流
を引き出すために必要な放電電力を表すパラメータであ
り、次式で示される。
ータとしてイオン生成コストＣを導入する。このイオン
生成コストＣは、１アンペアの電流に等価なビーム電流
を引き出すために必要な放電電力を表すパラメータであ
り、次式で示される。
【００２３】
【数４】
【００２４】ここで、Ｉｂはビーム電流、Ｖｄは主放電
電圧、Ｉｄは主放電電流である。なお、ビーム電流Ｉ
ｂ、主放電電圧Ｖｄと主放電電流Ｉｄは、ビーム電源モ
ニタ信号１９として検出できる。”数４”および”数
１”から分かるように、ビーム電流Ｉｂと、主放電電圧
Ｖｄと主放電電流Ｉｄの積である主放電電力７との比を
小さくすることにより所望の推力Ｆに対して電源装置２
の電源効率を改善することができる。このように、所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’とイオン生成コスト
Ｃを用いることにより、イオンエンジン装置の推力を安
定に精度よく、かつイオン生成に対する最適な動作点で
制御することができる。
電圧、Ｉｄは主放電電流である。なお、ビーム電流Ｉ
ｂ、主放電電圧Ｖｄと主放電電流Ｉｄは、ビーム電源モ
ニタ信号１９として検出できる。”数４”および”数
１”から分かるように、ビーム電流Ｉｂと、主放電電圧
Ｖｄと主放電電流Ｉｄの積である主放電電力７との比を
小さくすることにより所望の推力Ｆに対して電源装置２
の電源効率を改善することができる。このように、所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’とイオン生成コスト
Ｃを用いることにより、イオンエンジン装置の推力を安
定に精度よく、かつイオン生成に対する最適な動作点で
制御することができる。
【００２５】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２の特徴であるスラスタの推力に比例するビーム電
流を制御し、スラスタの推力変動を抑制すると同時に推
進剤利用効率を制御するイオンエンジン装置のブロック
図である。図において、２６は推進剤流量値、２７は流
量制御の比較演算部、２８は流量制御信号であり、他は
図１と同様である。
形態２の特徴であるスラスタの推力に比例するビーム電
流を制御し、スラスタの推力変動を抑制すると同時に推
進剤利用効率を制御するイオンエンジン装置のブロック
図である。図において、２６は推進剤流量値、２７は流
量制御の比較演算部、２８は流量制御信号であり、他は
図１と同様である。
【００２６】この実施の形態２においては、図２に示す
イオンエンジン装置の推力制御は、電源装置２の電源モ
ニタ部１１に入力されるモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を電源制御の比較演算部２４に入力し、この電源
制御の比較演算部２４でコマンド１４の基準信号と比較
演算し推力変動を低減させる。さらに流量調整器３の流
量モニタ部１３に入力されるモニタ信号のうち、推進剤
流量値２６および電源モニタ部１１に入力される電源装
置２のモニタ信号のうち、ビーム電流値２２を流量制御
の比較演算部２７に入力し、この流量制御の比較演算部
２７でコマンド１４の基準信号と比較演算し推進剤の利
用効率を高めるための流量制御信号２８を流量制御部１
２に入力することにより、自動的にスラスタ１の推力の
変動を抑制すると同時にイオンプラズマ量に対する流量
調整器３の推進剤の利用効率を改善するという制御を可
能にしている。
イオンエンジン装置の推力制御は、電源装置２の電源モ
ニタ部１１に入力されるモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を電源制御の比較演算部２４に入力し、この電源
制御の比較演算部２４でコマンド１４の基準信号と比較
演算し推力変動を低減させる。さらに流量調整器３の流
量モニタ部１３に入力されるモニタ信号のうち、推進剤
流量値２６および電源モニタ部１１に入力される電源装
置２のモニタ信号のうち、ビーム電流値２２を流量制御
の比較演算部２７に入力し、この流量制御の比較演算部
２７でコマンド１４の基準信号と比較演算し推進剤の利
用効率を高めるための流量制御信号２８を流量制御部１
２に入力することにより、自動的にスラスタ１の推力の
変動を抑制すると同時にイオンプラズマ量に対する流量
調整器３の推進剤の利用効率を改善するという制御を可
能にしている。
【００２７】イオンエンジン装置の推力制御について、
イオンエンジン装置のスラスタの推力Ｆは、上記”数
１”で示される。上記”数３”により所望の推力を得る
ビーム電流値をＩｂ’として、スラスタの推力変動を低
減することができることは前述した通りである。
イオンエンジン装置のスラスタの推力Ｆは、上記”数
１”で示される。上記”数３”により所望の推力を得る
ビーム電流値をＩｂ’として、スラスタの推力変動を低
減することができることは前述した通りである。
【００２８】また、流量調整器３の推進剤の利用効率を
表すパラメータとして推進剤利用効率Ｅを導入する。こ
の推進剤利用効率Ｅは、供給された推進剤のうちイオン
となって有効に加速されたことを表すパラメータであ
り、次式で示される。
表すパラメータとして推進剤利用効率Ｅを導入する。こ
の推進剤利用効率Ｅは、供給された推進剤のうちイオン
となって有効に加速されたことを表すパラメータであ
り、次式で示される。
【００２９】
【数５】
【００３０】ここで、Ｉｂはビーム電流、ｍは推進剤の
質量流量である。なお、ビーム電流Ｉｂは、ビーム電源
モニタ信号１９として、推進剤の質量流量ｍ、推進剤流
量モニタ信号２１として検出できる。”数５”および”
数１”から分かるように、ビーム電流Ｉｂと推進剤の質
量流量ｍとの比である推進剤利用効率Ｅの値を大きくす
ることにより所望の推力Ｆに対して流量調整器３の推進
剤利用効率を改善することができる。このように、所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’および推進剤利用効
率Ｅを用いることにより、イオンエンジン装置の推力を
安定に精度よく、かつ推進剤利用効率に対する最適な動
作点で制御することができる。
質量流量である。なお、ビーム電流Ｉｂは、ビーム電源
モニタ信号１９として、推進剤の質量流量ｍ、推進剤流
量モニタ信号２１として検出できる。”数５”および”
数１”から分かるように、ビーム電流Ｉｂと推進剤の質
量流量ｍとの比である推進剤利用効率Ｅの値を大きくす
ることにより所望の推力Ｆに対して流量調整器３の推進
剤利用効率を改善することができる。このように、所望
の推力を得るビーム電流値をＩｂ’および推進剤利用効
率Ｅを用いることにより、イオンエンジン装置の推力を
安定に精度よく、かつ推進剤利用効率に対する最適な動
作点で制御することができる。
【００３１】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３の特徴であるスラスタの推力に比例するビーム電
流を制御し、スラスタの推力変動を抑制すると同時にイ
オン生成コストおよび推進剤利用効率を制御するイオン
エンジン装置のブロック図である。図において、２２は
ビーム電流値、２３は主放電電圧および主放電電流、２
４は電源制御の比較演算部、２５は電源制御信号、２６
は推進剤流量値、２７は流量制御の比較演算部、２８は
流量制御信号であり、他は図１と同様である。
形態３の特徴であるスラスタの推力に比例するビーム電
流を制御し、スラスタの推力変動を抑制すると同時にイ
オン生成コストおよび推進剤利用効率を制御するイオン
エンジン装置のブロック図である。図において、２２は
ビーム電流値、２３は主放電電圧および主放電電流、２
４は電源制御の比較演算部、２５は電源制御信号、２６
は推進剤流量値、２７は流量制御の比較演算部、２８は
流量制御信号であり、他は図１と同様である。
【００３２】この実施の形態３においては、図３に示す
イオンエンジン装置の推力制御は、電源モニタ部１１に
入力される電源装置２のモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を主放電電圧および主放電電流２３を電源制御の
比較演算部２４に入力し、この電源制御の比較演算部２
４でコマンド１４の基準信号と比較演算し推力変動を低
減させると同時に電源装置２の電力効率を高めるための
電源制御信号２５を電源制御部１０に入力する。さらに
流量調整器３の流量モニタ部１３に入力されるモニタ信
号のうち、推進剤流量値２６および電源モニタ部１１に
入力される電源装置２のモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を流量制御の比較演算部２７に入力し、この流量
制御の比較演算部２７でコマンド１４の基準信号と比較
演算し推進剤の利用効率を高めるための流量制御信号２
８を流量制御部１２に入力することにより、自動的にス
ラスタ１の推力の変動を抑制すると同時にイオンプラズ
マの生成に対する電源装置２の電力効率を改善し、さら
にイオンプラズマ量に対する流量調整器３の推進剤の利
用効率を改善するという制御を可能にしている。
イオンエンジン装置の推力制御は、電源モニタ部１１に
入力される電源装置２のモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を主放電電圧および主放電電流２３を電源制御の
比較演算部２４に入力し、この電源制御の比較演算部２
４でコマンド１４の基準信号と比較演算し推力変動を低
減させると同時に電源装置２の電力効率を高めるための
電源制御信号２５を電源制御部１０に入力する。さらに
流量調整器３の流量モニタ部１３に入力されるモニタ信
号のうち、推進剤流量値２６および電源モニタ部１１に
入力される電源装置２のモニタ信号のうち、ビーム電流
値２２を流量制御の比較演算部２７に入力し、この流量
制御の比較演算部２７でコマンド１４の基準信号と比較
演算し推進剤の利用効率を高めるための流量制御信号２
８を流量制御部１２に入力することにより、自動的にス
ラスタ１の推力の変動を抑制すると同時にイオンプラズ
マの生成に対する電源装置２の電力効率を改善し、さら
にイオンプラズマ量に対する流量調整器３の推進剤の利
用効率を改善するという制御を可能にしている。
【００３３】イオンエンジン装置の推力制御について、
イオンエンジン装置のスラスタの推力Ｆは、上記”数
１”で示される。所望の推力を得るビーム電流値をＩ
ｂ’として、スラスタの推力変動を低減することができ
ることは前述した通りである。
イオンエンジン装置のスラスタの推力Ｆは、上記”数
１”で示される。所望の推力を得るビーム電流値をＩ
ｂ’として、スラスタの推力変動を低減することができ
ることは前述した通りである。
【００３４】また、電源装置２の電力効率を表すパラメ
ータとしてイオン生成コストＣおよび流量調整器３の推
進剤の利用効率を表すパラメータとして推進剤利用効率
Ｅを導入する。イオン生成コストＣと推進剤利用効率Ｅ
については前述したとおりである。
ータとしてイオン生成コストＣおよび流量調整器３の推
進剤の利用効率を表すパラメータとして推進剤利用効率
Ｅを導入する。イオン生成コストＣと推進剤利用効率Ｅ
については前述したとおりである。
【００３５】上記”数１”、”数３”、”数４”およ
び”数５”から分かるように、所望の推力を得るビーム
電流値Ｉｂ’と主放電電力との比であるイオン生成コス
トＣを小さくすること、およびビーム電流Ｉｂと推進剤
の質量流量ｍとの比である推進剤利用効率Ｅの値を大き
くすることにより所望の推力Ｆに対して電源装置２の電
源効率および流量調整器３の推進剤の利用効率を改善す
ることができる。このように、所望の推力を得るビーム
電流値をＩｂ’、イオン生成コストＣおよび推進剤利用
効率Ｅを用いることにより、イオンエンジン装置の推力
を安定に精度よく、かつイオン生成および推進剤利用効
率に対する最適な動作点で制御することができる。
び”数５”から分かるように、所望の推力を得るビーム
電流値Ｉｂ’と主放電電力との比であるイオン生成コス
トＣを小さくすること、およびビーム電流Ｉｂと推進剤
の質量流量ｍとの比である推進剤利用効率Ｅの値を大き
くすることにより所望の推力Ｆに対して電源装置２の電
源効率および流量調整器３の推進剤の利用効率を改善す
ることができる。このように、所望の推力を得るビーム
電流値をＩｂ’、イオン生成コストＣおよび推進剤利用
効率Ｅを用いることにより、イオンエンジン装置の推力
を安定に精度よく、かつイオン生成および推進剤利用効
率に対する最適な動作点で制御することができる。
【００３６】
【発明の効果】この発明によればビーム電源および主放
電電源からのモニタ信号をスラスタ制御器内で基準値と
比較、演算を行い、イオンプラズマの生成に対する電源
装置の電力出力によりイオン生成コストの制御を行い、
自動的にスラスタの推力を精度よく安定に効率のよい最
適動作点で発生させる制御ができる効果がある。
電電源からのモニタ信号をスラスタ制御器内で基準値と
比較、演算を行い、イオンプラズマの生成に対する電源
装置の電力出力によりイオン生成コストの制御を行い、
自動的にスラスタの推力を精度よく安定に効率のよい最
適動作点で発生させる制御ができる効果がある。
【００３７】この発明によればビーム電源および流量調
整器からのモニタ信号をスラスタ制御器内で基準値と比
較、演算を行い、電源装置の電力出力およびイオンプラ
ズマ量に対する流量調整器からの推進剤流量により推進
剤利用効率の制御を行い、自動的にスラスタの推力を精
度よく安定に効率のよい最適動作点で発生させる制御が
できる効果がある。
整器からのモニタ信号をスラスタ制御器内で基準値と比
較、演算を行い、電源装置の電力出力およびイオンプラ
ズマ量に対する流量調整器からの推進剤流量により推進
剤利用効率の制御を行い、自動的にスラスタの推力を精
度よく安定に効率のよい最適動作点で発生させる制御が
できる効果がある。
【００３８】この発明によればビーム電源および主放電
電源および流量調整器からのモニタ信号をスラスタ制御
器内で基準値と比較、演算を行い、イオンプラズマの生
成に対する電源装置の電力出力およびイオンプラズマ量
に対する流量調整器からの推進剤流量により、イオン生
成コストおよび推進剤利用効率の制御を行い、自動的に
スラスタの推力を精度よく安定に効率のよい最適動作点
で発生させる制御ができる効果がある。
電源および流量調整器からのモニタ信号をスラスタ制御
器内で基準値と比較、演算を行い、イオンプラズマの生
成に対する電源装置の電力出力およびイオンプラズマ量
に対する流量調整器からの推進剤流量により、イオン生
成コストおよび推進剤利用効率の制御を行い、自動的に
スラスタの推力を精度よく安定に効率のよい最適動作点
で発生させる制御ができる効果がある。
【図１】 この発明によるイオンエンジン装置の実施の
形態１を示すブロック図である。
形態１を示すブロック図である。
【図２】 この発明によるイオンエンジン装置の実施の
形態２を示すブロック図である。
形態２を示すブロック図である。
【図３】 この発明によるイオンエンジン装置の実施の
形態３を示すブロック図である。
形態３を示すブロック図である。
【図４】 従来のイオンエンジン装置の全体を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】 従来のイオンエンジン装置の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
１ スラスタ、２ 電源装置、３ 流量調整器、４ ス
ラスタ制御器、５ 主放電電源、６ ビーム電源、７
主放電電力、８ ビーム電力、９ 推進剤流量、１０
電源制御部、１１ 電源モニタ部、１２ 流量制御部、
１３ 流量モニタ部、１４ コマンド、１５ テレメト
リ、１６ 主放電電源制御信号、１７ビーム電源制御信
号、１８ 主放電電源モニタ信号、１９ ビーム電源モ
ニタ信号、２０ 推進剤流量制御信号、２１ 推進剤流
量モニタ信号、２２ ビーム電流値、２３ 主放電電圧
および主放電電流、２４ 電源制御の比較演算部、２５
電源制御信号、２６ 推進剤流量値、２７ 流量制御の
比較演算部、２８ 流量制御信号。
ラスタ制御器、５ 主放電電源、６ ビーム電源、７
主放電電力、８ ビーム電力、９ 推進剤流量、１０
電源制御部、１１ 電源モニタ部、１２ 流量制御部、
１３ 流量モニタ部、１４ コマンド、１５ テレメト
リ、１６ 主放電電源制御信号、１７ビーム電源制御信
号、１８ 主放電電源モニタ信号、１９ ビーム電源モ
ニタ信号、２０ 推進剤流量制御信号、２１ 推進剤流
量モニタ信号、２２ ビーム電流値、２３ 主放電電圧
および主放電電流、２４ 電源制御の比較演算部、２５
電源制御信号、２６ 推進剤流量値、２７ 流量制御の
比較演算部、２８ 流量制御信号。
Claims (3)
- 【請求項１】 推力を発生するスラスタ、上記スラスタ
に電力を供給する電源装置、上記スラスタへの推進剤流
量を制御する流量調整器、上記のスラスタ、電源装置、
流量調整器を制御し、テレメトリ・コマンド系とのイン
タフェース機能を持つスラスタ制御器とを備えた宇宙機
のイオンエンジン装置において、上記各機器、装置の状
況・動作状態を示す信号を用いて、上記スラスタの推力
に対して推力に比例するビーム電源のビーム電流値およ
びイオンプラズマの生成を行う主放電電源の主放電電
圧、主放電電流により、スラスタの推力の変動を抑制す
ると同時にイオン生成コストを制御する機能を備えたこ
とを特徴とするイオンエンジン装置。 - 【請求項２】 推力を発生するスラスタ、上記スラスタ
に電力を供給する電源装置、上記スラスタへの推進剤流
量を制御する流量調整器、上記のスラスタ、電源装置、
流量調整器を制御し、テレメトリ・コマンド系とのイン
タフェース機能を持つスラスタ制御器とを備えた宇宙機
のイオンエンジン装置において、上記各機器、装置の状
況・動作状態を示す信号を用いて、上記スラスタの推力
に対して推力に比例するビーム電源のビーム電流値およ
びイオンプラズマ源である推進剤流量により、スラスタ
の推力の変動を抑制すると同時に推進剤利用効率を制御
する機能を備えたことを特徴とするイオンエンジン装
置。 - 【請求項３】 推力を発生するスラスタ、上記スラスタ
に電力を供給する電源装置、上記スラスタへの推進剤流
量を制御する流量調整器、上記のスラスタ、電源装置、
流量調整器を制御し、テレメトリ・コマンド系とのイン
タフェース機能を持つスラスタ制御器とを備えた宇宙機
のイオンエンジン装置において、上記各機器、装置の状
況・動作状態を示す信号を用いて、上記スラスタの推力
に対して推力に比例するビーム電源のビーム電流値およ
びイオンプラズマの生成を行う主放電電源の主放電電
圧、主放電電流およびイオンプラズマ源である推進剤流
量により、スラスタの推力の変動を抑制すると同時にイ
オン生成コストおよび推進剤利用効率を制御する機能を
備えたことを特徴とするイオンエンジン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8024135A JPH09209915A (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | イオンエンジン装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8024135A JPH09209915A (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | イオンエンジン装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09209915A true JPH09209915A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=12129882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8024135A Pending JPH09209915A (ja) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | イオンエンジン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09209915A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007177639A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電源装置 |
-
1996
- 1996-02-09 JP JP8024135A patent/JPH09209915A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007177639A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電源装置 |
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