RU2564154C1 - Control system of electrical rocket engine - Google Patents
Control system of electrical rocket engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564154C1 RU2564154C1 RU2014146238/06A RU2014146238A RU2564154C1 RU 2564154 C1 RU2564154 C1 RU 2564154C1 RU 2014146238/06 A RU2014146238/06 A RU 2014146238/06A RU 2014146238 A RU2014146238 A RU 2014146238A RU 2564154 C1 RU2564154 C1 RU 2564154C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power supply
- microcontroller
- engine
- power
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам управления электрическими ракетными двигателями (ЭРД), в частности высокочастотными (ВЧ) ионными двигателями с индукционным возбуждением разряда в газоразрядной камере. Система управления ЭРД может использоваться в составе двигательной установки (ДУ) на борту космического аппарата (КА).The invention relates to controls for electric rocket engines (ERE), in particular high-frequency (HF) ion engines with induction excitation of a discharge in a gas discharge chamber. The propulsion control system can be used as part of a propulsion system (DU) on board a spacecraft (SC).
Для управления работой ЭРД и поддержания заданных тяговых характеристик ЭРД с индукционным возбуждением электрического разряда применяются системы управления, обеспечивающие требуемые параметры ВЧ разряда в процессе длительной работы двигателя. Известна система управления ионным источником (двигателем), описанная в патенте RU 2461908 C2 (опубликован 20.09.2012). Система содержит устройство для ввода энергии в газоразрядную камеру с индуктивным или индуктивно-емкостным возбуждением ВЧ разряда, ВЧ генератор и электрическую цепь связи ВЧ генератора с устройством ввода энергии. ВЧ генератор включает контур автоматической подстройки частоты сигнала. Данное техническое решение обеспечивает автоматическое согласование сопротивления (импеданса) устройства ввода энергии с ВЧ генератором с учетом линии связи между ними. Устройство ввода энергии выполняется в виде индуктора, последовательно соединенного с конденсатором связи. Индуктор и конденсатор связи образуют последовательный колебательный контур. Контур автоподстройки частоты ВЧ сигнала соединен с выходом фазового детектора. На входы фазового детектора подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению в колебательном контуре. Данное выполнение системы управления направлено на обеспечение эффективного ввода энергии в газоразрядную камеру двигателя.To control the operation of the electric propulsion and maintain the specified traction characteristics of the electric propulsion with induction excitation of an electric discharge, control systems are used that provide the required parameters of the high-frequency discharge during continuous operation of the engine. A known control system for an ion source (engine) described in patent RU 2461908 C2 (published on September 20, 2012). The system comprises a device for introducing energy into a gas discharge chamber with inductive or inductive-capacitive excitation of an RF discharge, an RF generator and an electric circuit for coupling the RF generator with the energy input device. The RF generator includes an automatic frequency control loop of the signal. This technical solution provides automatic coordination of the resistance (impedance) of the energy input device with an RF generator, taking into account the communication line between them. The energy input device is in the form of an inductor connected in series with a coupling capacitor. The coupling inductor and capacitor form a series oscillatory circuit. An auto-tuning circuit of the RF signal frequency is connected to the output of the phase detector. Signals proportional to the current and voltage in the oscillatory circuit are applied to the inputs of the phase detector. This implementation of the control system is aimed at ensuring the efficient input of energy into the gas discharge chamber of the engine.
Ионный двигатель включает в свой состав разрядную камеру, заполняемую рабочим газом, например ксеноном, через патрубок подвода газа. Стенки камеры выполняются из диэлектрического материала. С внешней стороны разрядной камеры установлен индуктор, с помощью которого осуществляется ввод ВЧ энергии в разрядный объем. За счет ввода электромагнитной энергии в разрядный объем происходит возбуждение индукционного ВЧ разряда и ионизация рабочего газа. Индуктор может быть выполнен в виде однослойной, многослойной или бифилярной обмотки. Извлечение сфокусированного ионного потока из разрядной камеры и ускорение ионов осуществляется с помощью ионно-оптической системы, содержащей два перфорированных электрода, каждый из которых выполнен в виде металлической решетки.The ion engine includes a discharge chamber, filled with a working gas, for example xenon, through a gas supply pipe. The walls of the chamber are made of dielectric material. An inductor is installed on the outside of the discharge chamber, with the aid of which RF energy is introduced into the discharge volume. By introducing electromagnetic energy into the discharge volume, an induction RF discharge is excited and the working gas is ionized. The inductor can be made in the form of a single layer, multilayer or bifilar winding. The focused ion flux is extracted from the discharge chamber and the ions are accelerated using an ion-optical system containing two perforated electrodes, each of which is made in the form of a metal lattice.
Используемая система управления ионного двигателя позволяет снизить фазовое расхождение по току и напряжению ВЧ сигнала в резонансном контуре. Принцип регулирования основан на непрерывном сравнении по фазе выходного синусоидального тока и напряжения и уменьшении их фазового расхождения путем автоматической подстройки ВЧ генератора на частоту резонансного контура. При синфазности тока и напряжения в резонансном контуре обеспечивается высокая эффективность ввода энергии в газоразрядную камеру за счет чисто активного сопротивления нагрузки контура.The used control system of the ion motor makes it possible to reduce the phase difference in current and voltage of the RF signal in the resonant circuit. The regulation principle is based on continuous phase comparison of the output sinusoidal current and voltage and reduction of their phase difference by automatically adjusting the RF generator to the frequency of the resonant circuit. When the current and voltage are in phase with the resonant circuit, high efficiency of energy input into the gas discharge chamber is provided due to the purely active load resistance of the circuit.
Наиболее близким аналогом изобретения является система управления ионным двигателем, входящим в состав ДУ КА (Lebeda Anton, Lebeda Arnold. Radio Frequency Ion Thruster - Radio Frequency Generator, Power Supply, and High Voltage Converter. Электронный журнал «Труды МАИ». 2012. Выпуск №60. URL: http://www.mai.ru/science/trady/published.php?ID=35339). Известная система управления ЭРД с индукционным возбуждением электрического разряда в газоразрядной камере содержит устройство генерации ВЧ энергии, выходы которого соединены с устройством ввода энергии в газоразрядную камеру. В качестве устройства ввода энергии используется индуктор. Система содержит также следующие управляемые источники электропитания узлов и блоков ЭРД: источник электропитания нейтрализатора пространственного заряда ионного потока, источник электропитания ускоряющего электрода, отрицательный полюс которого подключен к ускоряющему электроду ионно-оптической системы двигателя, и источник электропитания эмиссионного электрода, положительный полюс которого подключен к эмиссионному электроду ионно-оптической системы. К источнику электропитания ВЧ генератора подключен блок управления током генерируемого ионного пучка, выполняющий функцию системы управления ДУ.The closest analogue of the invention is the ion engine control system, which is part of the spacecraft remote control (Lebeda Anton, Lebeda Arnold. Radio Frequency Ion Thruster - Radio Frequency Generator, Power Supply, and High Voltage Converter. Electronic journal MAI Transactions. 2012. Issue No. 60. URL: http://www.mai.ru/science/trady/published.php?ID=35339). The known control system for electric propulsion with induction excitation of an electric discharge in a gas discharge chamber comprises a device for generating RF energy, the outputs of which are connected to a device for introducing energy into the gas discharge chamber. An inductor is used as an energy input device. The system also contains the following controlled power sources of the electric propulsion units and blocks of the electric propulsion system: the power source of the space ion charge neutralizer, the power source of the accelerating electrode, the negative pole of which is connected to the accelerating electrode of the ion-optical system of the engine, and the power supply of the emission electrode, the positive pole of which is connected to the emission electrode of the ion-optical system. A power control unit of the generated ion beam current is connected to the RF generator power supply, which acts as a control system for the remote control.
Устройство генерации ВЧ энергии включает в свой состав ВЧ генератор с устройством автоподстройки частоты сигнала, управляемый источник электропитания ВЧ генератора и электрическую цепь связи с индуктором. Принцип работы системы управления основан на регулировании параметров источников электропитания, влияющих на генерацию ионного потока с заданной величиной силы тока, определяющей величину реактивной тяги двигателя. Требуемая эффективность ввода ВЧ энергии в газоразрядную камеру двигателя обеспечивается за счет автоподстройки частоты сигнала на резонансную частоту контура, включающего ВЧ генератор, индуктор и электрическую цепь, связывающую ВЧ генератор с индуктором. Автоподстройка частоты сигнала необходима из-за изменения полного сопротивления нагрузки, возникающего в результате изменения параметров генерируемой в газоразрядной камере плазмы. Генерируемая плазма является эквивалентным элементом резонансного контура и влияет на резонансную частоту контура вследствие электромагнитного взаимодействия плазмы с индуктором.The device for generating RF energy includes an RF generator with a device for automatically adjusting the frequency of the signal, a controlled power source of the RF generator and an electric circuit for communication with the inductor. The principle of operation of the control system is based on the regulation of the parameters of the power sources that affect the generation of the ion stream with a given value of the amperage, which determines the magnitude of the engine thrust. The required efficiency of introducing RF energy into the gas discharge chamber of the engine is ensured by automatically adjusting the signal frequency to the resonant frequency of the circuit, including the RF generator, inductor, and the electric circuit connecting the RF generator to the inductor. Self-tuning of the signal frequency is necessary due to a change in the load impedance resulting from a change in the parameters of the plasma generated in the gas discharge chamber. The generated plasma is an equivalent element of the resonant circuit and affects the resonant frequency of the circuit due to the electromagnetic interaction of the plasma with the inductor.
Использование в составе ВЧ генератора устройства автоподстройки частоты сигнала позволяет согласовать собственную частоту резонансного контура с частотой возбуждаемого ВЧ сигнала и обеспечить работу ВЧ генератора на полностью активную нагрузку, включающую активные сопротивления электрических цепей и индуктора, а также активное сопротивление, вносимое газоразрядной плазмой. Под действием вводимой электромагнитной энергии в разрядном объеме возбуждается и поддерживается индукционный ВЧ разряд. Образующиеся в плазме ВЧ разряда ионы извлекаются и ускоряются с помощью электродов ионно-оптической системы, создавая реактивную тягу.The use of a signal frequency automatic adjustment device as part of the RF generator allows one to coordinate the natural frequency of the resonant circuit with the frequency of the excited RF signal and ensure the operation of the RF generator for a fully active load, including the active resistances of the electric circuits and inductor, as well as the active resistance introduced by the gas-discharge plasma. Under the influence of the introduced electromagnetic energy in the discharge volume, an induction rf discharge is excited and maintained. The ions formed in the rf discharge plasma are extracted and accelerated using electrodes of the ion-optical system, creating reactive traction.
Используемый в составе системы управления ВЧ генератор с устройством автоподстройки частоты ВЧ сигнала имеет сложную многокаскадную структуру. При изменении режима работы двигателя известная система управления не обеспечивает одновременное регулирование мощности разряда и расход рабочего газа, подаваемого в газоразрядную камеру и нейтрализатор пространственного заряда ионного потока, в соответствии с расчетными регулировочными характеристиками. Взаимосвязанное регулирование параметров питания узлов и блоков ЭРД, наряду с автоподстройкой частоты ВЧ сигнала, необходимо для обеспечения широкого диапазона регулирования величины тяги двигателя при высокой эффективности использования рабочего тела, которая характеризуется величиной удельного импульса двигателя.The RF generator used in the control system with the RF frequency auto-adjusting device has a complex multi-stage structure. When changing the operating mode of the engine, the known control system does not provide simultaneous control of the discharge power and the flow rate of the working gas supplied to the gas discharge chamber and the space ion charge neutralizer in accordance with the calculated adjustment characteristics. The interconnected regulation of the power parameters of the units and electric propulsion units, along with the automatic adjustment of the frequency of the RF signal, is necessary to provide a wide range of regulation of the thrust of the engine with high efficiency of use of the working fluid, which is characterized by the specific impulse of the engine.
Объектом управления для известной системы является регулируемое по величине мощности устройство генерации ВЧ энергии с контуром автоподстройки частоты выходного ВЧ сигнала. Однако, вместе с рассогласованием по частоте резонансного контура, существуют и другие причины нарушения стабильности генерируемого ионного пучка и, соответственно, стабильности реактивной тяги. К числу таких причин относится возможное несоответствие вводимой в газоразрядную камеру ВЧ мощности и расхода рабочего газа, подаваемого в газоразрядную камеру и разрядную камеру нейтрализатора пространственного заряда ионного потока, расчетным значениям, которые определяется в рабочих точках регулировочной характеристики двигателя.The object of control for the known system is a device of generation of RF energy, adjustable in magnitude of power, with an automatic frequency control loop of the output RF signal. However, together with the frequency mismatch of the resonant circuit, there are other reasons for the violation of the stability of the generated ion beam and, accordingly, the stability of the jet propulsion. Among these reasons is the possible discrepancy between the RF power introduced into the gas discharge chamber and the working gas flow rate supplied to the gas discharge chamber and the discharge chamber of the ion flux space charge neutralizer, to the calculated values that are determined at the operating points of the control characteristic of the engine.
Кроме того, величина ионного тока может изменяться в процессе длительного функционирования ЭРД из-за эрозии электродов ионно-оптической системы, нестабильности характеристик систем электропитания и подачи рабочего газа, а также в результате действия внешних факторов, влияющих на концентрацию плазмы, являющейся активной нагрузкой резонансного контура. Известная система управления обеспечивает подстройку частоты сигнала под собственную частоту резонансного контура, но не позволяет согласованно регулировать параметры питания других узлов и блоков ЭРД в зависимости от режимов работы двигателя, включая нештатные ситуации. В частности, система управления не позволяет одновременно регулировать частоту и мощность сигнала в устройстве ввода энергии, а также расход газа, подаваемого в газоразрядную камеру и в камеру нейтрализатора. Согласованное регулирование перечисленных параметров необходимо как для выбора расчетной рабочей точки на регулировочной характеристике двигателя, так и для стабилизации тока ионного пучка и, соответственно, тяги двигателя (в соответствии с выбранной рабочей точкой регулировочной характеристики).In addition, the magnitude of the ion current can change during the long-term operation of the electric propulsion system due to erosion of the electrodes of the ion-optical system, instability of the characteristics of power supply and working gas supply systems, and also as a result of external factors affecting the plasma concentration, which is the active load of the resonant circuit . The known control system provides the adjustment of the signal frequency to the natural frequency of the resonant circuit, but does not allow you to consistently adjust the power parameters of other nodes and electric propulsion units depending on the operating conditions of the engine, including emergency situations. In particular, the control system does not simultaneously control the frequency and power of the signal in the energy input device, as well as the flow rate of gas supplied to the gas discharge chamber and to the neutralizer chamber. Coordinated regulation of the listed parameters is necessary both for the selection of the calculated operating point on the control characteristic of the engine, and for stabilizing the ion beam current and, accordingly, the engine thrust (in accordance with the selected working point of the control characteristic).
Изобретение направлено на исключение из системы управления ВЧ генератора со сложной многокаскадной схемой формирования ВЧ сигнала и обеспечение возможности согласованного одновременного регулирования частоты ВЧ сигнала, вводимой ВЧ мощности и расхода рабочего газа, подаваемого в газоразрядную камеру двигателя и разрядную камеру нейтрализатора пространственного заряда. Такое согласованное регулирование параметров необходимо для расширения диапазона регулирования тяги двигателя при выборе, согласно регулировочной характеристике двигателя, расчетных значений регулируемых параметров, при которых обеспечивается максимальная эффективность двигателя (максимальный удельный импульс) на рабочем режиме работы.The invention is aimed at eliminating the RF generator from the control system with a complex multi-stage RF signal generation circuit and providing the possibility of coordinated simultaneous regulation of the RF signal frequency, the introduced RF power and the flow rate of the working gas supplied to the gas discharge chamber of the engine and the discharge chamber of the space charge neutralizer. Such coordinated control of parameters is necessary to expand the range of regulation of engine thrust when choosing, according to the adjustment characteristic of the engine, the calculated values of the adjustable parameters at which the maximum engine efficiency (maximum specific impulse) is ensured in the operating mode of operation.
Решение перечисленных задач обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности ЭРД (увеличении удельного импульса ЭРД) при регулировании тяги, расширении диапазона регулирования тяги при обеспечении высокого уровня удельного импульса и повышении стабильности тяги двигателя за счет автоматического поддержания расчетных значений токов и напряжений в цепях питания узлов и блоков ЭРД в процессе его длительной эксплуатации.The solution of these problems ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the efficiency of the electric propulsion engine (increasing the specific impulse of the electric propulsion engine) while adjusting the thrust, expanding the range of thrust control while ensuring a high level of specific impulse and increasing the stability of the motor thrust by automatically maintaining the calculated values of currents and voltages in the power supply circuits nodes and blocks of electric propulsion during its long-term operation.
Достижение указанного технического результата обеспечивается с помощью системы управления ЭРД с индукционным возбуждением электрического разряда в газоразрядной камере. Система управления содержит устройство генерации ВЧ энергии, выходы которого соединены через линию связи с устройством ввода энергии в газоразрядную камеру двигателя. Устройство ввода энергии выполняется в виде индуктора. В состав системы управления входит также источник электропитания нейтрализатора пространственного заряда ионного потока, источник электропитания ускоряющего электрода, отрицательный полюс которого подключен к ускоряющему электроду ионно-оптической системы двигателя, источник электропитания эмиссионного электрода, положительный полюс которого подключен к эмиссионному электроду ионно-оптической системы двигателя.The achievement of the specified technical result is ensured by means of an electric propulsion control system with induction excitation of an electric discharge in a gas discharge chamber. The control system includes a device for generating RF energy, the outputs of which are connected via a communication line with a device for introducing energy into the gas discharge chamber of the engine. The energy input device is in the form of an inductor. The control system also includes the power supply of the ion-space spatial charge neutralizer, the power supply of the accelerating electrode, the negative pole of which is connected to the accelerating electrode of the ion-optical engine system, the power supply of the emission electrode, the positive pole of which is connected to the emission electrode of the ion-optical engine system.
Согласно изобретению система управления включает в свой состав фазовый детектор в виде отдельного блока, датчики тока и напряжения, по меньшей мере, один регулятор расхода газа и, по меньшей мере, один источник электропитания регулятора расхода газа. Устройство генерации ВЧ энергии содержит микроконтроллер (процессор с периферийными устройствами), усилитель мощности ВЧ сигнала и источник электропитания усилителя мощности ВЧ сигнала. Микроконтроллер, представляющий собой систему на кристалле SoC (System-on-a-Chip), содержит аналого-цифровой преобразователь входных управляющих сигналов, цифроаналоговый преобразователь выходных сигналов и тактовый генератор сигнала с перестраиваемой частотой.According to the invention, the control system includes a phase detector in the form of a separate unit, current and voltage sensors, at least one gas flow regulator and at least one power source for the gas flow regulator. The RF energy generating device comprises a microcontroller (a processor with peripheral devices), an RF signal power amplifier and an RF signal amplifier power supply. The microcontroller, which is a system on a SoC chip (System-on-a-Chip), contains an analog-to-digital converter of input control signals, a digital-to-analog converter of output signals and a clock signal generator with a tunable frequency.
Датчики тока и напряжения включены в электрическую линию связи с индуктором, выходы датчиков тока и напряжения подключены к входам фазового детектора и к сигнальным входам микроконтроллера. Выход фазового детектора соединен с сигнальным входом микроконтроллера. Управляющие выходы микроконтроллера соединены с входами источника электропитания усилителя мощности ВЧ сигнала, усилителя мощности ВЧ сигнала, источника электропитания ускоряющего электрода, источника электропитания эмиссионного электрода, источника электропитания нейтрализатора и источника электропитания регулятора расхода газа.The current and voltage sensors are included in the electric line of communication with the inductor, the outputs of the current and voltage sensors are connected to the inputs of the phase detector and to the signal inputs of the microcontroller. The output of the phase detector is connected to the signal input of the microcontroller. The control outputs of the microcontroller are connected to the inputs of the power source of the RF signal power amplifier, RF signal power amplifier, accelerating electrode power source, emission electrode power supply, converter power supply and gas flow controller power supply.
При описанном составе системы управления ЭРД и связях между микроконтроллером и источниками электропитания узлов и блоков ЭРД исключается необходимость использования ВЧ генератора со сложной многокаскадной схемой и обеспечивается возможность согласованного изменения токов и напряжений в цепях питания сразу нескольких узлов и блоков ЭРД в соответствии с заранее заданными расчетными характеристиками. На выходе из микроконтроллера формируются меандровые сигналы заданной частоты, которая устанавливается согласно выбранному режиму работы ЭРД. Далее сформированный сигнал усиливается до заданного уровня мощности (амплитуды) и поступает в контур питания индуктора в виде усиленного ВЧ сигнала. Усиление мощности (амплитуды) сигнала до заданного уровня производится с помощью усилителя мощности ВЧ сигнала, коэффициент усиления которого изменяется с помощью источника электропитания усилителя мощности, управляемого сигналами, поступающим с выхода микроконтроллера.With the described composition of the electric propulsion control system and the connections between the microcontroller and the power supply of the components and electric propulsion units, the need for using an RF generator with a complex multi-stage circuit is eliminated and the possibility of a coordinated change in currents and voltages in the power circuits of several electric components and electric propulsion units in accordance with predetermined design characteristics . At the output of the microcontroller, meander signals of a given frequency are formed, which is set according to the selected operating mode of the electric propulsion. Next, the generated signal is amplified to a given power level (amplitude) and enters the power circuit of the inductor in the form of an amplified RF signal. The power (amplitude) of the signal is amplified to a predetermined level using the power amplifier of the RF signal, the gain of which is changed using the power source of the power amplifier, controlled by the signals from the output of the microcontroller.
Фазовая автоподстройка частоты ВЧ сигнала производится с помощью контура автоматического регулирования, включающего датчики тока и напряжения, фазовый детектор и процессор микроконтроллера, осуществляющий программно-регулируемое управление частотой встроенного тактового генератора для настройки контура индуктора в резонанс.The phase-locked loop of the RF signal frequency is performed using an automatic control loop, including current and voltage sensors, a phase detector and a microcontroller processor, which performs program-controlled frequency control of the built-in clock generator to adjust the inductor circuit to resonance.
Управляющие выходы микроконтроллера подключены к управляемым источникам электропитания узлов и блоков ЭРД. Согласно изобретению выходы микроконтроллера подключены к источникам электропитания нейтрализатора пространственного заряда, регулятора расхода газа и электродов ионно-оптической системы. На сигнальные входы микроконтроллера поступает информация о текущих значениях тока и напряжении с датчиков тока и напряжения, включенных в электрическую линию связи с индуктором, и о фазовом рассогласовании тока и напряжения - с выхода фазового детектора.The control outputs of the microcontroller are connected to controlled power sources of the units and electric propulsion units. According to the invention, the outputs of the microcontroller are connected to power sources of the space charge converter, gas flow regulator and electrodes of the ion-optical system. The signal inputs of the microcontroller receive information about the current values of current and voltage from the current and voltage sensors included in the electric communication line with the inductor, and about the phase mismatch of current and voltage from the output of the phase detector.
Использование общего для всех узлов и блоков ЭРД управляющего процессора в составе микроконтроллера обеспечивает эффективный ввод ВЧ энергии в газоразрядную камеру двигателя и регулирование параметров электропитания регулятора расхода газа, нейтрализатора пространственного заряда и электродов ионно-оптической системы. Микроконтроллер осуществляет одновременное и взаимосвязанное регулирование параметров, влияющих на происходящие в газоразрядной камере процессы ионизации рабочего вещества (газа), извлечения и ускорения ионов рабочего вещества и нейтрализации пространственного заряда генерируемого ионного потока. Согласованное программное регулирование электрических параметров источников электропитания обеспечивает эффективное управление ЭРД как в штатных режимах работы (во всем диапазоне расчетных значений параметров), так и при нештатных ситуациях.The use of a control processor common to all ERD components and assemblies as part of the microcontroller ensures efficient input of RF energy into the gas discharge chamber of the engine and regulation of the power supply parameters of the gas flow regulator, space charge neutralizer and electrodes of the ion-optical system. The microcontroller performs simultaneous and interconnected regulation of the parameters that affect the processes of ionization of the working substance (gas) in the gas discharge chamber, extraction and acceleration of the working substance ions, and neutralization of the space charge of the generated ion flow. The coordinated software regulation of the electrical parameters of the power sources provides efficient control of the electric propulsion engine both in the normal operating modes (in the entire range of the calculated values of the parameters) and in emergency situations.
Для управления током ионного пучка и оперативного аварийного отключения источников электропитания электродов ионно-оптической системы при нештатных ситуациях, например при электрическом пробое межэлектродного зазора, система управления может включать в свой состав дополнительный датчик тока. Сигнальный выход датчика тока подключается к соответствующему входу микроконтроллера. В этом случае положительный полюс источника электропитания ускоряющего электрода и отрицательный полюс источника электропитания эмиссионного электрода соединяются с общим выводом системы электропитания через дополнительный датчик тока. По величине регистрируемого датчиком тока определяется ток ионного пучка. Если величина тока отличается от заданного значения, то по сигналам микроконтроллера синхронно изменяются мощность ВЧ сигнала, поступающего на индуктор, и расход рабочего газа, подаваемого в газоразрядную камеру и в нейтрализатор. В случае превышения порогового (предельного) значения тока рабочая ситуация рассматривается как межэлектродный пробой ионно-оптической системы и производится аварийное включение источников электропитания, подключенных к электродам.To control the ion beam current and prompt emergency shutdown of the power sources of the electrodes of the ion-optical system in case of emergency, for example, during electrical breakdown of the electrode gap, the control system may include an additional current sensor. The signal output of the current sensor is connected to the corresponding input of the microcontroller. In this case, the positive pole of the power source of the accelerating electrode and the negative pole of the power source of the emission electrode are connected to the common terminal of the power supply system via an additional current sensor. The current detected by the sensor determines the ion beam current. If the current value differs from the set value, then according to the signals of the microcontroller, the power of the RF signal supplied to the inductor and the flow rate of the working gas supplied to the gas discharge chamber and to the converter are synchronously changed. If the threshold (limit) current value is exceeded, the working situation is considered as an interelectrode breakdown of the ion-optical system and emergency power-up of the power sources connected to the electrodes is performed.
Возможен вариант выполнения системы управления ЭРД с двумя дополнительными датчиками. В данном варианте выполнения системы управления положительный полюс источника электропитания ускоряющего электрода соединяется с общим выводом системы электропитания через первый дополнительный датчик тока, а отрицательный полюс источника электропитания эмиссионного электрода соединяется с общим выводом системы электропитания через второй дополнительный датчик тока. Выходы датчиков тока раздельно подключаются к сигнальным входам микроконтроллера. При использовании двух датчиков появляется возможность раздельной регистрации текущих значений токов в цепях эмиссионного и ускоряющего электродов. С помощью датчика тока, включенного в цепь ускоряющего электрода, регистрируется ток перехвата, по величине которого микроконтроллер регулирует напряжение, подаваемое на ускоряющий электрод. Такая возможность регулирования позволяет минимизировать величину тока перехвата в цепи ускоряющего электрода.An embodiment of a propulsion control system with two additional sensors is possible. In this embodiment of the control system, the positive pole of the power source of the accelerating electrode is connected to the common terminal of the power system through the first additional current sensor, and the negative pole of the power source of the emission electrode is connected to the common terminal of the power system through the second additional current sensor. The outputs of the current sensors are separately connected to the signal inputs of the microcontroller. When using two sensors, it becomes possible to separately record the current values of currents in the emission and accelerating electrode circuits. Using the current sensor included in the accelerating electrode circuit, the intercept current is recorded, the magnitude of which the microcontroller regulates the voltage supplied to the accelerating electrode. Such a possibility of regulation allows to minimize the magnitude of the interception current in the accelerating electrode circuit.
При использовании термоэмиссионного катода в составе нейтрализатора пространственного заряда ионного потока система управления содержит источник электропитания термоэмиссионного катода. В данном варианте реализации изобретения вход управления источника электропитания термоэмиссионного катода подключается к соответствующему выходу микроконтроллера.When using a thermionic cathode as part of an ion flux space charge neutralizer, the control system contains a power source for the thermionic cathode. In this embodiment, the control input of the power source of the thermionic cathode is connected to the corresponding output of the microcontroller.
Регулятор расхода газа предпочтительно выполняется в виде термодросселя, который подключается к источнику электропитания регулятора расхода газа. Выходной проточный канал термодросселя параллельно соединяется с газоразрядной камерой двигателя и нейтрализатором пространственного заряда ионного потока. За счет подбора диаметров трубопроводов и жиклеров обеспечивается предварительно устанавливаемое расчетное соотношение расходов газа через газоразрядную камеру и нейтрализатор пространственного заряда.The gas flow regulator is preferably made in the form of a thermal reactor, which is connected to the power supply of the gas flow regulator. The output flow channel of the thermo-throttle is connected in parallel with the gas discharge chamber of the engine and the space ion charge neutralizer. By selecting the diameters of the pipelines and nozzles, a pre-set calculated ratio of gas flow through the gas discharge chamber and the space charge converter is provided.
Для независимого регулирования расхода газа, подаваемого в газоразрядную камеру и в нейтрализатор пространственного заряда ионного потока, целесообразно включать в состав системы управления два регулятора расхода газа. Каждый регулятор выполняется в виде термодросселя с источником электропитания регулятора расхода. Первый термодроссель, выходной канал которого соединен с газоразрядной камерой двигателя, подключается к первому источнику электропитания регулятора расхода. Второй термодроссель, выходной канал которого соединен с нейтрализатором пространственного заряда ионного потока, подключается ко второму источнику электропитания регулятора расхода.For independent control of the flow rate of gas supplied to the gas discharge chamber and to the ionization space charge neutralizer, it is advisable to include two gas flow controllers in the control system. Each regulator is in the form of a thermal reactor with a power source for the flow regulator. The first thermal reactor, the output channel of which is connected to the gas discharge chamber of the engine, is connected to the first power source of the flow controller. The second thermal inductor, the output channel of which is connected to the ionization space charge neutralizer, is connected to the second power source of the flow regulator.
При работе ЭРД в составе двигательной установки микроконтроллер подключается через внешний интерфейс к системе управления двигательной установки или непосредственно к бортовому комплексу управления КА.During the operation of the electric propulsion system as part of the propulsion system, the microcontroller is connected via an external interface to the propulsion system control system or directly to the onboard spacecraft control system.
Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров выполнения системы управления ЭРД, работающего в составе двигательной установки КА.Further, the invention is illustrated by a description of specific examples of the execution of the propulsion control system of an electric propulsion system operating as part of a propulsion system of a spacecraft.
На поясняющих чертежах изображено следующее:The explanatory drawings show the following:
на фиг. 1 - структурная схема системы управления ЭРД при использовании одного регулятора расхода газа и одного дополнительного датчика тока;in FIG. 1 is a structural diagram of a propulsion control system using one gas flow controller and one additional current sensor;
на фиг. 2 - структурная схема системы управления ЭРД при использовании двух регуляторов расхода газа и двух дополнительных датчиков тока.in FIG. 2 is a block diagram of an electric propulsion control system using two gas flow controllers and two additional current sensors.
Система управления ЭРД, структурная схема которой изображена на фиг. 1 чертежей, включает в свой состав устройство ввода энергии (УВЭ) 1. УВЭ 1 выполнено в виде индуктора, имеющего спиралеобразную форму. Индуктор установлен с внешней стороны газоразрядной камеры (ГРК) 2, стенки которой выполнены из проницаемого для электромагнитного поля диэлектрического материала. Витки индуктора охватывают ГРК 2 и образуют спиральную намотку вокруг боковой поверхности камеры. Спиральная намотка повторяет пространственный объем ГРК 2 и может иметь различные формы: цилиндрическую, коническую, полусферическую либо комбинированную, включающую различные сопряженные поверхности.The electric propulsion control system, the block diagram of which is shown in FIG. 1 of the drawings, includes an energy input device (UVE) 1.
УВЭ 1 подключено к усилителю мощности ВЧ сигнала (УМ) 3 через линию связи, в которую включен датчик тока 4 и датчик напряжения 5. УМ 3 выполнен по полумостовой схеме инвертора тока (см., например, Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. Ч. 2, стр. 76, рис. 2.2.13а). Управление выходными транзисторами осуществляется через скоростной драйвер, например, МАХ5064 ВАТС (125V/2A, High-Speed, Half-Bridge MOSFET Drivers, Maxim Integrated Products, 2007). В качестве выходных транзисторов для ЭРД мощностью ~500 Вт применяются транзисторы типа IRFS3806 (IRFB3806PbF IRFS3806PbF IRFSL3806PbF HEXFET® Power MOSFET, International Rectifier, 2008).
УМ 3 подключен к источнику электропитания усилителя мощности ВЧ сигнала (ИУМ) 6, который подключен к бортовой системе электропитания. ИУМ 6 выполняется в виде схемы понижающего преобразователя напряжения. Для диапазона мощностей до 500 Вт применяются драйвер и транзисторы, аналогичные используемым в схеме УМ 3.
Система управления содержит в качестве отдельного блока фазовый детектор (ФД) 7, с помощью которого определяется разность фаз сигналов тока и напряжения в резонансном контуре УВЭ 1. К входам ФД 7 подключены выходы датчика тока 4 и датчика напряжения 5.The control system contains as a separate unit a phase detector (PD) 7, with which the phase difference of the current and voltage signals in the resonant circuit of the
Управляющим элементом устройства генерации ВЧ энергии, включающего УМ 3 и ИУМ 6, и всей системы управления ЭРД в целом является микроконтроллер (МК) 8. В качестве МК 8 используется микросхема типа C8051F568 (C8051F55x/56x/57x. Mixed Signal ISP Flash MCU Family. Silicon Laboratories. 2010. Rev. 1.0 3/10). В состав МК 8, как и любого микроконтроллера, входит процессор с периферийными устройствами. МК 8 содержит аналого-цифровой преобразователь входных управляющих сигналов, цифроаналоговый преобразователь выходных сигналов и встроенный тактовый RC-генератор, позволяющий программно изменять частоту сигнала. Микросхема выполнена с логическими входами и выходами общего назначения. К сигнальным входам МК 8. которые являются входами входящего в состав МК 8 аналого-цифрового преобразователя входных сигналов, подключены выходы ФД 7, датчика тока 4 и датчика напряжения 5. МК 8 подключен через внешний интерфейс к бортовому комплексу управления (БКУ) 9.The control element of the RF energy generation device, including the
Система управления содержит регулятор расхода газа (РРГ) 10, обеспечивающий одновременную подачу рабочего газа с заданным расходом в ГРК 2 и в камеру нейтрализатора пространственного заряда ионного потока (НПЗ) 11. В качестве рабочего газа в рассматриваемом примере используется ксенон. РРГ 10 выполнен в виде управляемого термодросселя, подключенного к источнику электропитания регулятора расхода газа (ИПР) 12. ИПР 12 подключается к бортовой системе электропитания.The control system contains a gas flow regulator (RRG) 10, which provides a simultaneous supply of working gas with a given flow rate to the
НПЗ 11 включает в свой состав термоэмиссионный катод (на чертеже не показан). Электропитание НПЗ 11 и термоэмиссионного катода осуществляется с помощью двух источников: источника электропитания нейтрализатора пространственного заряда ионного потока (ИПН) 13 и источника электропитания термоэмиссионного катода (ИПК) 14. ИПР 13 и ИПК 14 подключаются к бортовой системе электропитания.
ИПН 13 выполнен в виде источника тока по схеме повышающего преобразователя постоянного напряжения на MOSFET-транзисторах типа IRF4127S (см., например, Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. Ч. 2, стр. 21, рис. 1.2.1). ИПК 14 выполнен в виде источника тока по схеме понижающего преобразователя напряжения на MOSFET-транзисторах типа IRFS3806 (см., например, Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. Ч. 2, стр. 12, рис. 1.1.4а). Управление транзисторами в схемах источников ИПН 13 и ИПК 14 осуществляется собственными регуляторами типа TL494ID (TL494 Pulse-Width-Modulation Circuit, Texas Instruments, 2005) через драйверы типа IR2184S (IR2184/IR21844 HIGH AND LOW SIDE DRIVER, International Rectifier, 2000).
Система управления ЭРД включат в свой состав управляемые источники электропитания электродов ионно-оптической системы двигателя (ИОС) 15. Эмиссионный электрод (ЭЭ) 16 подключен к положительному полюсу источника электропитания эмиссионного электрода (ИПЭ) 17. Ускоряющий электрод (УЭ) 18 подключен к отрицательному полюсу источника электропитания ускоряющего электрода (ИПУ) 19. В варианте выполнения системы управления, изображенном на фиг. 1 чертежей, положительный полюс ИПУ 19 и отрицательный полюс ИПЭ 17 соединены с общим выводом системы электропитания через дополнительный датчик тока 20. Сигнальный выход датчика тока 20 подключен к соответствующему сигнальному входу МК 8. Источники ИПЭ 17 и ИПУ 19 подключаются к бортовой системе электропитания.The ERD control system will include controllable power sources of electrodes of the ion-optical engine system (IOS) 15. The emission electrode (EE) 16 is connected to the positive pole of the power source of the emission electrode (IPE) 17. The accelerating electrode (RE) 18 is connected to the negative pole an accelerating electrode (IPA)
ИПУ 19 выполнен в виде источника напряжения с номинальной величиной напряжения ~300 В. ИПУ 19 имеет схему обратноходового преобразователя с трансформаторной развязкой на MOSFET-транзисторах типа IRF4127S (см., например, Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учебник. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. Ч. 2, стр. 31, рис. 1.2.13).
ИПЭ 17 является основным потребителем мощности в системе электропитания ЭРД. Данный источник электропитания выполнен в виде источника напряжения по схеме с квазирезонансной нагрузкой (LLC converter) на MOSFET-транзисторах типа IRFS3806. Для управления транзисторами используется специальный контроллер типа UCC25600. Номинальная величина напряжения ИПЭ 17 составляет ~2000 В.
Управление перечисленными выше источниками электропитания осуществляется сигналами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ сигналами). Для этого управляющие выходы МК 8 подключены к входам управления блоков: УМ 3, ИУМ 6, ИПР 12, ИПН 13, ИПК 14, ИПЭ 17 и ИПУ 19.The power sources listed above are controlled by pulse width modulated (PWM) signals. For this, the control outputs of
Вариант выполнения системы управления ЭРД, структурная схема которой изображена на фиг. 2 чертежей, отличается от варианта выполнения системы управления, структурная схема которой изображена на фиг. 1 чертежей, наличием двух регуляторов расхода газа, выполненных в виде термодросселей. Данное выполнение обеспечивает эффективное использование рабочего газа для нейтрализации пространственного заряда ионного потока за счет точной регулировки расхода рабочего газа в процессе длительной эксплуатации ЭРД.An embodiment of the propulsion control system, the structural diagram of which is shown in FIG. 2 of the drawings, differs from the embodiment of the control system, the structural diagram of which is shown in FIG. 1 drawings, the presence of two gas flow regulators, made in the form of thermal reactors. This embodiment ensures the effective use of the working gas to neutralize the space charge of the ion stream due to the precise adjustment of the working gas flow during the long-term operation of the electric propulsion.
Первый регулятор расхода газа (РРГ1) 21, выходной газовый канал которого соединен с ГРК 2, подключен к первому источнику электропитания регулятора расхода газа (ИПР1) 22. Второй регулятор расхода газа (РРГ2) 23, выходной канал которого соединен с камерой НПЗ 11, подключен ко второму источнику электропитания регулятора расхода газа (ИПР2) 24. Оба источника ИПР1 22 и ИПР2 24 подключаются к бортовой системе электропитания.The first gas flow regulator (RRG1) 21, the output gas channel of which is connected to
Кроме того, в данном варианте выполнения системы управления реализовано раздельное подключение источников электропитания электродов ИПЭ 17 и ИПУ 19 к общему выводу системы электропитания двигателя через отдельные датчики тока. Положительный полюс ИПУ 19 соединен с общим выводом системы электропитания двигателя через первый дополнительный датчик тока 25. Отрицательный полюс ИПЭ 17 соединен с общим выводом системы электропитания двигателя через второй дополнительный датчик тока 26. С помощью датчиков тока 25 и 26 обеспечивается контроль текущих значений тока в цепях питания, подключенных к электродам ИОС 15.In addition, in this embodiment of the control system, a separate connection of the power sources of the
Работа системы управления ЭРД, схема которой изображена на фиг. 1 чертежей, осуществляется следующим образом.The operation of the propulsion control system, the circuit of which is shown in FIG. 1 drawings, as follows.
С помощью системы управления производится воздействие на исполнительные органы, которыми являются узлы и блоки ЭРД и их источники электропитания, в процессе штатной работы ЭРД и при возникновении аварийных ситуаций. По команде, поступающей из БКУ 9, происходит включение двигателя по определенной циклограмме. Выбор циклограммы запуска двигателя зависит от процесса инициации ВЧ разряда в ГРК 2. На практике применяются два варианта запуска двигателя. Первый вариант осуществляется в процессе поступления рабочего газа в ГРК 2. При малых давлениях рабочего газа инициация ВЧ разряда происходит при минимальных рабочих параметрах, характерных для левой части кривой Пашена. Второй вариант запуска двигателя осуществляется с использованием электронов, генерируемых в НПЗ 11, которые предварительно направляются в ГРК 2 с помощью ИОС 15.Using the control system, an impact is made on the executive bodies, which are the units and blocks of the electric propulsion and their power sources, in the normal operation of the electric propulsion and in emergency situations. On command from
При выборе первого варианта запуска двигателя одновременно включается питание УВЭ 1, НПЗ 11 и ИОС 15. Рабочий газ одновременно подается в ГРК 2 и НПЗ 11. При первичном включении ЭРД предусматривается предварительный вывод НПЗ 11 на расчетный режим работы. Для этого выполняется серия циклических включений НПЗ 11 с термоэмиссионным катодом с помощью ИПН 13 и ИПК 14, управляемых сигналами МК 8. Длительность данного процесса составляет десятки минут.When you select the first option to start the engine, the power of
Инициация ВЧ разряда происходит при наличии достаточного количества свободных электронов в разрядном объеме ГРК 2. Вероятность запуска двигателя в этом случае зависит от вводимой в разрядный объем ВЧ мощности. Если в процессе нарастания давления рабочего газа в ГРК 2 соотношение рабочих параметров выходит за пределы минимума кривой Пашена (по правой ветви кривой Пашена) свободных электронов будет недостаточно для инициации ВЧ разряда. Кроме того, рассматриваемый вариант циклограммы не обеспечивает быстрый повторный запуск при отключении двигателя. Для повторного запуска двигателя в этом случае требуется снижение давления рабочего газа в ГРК 2.An RF discharge is initiated when there is a sufficient amount of free electrons in the discharge volume of the
При использовании второго варианта запуска двигателя инициация разряда происходит с помощью электронов, генерируемых в камере НПЗ 11. Для этого НПЗ 11 включается за 5÷10 минут до инициации ВЧ разряда, прогревается и выводится на рабочий режим работы. Предварительная подача рабочего газа в ГРК 2 и НПЗ 11 производится через управляемые электромагнитные клапаны (на чертежах не показаны). После заполнения газовых магистралей МК 8 формирует сигналы заданной частоты, которые передаются в УМ 3, и включается ИУМ 6. После завершения переходных процессов в контуре УВЭ 1 включается ИПЭ 17 и на ЭЭ 16 подается положительное напряжение. Вследствие созданной разности потенциалов электроны из НПЗ 11 направляются в ГРК 2. При этом поток электронов попадает не только в ГРК 2, но и на поверхность ЭЭ 16, разогревая электрод и создавая ток в цепи питания. Для защиты ЭЭ 16 от потока электронов через ~100 мс на УЭ 18 подается отрицательное напряжение Величина отрицательного напряжения, подаваемого на УЭ 18, составляет ~10% от величины положительного напряжения, подаваемого на ЭЭ 16. В результате действия приложенной разности потенциалов ограничивается дальнейшее поступление электронов в ГРК 2 и на ЭЭ 16. Выбранный интервал времени (~100 мс) между подачей положительного и запирающего отрицательного напряжения на электроды ИОС 15 обеспечивает устойчивое развитие ВЧ разряда в разрядном объеме ГРК 2.When using the second option to start the engine, the discharge is initiated using the electrons generated in the chamber of the
Инициация и поддержание индукционного разряда в ГРК 2 производится путем ввода ВЧ энергии с помощью УВЭ 1, выполненного в виде индуктора. ВЧ энергия передается в разрядный объем через проницаемые для электромагнитного поля диэлектрические стенки ГРК 2. Мощность ВЧ разряда в рассматриваемом примере реализации изобретения составляет ~500 Вт. В результате инициации ВЧ индукционного разряда в ГРК 2 образуется газоразрядная плазма с расчетной концентрацией ионов, которая достаточна для создания реактивной тяги заданной величины. При работе ЭРД с индукционным возбуждением электрического разряда одновременно осуществляются процессы ионизации рабочего газа в ГРК 2, извлечения и ускорения ионов рабочего газа с помощью электродов ИОС 15 и нейтрализации пространственного заряда ионного потока с помощью НПЗ 11.The initiation and maintenance of the induction discharge in the
Извлечение и ускорение ионов происходит за счет разности потенциалов между газоразрядной плазмой, находящейся в ГРК 2, и электродами ИОС 15. На ЭЭ 16 подается напряжение +2000 В от ИПЭ 17. На УЭ 18 подается напряжение -300 В от ИПУ 19. Под действием приложенной разности потенциалов формируется направленный поток ионов рабочего газа.The extraction and acceleration of ions occurs due to the potential difference between the gas-discharge plasma located in the
Управление работой ИПУ 19 осуществляется ШИМ сигналом, поступающим с выхода МК 8. Стабилизация выходного напряжения ИПЭ 17 обеспечивается за счет изменения частоты преобразования относительно резонансной частоты нагрузки. Нагрузкой моста в ИПЭ 17 является последовательная цепь, включающая индуктивность, конденсатор и первичную обмотку повышающего трансформатора. К вторичной обмотке повышающего трансформатора подключен выпрямитель. Данная схема обеспечивает облегченные условия переключения и, как следствие, малые динамические потери транзисторов и диодов выпрямителя. Включение и выключение ИПЭ 17 осуществляется по управляющим сигналам, поступающим с выхода МК 8.The operation of
Свободное истечение направленного ионного потока в окружающее пространство производится за счет нейтрализации пространственного заряда ионов потоком электронов, генерируемым НПЗ 11. Для инициации разряда НПЗ 11 включает в свой состав термоэмиссионный катод. При зажигании электрического разряда в разрядной камере НПЗ 11 предварительно производится включение термоэмиссионного катода. Термоэлектронная эмиссия происходит при нагреве катода с помощью источника тока ИПК 14. Электропитание остальных элементов НПЗ 11 производится от источника тока ИПН 13. ИПК 14 включается по управляющему сигналу МК 8 на короткий промежуток времени. После зажигания газового разряда ИПК 14 выключается по управляющему сигналу МК 8.The free flow of the directed ion flow into the surrounding space is achieved by neutralizing the ion space charge by the electron stream generated by the
На выходе из камеры НПЗ 11 формируется направленный поток электронов, инжектируемый в ионный поток за электродами ИОС 15. Концентрация электронов поддерживается достаточной для компенсации пространственного заряда ионов. Требуемая концентрация электронов обеспечивается за счет подачи в НПЗ 11 расчетного количества рабочего газа через газовую магистраль, соединенную с выходом РРГ 10. Расход рабочего газа через данную магистраль выбран в рассматриваемом примере реализации изобретения равным ~10% от расхода газа через параллельно подключенную магистраль питания ГРК 2.At the exit from the chamber of the
Перед включением источников электропитания ГРК 2 и камера НПЗ 11 предварительно заполняются рабочим газом (ксеноном). Подача газа в ГРК 2 и НПЗ 11 производится через регулятор РРГ 10, выполненный в виде управляемого термодросселя. Из выходного канала термодросселя рабочий газ подается по параллельным магистралям в ГРК 2 и НПЗ 11. Соотношение расходов газа между ГРК 2 и НПЗ 11 в рассматриваемом варианте системы управления (см. фиг. 1 чертежей) устанавливается заранее и не регулируется в процессе работы ЭРД.Before turning on the power sources, the
Управление режимами работы источников электропитания (ИУМ 6, ИПР 12, ИПН 13, ИПК 14, ИПЭ 17 и ИПУ 19) и органами управления УМ 3 происходит по управляющим ШИМ сигналам, поступающим с выходов МК 8. Информация о текущих значениях тока и напряжения в цепях питания УВЭ 1 и электродов ИОС 15 поступает на сигнальные входы МК 8 с датчиков тока 4 и 20, датчика напряжения 5 и ФД 7. Обмен информацией между МК 8 и БКУ 9 производится через внешний интерфейс, через который в БКУ 9 передается телеметрическая информация о работе ЭРД. Управляющие команды на включение и выключение ЭРД поступают из БКУ 9 в МК 8 также через внешний интерфейс.The operation modes of power supplies (
ВЧ сигнал первоначально формируется в виде меандрового сигнала, генерируемого в МК 8. Далее сформированный сигнал усиливается в УМ 3 до расчетного уровня мощности (амплитуды) и передается через линию связи в УВЭ 1. С помощью УВЭ 1 осуществляется ввод электромагнитной энергии в разрядный объем ГРК 2, заполненный рабочим газом. Регулировка мощности ВЧ сигнала в УМ 3 производится путем изменения напряжения питания с помощью источника ИУМ 6, который управляется ШИМ сигналами, формируемыми в МК 8.The HF signal is initially generated as a meander signal generated in
В процессе работы ЭРД происходит изменение электрических характеристик газоразрядной плазмы в ГРК 2, например, из-за колебаний расхода рабочего газа, подаваемого в ГРК 2 и НПЗ 1, изменения характеристик источников электропитания и/или изменения внешних условий. Вследствие влияния внутренних и внешних факторов изменяется концентрация заряженных частиц в газоразрядной плазме и, следовательно, изменяется импеданс нагрузки в контуре УВЭ 1. Из-за этого нарушается условие резонанса контура электропитания, что связано с разностью фаз между сигналами тока и напряжения в контуре УВЭ 1. Подстройка частоты ВЧ сигнала при изменении характеристик нагрузки, представляющей собой газоразрядную плазму, производится автоматически с помощью встроенного в МК 8 тактового генератора. Данный генератор позволяет программно перестраивать (изменять) частоту генерируемого сигнала.During the operation of the electric propulsion, a change occurs in the electrical characteristics of the gas discharge plasma in the
Информация о рассогласовании фаз тока и напряжения в цепи электропитания УВЭ 1 поступает с датчика тока 4, датчика напряжения 5 и ФД 7. С помощью ФД 7, входы которого подключены к датчикам 4 и 5, определяется текущая разность фаз сигналов тока и напряжения в резонансном контуре. Оцифрованные параметры обрабатываются в МК 8. В соответствии с заданной программой для выбранного режима работы ЭРД в МК 8 происходит изменение частоты тактового RC-генератора, формирующего меандровые сигналы. Генерируемые сигналы усиливаются до заданного уровня мощности в УМ 3 и передаются через линию связи в УВЭ 1. В результате автоматической подстройки частоты ВЧ сигнала контур УВЭ 1 настраивается в резонанс, что обеспечивает эффективную передачу энергии из УВЭ 1 в разрядный объем ГРК 2.Information about the mismatch of the current and voltage phases in the power supply circuit of the
Одновременно с автоподстройкой частоты ВЧ сигнала МК 8 обеспечивает взаимосвязанное управление узлами и блоками ЭРД в соответствии с программой, учитывающей взаимную связь параметров процессов ионизации рабочего газа, ускорения ионов и нейтрализации пространственного заряда ионного потока. Заданные значения тяги двигателя и стабилизация тока ионного пучка, определяющего величину тяги, обеспечиваются за счет одновременной автоматической подстройки мощности ВЧ сигнала и расхода рабочего газа, подаваемого в ГРК 2 и НПЗ 11.At the same time as the self-tuning of the frequency of the RF signal, the
Мощность ВЧ сигнала и расход газа регулируются с помощью блоков питания ИУМ 6 и ИПР 12, в которых управляющие сигналы, поступающие с выходов МК 8, преобразуются в значения тока и напряжения в контурах УВЭ 1 и РРГ 10. Критерием регулирования в штатном режиме работы ЭРД является поддержание расчетного значения тока ионного пучка. Данное значение (рабочая точка) характеризуется оптимальным соотношением расхода рабочего газа и мощности ВЧ сигнала. Значения данных рабочих параметров рассчитываются с помощью процессора, входящего в состав МК 8. В соответствии с алгоритмом расчета значения рабочих параметров выбираются в зависимости от текущего значения тока ионного пучка на основании регулировочных характеристик конкретного ЭРД (см., например, Важенин Н.А., Обухов В.А., Плохих А.П., Попов Г.А. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов и их влияние на радиосистемы космической связи. М. ФИЗМАТЛИТ, 2013, стр. 89, рис. 2.28).The RF signal power and gas flow rate are regulated using the
Таким образом, с помощью МК 8 одновременно осуществляется автоподстройка частоты ВЧ сигнала и автоматическое программно-расчетное регулирование мощности ВЧ сигнала и расхода рабочего газа, подаваемого в ГРК 2 и НПЗ 11. Согласованное регулирование в каждый текущий момент времени сразу нескольких рабочих параметров позволяет регулировать величину тяги в широком диапазоне значений. При этом в процессе регулирования тяги поддерживаются расчетные значения рабочих параметров в соответствии с регулировочной характеристикой ЭРД.Thus, with the help of
Регулирование тяги обеспечивается за счет управления токами и напряжениями в цепях питания узлов и блоков ЭРД на основании предварительно полученных расчетных данных (регулировочных характеристик ЭРД), которые хранятся в элементах памяти (постоянном запоминающем устройстве) микросхемы МК 8 и используются для формирования управляющих сигналов. Кроме того, с помощью микроконтроллера обеспечивается стабилизация величины тяги двигателя за счет поддержания заданного значения тока ионного пучка при рабочих параметрах, соответствующих выбранной рабочей точке регулировочной характеристики ЭРД.Traction control is provided by controlling the currents and voltages in the power circuits of the units and electric propulsion units on the basis of previously obtained calculated data (adjusting characteristics of the electric propulsion), which are stored in the memory elements (read-only memory) of the
В процессе работы ЭРД с помощью системы управления осуществляется защита источников электропитания ИПЭ 17 и ИПУ 19 от короткого замыкания, которое может возникнуть при пробое межэлектродного промежутка электродов ИОС 15. Для этого используются контуры защиты и стабилизации с дополнительным датчиком тока 20, через который положительный полюс ИПУ 19 и отрицательный полюс ИПЭ 17 соединены с общим выводом системы электропитания ЭРД. Текущее значение тока в контурах защиты и стабилизации фиксируется датчиком тока 20. Информация о величине тока передается в МК 8, в котором происходит программная обработка полученных данных и формирование управляющего сигнала на временное отключение ИПЭ 17 и ИПУ 19 от электродов ИОС 15.During the operation of the electric propulsion system, the control system protects the power sources of
По информации, поступающей с датчика тока 20, МК 8 оценивает временные интервалы снижения величины тока в электрической цепи. В случае снижения величины тока ниже порогового значения и/или его отсутствии в течение заданного (предельного) интервала времени производится перезапуск системы и повторное выполнение циклограммы включения ЭРД. При работе ЭРД на малых расходах рабочего газа в случае снижения тока ионного пучка ниже порогового значения для сохранения работоспособности двигателя происходит снижение напряжения питания ЭЭ 16 по управляющему сигналу МК 8. Данная операция выполняется с целью предотвращения возможных электрических пробоев, возникающих при относительно низком давления рабочего газа в магистралях между изолированными проводящими элементами системы подачи рабочего газа.According to the information received from the
По величине тока, регистрируемой датчиком 20, определяется текущее значение тока ионного пучка. Если измеренное значение тока отличается от расчетного значения, МК 8 передает управляющий сигнал в УМ 3 для изменения мощности сигнала в контуре УВЭ 1. За счет увеличения или уменьшения вводимой в ГРК 2 ВЧ мощности соответствующим образом изменяется концентрация заряженных частиц в разрядном объеме, что, в свою очередь, влияет на изменение тока ионного пучка и тягу двигателя. Одновременно с изменением ВЧ мощности МК 8 обеспечивает программно-расчетное регулирование расхода рабочего газа, подаваемого в ГРК 2 и НПЗ 11 для достижения требуемых значений, соответствующих выбранной рабочей точке регулировочной характеристики. Взаимосвязанное изменение ВЧ мощности и расхода рабочего газа позволяет расширить диапазон регулирования тяги двигателя при высокой эффективности использования рабочего газа.The current value of the ion beam current is determined from the current detected by the
При нештатном выключении ЭРД, сопровождающемся прекращением генерации направленного ионного потока, система управления производит перезапуск двигателя в автоматическом режиме с учетом значений токов и напряжений перед выключением двигателя. В случае возникновения межэлектродных пробоев в цепи датчика 20 возникают пульсации тока. Регистрируемая датчиком 20 информация передается в МК 8, в котором происходит программная обработка данных и формируются, в случае необходимости, управляющие сигналы на отключение источников электропитания ИПЭ 17 и ИПУ 19. При этом все остальные узлы и блоки ЭРД, включая ИУМ 6 и УМ 3, остаются в рабочем состоянии. После этого двигатель переходит в предстартовое состояние.In case of emergency shutdown of the electric propulsion engine, accompanied by the cessation of the generation of the directed ion flow, the control system restarts the engine in automatic mode, taking into account the values of currents and voltages before turning off the engine. In the event of inter-electrode breakdowns in the
При повторном запуске двигателя подается положительное напряжение на ЭЭ 16, и электроны из НПЗ 11 под действием приложенной разности потенциалов направляются в ГРК 2, в которой происходит инициация ВЧ разряда. Через интервал времени длительностью не более 100 мс подается отрицательное напряжение на УЭ 18. После этого заканчивается процедура запуска и двигатель переходит в рабочий режим. В случае если разряд в ГРК 2 не погас на момент повторного запуска, то напряжение на электроды ИОС 15 подается одновременно.When the engine is restarted, a positive voltage is applied to the
Важным параметром, определяющим циклограмму запуска двигателя, является состояние рабочего вещества в ГРК 2: «разряд горит» либо «разряд не горит». Состояние рабочего вещества определяется по величинам напряжения и тока, которые регистрируются датчиками 4 и 5 в контуре УВЭ 1. Информация с датчиков 4 и 5 передается в МК 8 для последующей обработки.An important parameter that determines the engine start sequence diagram is the state of the working substance in the gas distribution system 2: “discharge is on” or “discharge is not on”. The state of the working substance is determined by the values of voltage and current, which are recorded by
При отсутствии разряда в ГРК 2 («холостой» режим) в контуре УВЭ 1 устанавливаются номинальные значения тока и напряжения. После инициации ВЧ разряда («разряд горит») в контуре УВЭ 1 появляется дополнительная активная нагрузка. В результате ток увеличивается, а напряжение падает. Изменение тока и напряжения в контуре УВЭ 1 регистрируется датчиками 4 и 5. На основании информации, полученной с выходов датчиков 4 и 5, МК 8 определяет текущее состояние процесса в ГРК 2 как «разряд горит». При погасании разряда в ГРК 2 по аналогичным критериям МК 8 определяет текущее состояние как «разряд не горит».In the absence of a discharge in the GRK 2 (“idle” mode) in the circuit of the
На основании информации о процессах в ГРК 2 с помощью МК 8 выбирается оптимальная циклограмма запуска двигателя после его отключения. Например, может быть осуществлена многократная процедура кратковременного отключения отрицательного напряжения, подаваемого на УЭ 18, для ввода дополнительных потоков электронов из НПЗ 11 в ГРК 2. В случае отключения питания электродов ИОС 15 при возникновении пробоев между ЭЭ 16 и УЭ 18 и определении состояния процессов в ГРК 2 как «разряд горит» МК 8 формирует управляющий сигнал для повторной одновременной подачи напряжения на электроды от источников питания ИПЭ 17 и ИПУ 19.Based on the information about the processes in
Работа второго варианта выполнения системы управления (см. фиг. 2 чертежей) осуществляется аналогичным образом. Отличия работы рассматриваемого варианта системы управления связаны с использованием двух регуляторов расхода РРГ1 21 и РРГ2 23 с источниками питания ИПР1 22 и ИПР2 24 и двух независимых контуров с дополнительными датчиками тока 25 и 26.The second embodiment of the control system (see. Fig. 2 drawings) is carried out in a similar way. The differences in the operation of the considered variant of the control system are associated with the use of two flow regulators RRG1 21 and RRG2 23 with power sources IPR1 22 and IPR2 24 and two independent circuits with additional current sensors 25 and 26.
При использовании двух регуляторов расхода газа МК 8 формирует управляющие сигналы, обеспечивающие раздельное регулирование расхода рабочего газа, поступающего в ГРК 2 и в камеру НПЗ 11. Вследствие независимого регулирования расхода газа в двух параллельных магистралях производится точная подстройка расхода газа, определяющего расчетную величину концентрации электронов, компенсирующих пространственный заряд ионного потока. Необходимость в раздельном регулировании расхода рабочего газа, поступающего в ГРК 2 и НПЗ 11, возникает в случае отклонения предварительно рассчитанного соотношения от текущего оптимального соотношения расходов газа через ГРК 2 и НПЗ 11. Такая ситуация возникает при глубоком регулировании тяги, когда рабочие параметры изменяются в пределах всей регулировочной характеристики двигателя.When using two gas flow controllers,
При отклонении соотношения расходов газа от оптимального значения концентрация электронов оказывается недостаточной либо она превышает расчетное значение, соответствующее условию полной компенсации (нейтрализации) пространственного заряда ионного потока. Вследствие отклонения соотношения расходов от оптимального значения в цепях электродов ЭЭ 16 и УЭ 18 возникают колебания тока, регистрируемые датчиками тока 25 и 26. С помощью датчиков 25 и 26 осуществляется раздельное измерение токов в цепях питания электродов ИОС 15. Измеренные текущие значения токов передаются в МК 8. Поступающая информация программно обрабатывается и формируются управляющие сигналы, направляемые в источники электропитания ИПР1 22 и ИПР2 24.If the ratio of gas flow rates deviates from the optimal value, the electron concentration is insufficient or it exceeds the calculated value corresponding to the condition of complete compensation (neutralization) of the space charge of the ion flux. Due to the deviation of the flow ratio from the optimal value in the circuits of the
За счет изменения режимов электропитания термодросселей изменяется соотношение расходов газа через ГРК 2 и НПЗ 11 до достижения расчетного значения, оптимального для текущего режима работы ЭРД. Применение параллельно включенных регуляторов РРГ1 21 и РРГ2 23, которые независимо управляются сигналами МК 8, позволяет повысить точность стабилизации ионного тока и эффективность использования рабочего газа. В результате дополнительно увеличивается диапазон регулирования тяги при требуемом уровне эффективности использования рабочего газа и повышается стабильность тяги двигателя.Due to the change in the power supply regimes of thermo-throttles, the ratio of gas flow rates through the
При использовании двух дополнительных датчиков тока 25 и 26, независимо подключенных в цепи питания электродов ИОС 15, появляется возможность минимизировать ток перехвата, протекающий через цепь питания УЭ 18. С помощью датчика тока 25, включенного в контур между положительным полюсом ИПУ 19 и общим выводом системы электропитания ЭРД, регистрируются текущие значения тока в цепи питания УЭ 18. МК 8 программно обрабатывает информацию о величине тока и вычисляет текущее значение производной тока по времени в контуре питания. На основании расчетных данных в МК 8 формируется сигнал, управляющий работой ИПУ 19. Программно-расчетное изменение напряжения в цепи питания УЭ 18 приводит к снижению тока перехвата, протекающего через электрод. Регулирование осуществляется таким образом, чтобы производная тока по времени в контуре стремилась к нулю. В результате такого регулирования снижаются непроизводительные потери энергии и рабочего газа, что обеспечивает дополнительное увеличение эффективности двигателя.When using two additional current sensors 25 and 26, independently connected in the power supply circuit of the
Применение двух дополнительных датчиков тока позволяет контролировать ток в цепи питания ЭЭ 16. Уменьшение тока в этой цепи характеризует ситуацию, при которой часть электронов, генерируемых в НПЗ 11, преодолевает потенциальный барьер, создаваемый потенциалом УЭ 18, и попадает в межэлектродное пространство ИОС 15. В результате рекомбинации образуются нейтральные атомы рабочего газа. В этом случае по управляющему сигналу МК 8, который передается в ИПУ 19, прекращается снижение напряжения на УЭ 18.The use of two additional current sensors allows you to control the current in the power supply circuit of
Представленные примеры осуществления изобретения подтверждают возможность повышения эффективности ЭРД (увеличения удельного импульса двигателя) при регулировании тяги, расширения диапазона регулирования тяги и повышения стабильности тяги двигателя за счет автоматического поддержания расчетных значений токов и напряжений в цепях питания узлов и блоков ЭРД. Кроме того, использование в составе системы управления микроконтроллера с тактовым генератором сигнала изменяемой частоты, усилителя мощности ВЧ сигнала и фазового детектора (в виде отдельного блока) с соответствующими связями с объектами управления позволяет расширить функциональные возможности системы управления за счет взаимосвязанного регулирования параметров электропитания различных узлов и блоков ЭРД.The presented examples of the invention confirm the possibility of increasing the efficiency of the electric propulsion system (increasing the specific impulse of the engine) when regulating the thrust, expanding the range of regulation of the thrust and increasing the stability of the thrust of the engine by automatically maintaining the calculated values of currents and voltages in the power circuits of the units and blocks of the electric propulsion. In addition, the use of a control system of a microcontroller with a variable frequency clock generator, an RF signal power amplifier and a phase detector (in the form of a separate unit) with appropriate connections with control objects allows expanding the functionality of the control system due to the interconnected control of power parameters of various nodes and ERD blocks.
Вышеописанные примеры осуществления изобретения основываются на применении в составе системы управления конкретных элементов, микросхем, источников электропитания, датчиков и средств регулирования параметров системы электропитания и системы подачи рабочего газа. Однако представленное описание примеров реализации системы управления ЭРД не исключает возможности достижения технического результата и в других частных случаях реализации изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы.The above-described embodiments of the invention are based on the use of specific elements, microcircuits, power supplies, sensors and means for controlling the parameters of the power supply system and the working gas supply system as part of the control system. However, the presented description of examples of the implementation of the ERD control system does not exclude the possibility of achieving a technical result in other special cases of the invention as described in the independent claim.
В зависимости от конкретных задач, решаемых с помощью ЭРД и ДУ в целом, выбираются соответствующие элементы, узлы и блоки системы управления ЭРД. При использовании нескольких двигателей в составе ДУ либо при наземной экспериментальной или стендовой отработке ЭРД МК 8 подключается через внешний интерфейс к системе управления ДУ. Система управления может быть реализована без дополнительных датчиков тока, включенных в контуры электропитания электродов ИОС 15. В этом случае для регистрации тока генерируемого пучка ионов могут применяться иные известные средства диагностики пучков заряженных частиц.Depending on the specific tasks solved with the help of electric propulsion and remote control as a whole, the corresponding elements, units and blocks of the electric propulsion control system are selected. When using several engines as part of the remote control or with ground experimental or bench testing, the
Для нейтрализации пространственного заряда ионного потока, наряду с термоэмиссионным катодом, могут применяться нейтрализаторы пространственного заряда с различными типами средств инициации газового разряда. В качестве исполнительного органа регулятора расхода может использоваться, например, управляемый электропневмоклапан с регулируемым элементом сопротивления газовому потоку. Конкретная конструкция регулятора расхода газа выбирается в зависимости от величины номинального расхода газа и требуемого диапазона регулирования.To neutralize the space charge of the ion flux, along with the thermionic cathode, space charge neutralizers with various types of means for initiating a gas discharge can be used. As an executive body of the flow regulator, for example, a controlled electro-pneumatic valve with an adjustable element of resistance to gas flow can be used. The specific design of the gas flow regulator is selected depending on the value of the nominal gas flow and the required control range.
Система управления может применяться с использованием вспомогательного емкостного разряда для генерации плазмы в газоразрядной камере ЭРД. В этом случае в состав системы управления должен быть включен дополнительный управляемый источник электропитания, который подключается к одному или нескольким электродам, размещаемым в объеме газоразрядной камеры.The control system can be used using an auxiliary capacitive discharge to generate plasma in the gas-discharge chamber of the electric propulsion. In this case, the control system must include an additional controlled power source, which is connected to one or more electrodes placed in the volume of the gas discharge chamber.
Система управления ЭРД с индукционным возбуждением электрического разряда в газоразрядной камере может применяться в составе ДУ на борту КА различного назначения, в том числе на телекоммуникационных КА, работающих на геостационарной орбите Земли. ДУ с одним или несколькими управляемыми ЭРД может выполнять ряд функций, требующих создания стабильной реактивной тяги в течение длительного срока эксплуатации КА при различных циклограммах включения ЭРД. К таким функциям ДУ, в частности, относятся: ориентация и стабилизация КА при кратковременных цикличных включениях ЭРД, коррекция рабочей орбиты и довыведение КА на заданную орбиту при непрерывном включении ЭРД в течение нескольких месяцев. Наиболее эффективно применение системы управления для реализации с помощью ЭРД задач, связанных с довыведением КА, коррекцией рабочих орбит КА и работой в составе маршевой ДУ КА при осуществлении режимов с переменной тягой и удельным импульсом. Данные режимы работы ДУ позволяют существенно сократить время перелета КА и запас рабочего тела.An electric propulsion control system with induction excitation of an electric discharge in a gas discharge chamber can be used as a part of a remote control system on board various spacecraft, including telecommunication spacecraft operating in the geostationary orbit of the Earth. A remote control with one or more controlled electric propulsion engines can perform a number of functions that require the creation of stable reactive thrust over the long term of spacecraft operation with various cyclograms for switching on an electric propulsion engine. Such functions of the remote control, in particular, include: orientation and stabilization of the spacecraft with short-term cyclic inclusions of the electric propulsion, correction of the working orbit and bringing the spacecraft to the specified orbit with the continuous inclusion of the electric propulsion for several months. The most effective application of the control system is to realize, with the help of the electric propulsion system, tasks related to spacecraft completion, correction of the spacecraft’s working orbits and operation as part of the spacecraft’s marching remote control during variable thrust and specific impulse modes. These remote control operating modes can significantly reduce the spacecraft flight time and the supply of the working fluid.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014146238/06A RU2564154C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Control system of electrical rocket engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014146238/06A RU2564154C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Control system of electrical rocket engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2564154C1 true RU2564154C1 (en) | 2015-09-27 |
Family
ID=54250974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014146238/06A RU2564154C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Control system of electrical rocket engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564154C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695541C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-07-24 | Акционерное общество "Концерн "Созвзедие" | Device for inputting energy into gas-discharge plasma |
| RU2704523C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for creation of adjustable thrust force in electric ion engine |
| RU2729778C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-08-12 | Общество с ограниченной ответственностью "АВАНТ - СПЭЙС СИСТЕМС" | Control method of output power in resonance high-frequency generators of plasma sources |
| RU2819732C1 (en) * | 2020-07-10 | 2024-05-23 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Satellite including power cross control units for low-thrust electric jet engines |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4766724A (en) * | 1987-06-10 | 1988-08-30 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Arcjet power supply and start circuit |
| RU2009374C1 (en) * | 1991-11-21 | 1994-03-15 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Stationary plasma engine |
| EP0909894A1 (en) * | 1997-10-15 | 1999-04-21 | Space Systems/Loral, Inc. | Drive circuit and method for driving a thrust engine of a spacecraft |
| RU2265135C2 (en) * | 2003-04-14 | 2005-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" | Device for starting and feeding electric arc-jet plasma engine |
-
2014
- 2014-11-18 RU RU2014146238/06A patent/RU2564154C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4766724A (en) * | 1987-06-10 | 1988-08-30 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Arcjet power supply and start circuit |
| RU2009374C1 (en) * | 1991-11-21 | 1994-03-15 | Опытное конструкторское бюро "Факел" | Stationary plasma engine |
| EP0909894A1 (en) * | 1997-10-15 | 1999-04-21 | Space Systems/Loral, Inc. | Drive circuit and method for driving a thrust engine of a spacecraft |
| RU2265135C2 (en) * | 2003-04-14 | 2005-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр "Полюс" | Device for starting and feeding electric arc-jet plasma engine |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Lebeda Anton, Lebeda Arnold. Radio Frequency Ion Thruster - Radio Frequency Generator, Power Supply, and High Voltage Converter. Электронный журнал "Труды МАИ". 2012. Выпуск N60. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2695541C1 (en) * | 2018-07-02 | 2019-07-24 | Акционерное общество "Концерн "Созвзедие" | Device for inputting energy into gas-discharge plasma |
| WO2020009611A1 (en) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Device for inputting energy into a gas-discharge plasma |
| RU2704523C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Device for creation of adjustable thrust force in electric ion engine |
| RU2729778C1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-08-12 | Общество с ограниченной ответственностью "АВАНТ - СПЭЙС СИСТЕМС" | Control method of output power in resonance high-frequency generators of plasma sources |
| RU2819732C1 (en) * | 2020-07-10 | 2024-05-23 | Аэроджет Рокетдайн, Инк. | Satellite including power cross control units for low-thrust electric jet engines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11011940B2 (en) | Piecewise RF power systems and methods for supplying pre-distorted RF bias voltage signals to an electrode in a processing chamber | |
| KR102165744B1 (en) | Edge ramping | |
| JP5478633B2 (en) | Ion drive for spacecraft | |
| RU2564154C1 (en) | Control system of electrical rocket engine | |
| US7361287B2 (en) | Method for etching structures in an etching body by means of a plasma | |
| JP5208194B2 (en) | Power feeding device and high-frequency ignition device | |
| US9347438B2 (en) | Hall-effect thruster | |
| US8294370B2 (en) | High frequency generator for ion and electron sources | |
| US7306745B1 (en) | Method and apparatus for stabilizing a plasma | |
| US6154383A (en) | Power supply circuit for an ion engine sequentially operated power inverters | |
| US6031334A (en) | Method and apparatus for selectively distributing power in a thruster system | |
| US20240014006A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| US20050276000A1 (en) | Solid state turbine engine ignition exciter having elevated temperature operational capabiltiy | |
| Antropov et al. | Experimental research of radio-frequency ion thruster | |
| JP2023519960A (en) | Method and system for controlling radio frequency pulse initiation power spikes for plasma sheath stabilization | |
| KR20070045552A (en) | Power supply for plasma generator | |
| CN113727554A (en) | Power supply assembly, plasma immersion ion implantation apparatus and method of use thereof | |
| US10462889B2 (en) | Electrical pulse generator | |
| US11328900B2 (en) | Plasma ignition circuit | |
| US11972924B2 (en) | Pulsed voltage source for plasma processing applications | |
| Savvas et al. | Discrete cathode power supplies for low power Hall effect thrusters | |
| RU2775741C1 (en) | Ignition and electronic discharge circuit for electric propulsion plant containing unheated dispenser cathode | |
| Canacsinh et al. | Increasing the voltage droop compensation range in generalized bipolar solid-state Marx modulador | |
| KR101686627B1 (en) | Plasma etching apparatus including a direct-current blocking circuit | |
| RU2273913C1 (en) | Device for controlling electron-beam gun power |