一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法及系统技术方案

本发明专利技术为一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法及系统。电推力器工作需要为其提供一定流量的供气条件，流量量级为mg/s，属于微流量级别。在轨电推力器流量的确定是评估贮供子系统的供气性能以及推力器的比冲指标的重要依据。本发明专利技术根据地面流量标定和地面流量扩展标定试验数据，进行数据拟合出流量与压力、温度的关系，结合在轨空间环境下电推进温度、压力遥测数据，从而有效地对在轨空间环境下电推进微流量进行确定。本发明专利技术创新点在于：(1)有效解决整星真空环境下以及在轨的微流量确定，具有较强的工程应用价值；(2)合理利用了地面测试数据，保障了工程评估的有效性；(3)充分利用了现有星上遥测参数，简单有效实现了微流量确定。

A method and system for determining on orbit electric propulsion flow rate based on ground flow test data

The present invention is a method and system for determining on orbit electric propulsion flow rate based on ground flow test data. The electric thruster work needs to provide a certain flow of gas supply conditions, the flow rate is mg/s, which belongs to the micro flow level. The determination of on orbit electric thruster flow is an important basis for evaluating the gas supply performance of the storage subsystem and the specific impulse index of the thruster. According to the calibration test data of ground flow calibration and ground flow expansion, the relationship between flow and pressure and temperature is fitted by data, and the telemetry data of the electric propulsion temperature and pressure in the orbit space environment are combined, thus the micro flow of electric propulsion in the orbit space environment is effectively determined. The innovation points of the invention are: (1) effectively solving the micro flow determination in the whole star vacuum environment and on orbit, with strong engineering application value; (2) using the ground test data reasonably, ensuring the effectiveness of the engineering evaluation; (3) making full use of the existing satellite telemetry parameters and simply and effectively realizing the determination of the micro flow.

【技术实现步骤摘要】
一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法及系统
本专利技术涉及一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法及系统，属于气体流量测试

技术介绍
随着航天技术的发展，航天器的构型日益复杂，电推进技术应用需求将会越来越多。电推进是一种新型航天动力系统，具有高比冲的突出优势，是现阶段国际上先进航天器的标志性技术之一。在国内，开发中的东方红三号B(DFH-3B)、东方红四号增强型(DFH-4E)、东方红五号(DFH-5)等公用平台，以及我军研究中的抗强干扰通信卫星、第二代电子侦察卫星等重要装备型号均需要使用电推进才能实现承载需求。电推进应用是一把双刃剑，优势显著，但技术复杂、应用风险高。“Galaxy4R卫星、PAS6B卫星、Galaxy8i卫星、Galaxy10R卫星先后由于离子电推进失效导致整星失效”。(1)在轨流量确定通常只能通过气体状态方程的计算氙气瓶内的氙气变化量，再除以总的工作时间而得到。由于电推进单次工作氙气消耗量小，通过气体状态方程计算适用氙气多次大量消耗的情况，无法确定单次小量氙气量变化；(2)尽管流量控制方法通常基于对压力和温度的控制，但地面流量标定中无法全覆盖所有实际在轨压力、温度，同时在轨也无法确保压力、温度正好控制在试验的压力、温度点上，因此无法直接由地面测试数据获得在轨流量数据；(3)通过增加星上设备诸如流量计等获得流量数据的方法，会造成星上重量、供电、遥测等负担，影响整星的设计。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服电推进分系统在整星状态下的流量评估难题，，提供一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，利用现有整星遥测参数，有效的对整星真空环境或在轨空间环境下电推进微流量进行确定，(1)有效解决整星真空环境下以及在轨的微流量确定方法，具有较强的工程应用价值；(2)合理利用了地面测试数据，保障了工程评估的有效性；(3)充分利用了现有星上遥测参数，有效实现了微流量确定。本专利技术解决的技术方案为：一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，步骤如下：(1)通过地面流量标定系统的测试，得到地面流量标定系统的输出流量对应的气体压力P1、温度T1；(2)根据步骤(1)的测试结果，统计并拟合出地面流量标定系统的气体压力P1、温度T1和流量的函数关系；(3)对整星在轨空间环境下，根据星上供气系统的遥测参数，包括压力P2和温度T2，通过步骤(2)拟合出的压力P1、温度T1和流量的函数关系，确定星上供气系统的实际输出流量方法流程示意可参见图1。地面流量标定系统，包括：第一氙气瓶、减压装置、第一压力传感器、第一流量控制模块、流量计、真空装置；地面流量标定系统组成示意参加图2用地面流量标定系统模拟给星上电推力器供气的电推进贮供子系统，第一氙气瓶通过减压装置输出设定压力的氙气，流经流量计后，输送至第一流量控制模块，压力传感器能够显示进入第一流量控制模块的气体压力P；第一流量控制模块通过控制自身温度T改变流通通道大小从而控制输出的氙气流量最终输出至真空装置；温度T由第一流量控制模块自带的温度传感器测量；真空装置中的气体被不断抽出，一直保持一定的真空度；从而获得一组气体压力P、温度T和流量的对应关系。星上电推进贮供子系统，包括：第二氙气瓶、压力调节模块、第二流量控制模块；压力调节模块内设有第二压力传感器；其组成示意如图3所示。通常由于为了保证地面和在轨的数据一致性，第一流量控制模块和第二流量控制模块为同一产品，完成地面试验后再装星使用。压力调节模块能够调节第二氙气瓶输出的氙气压力(调至低压)，通过星上遥测可以获得压力调节模块调节自带的第二压力传感器输出的压力值P2；该压力值大小的氙气输送至第二流量控制模块，第二流量控制模块参考地面流量标定系统中标定结果，通过温度控制以实现第二流量控制模块输出的气体流量，得到温度T2与压力P2的遥测数值；根据温度T2与压力P2的遥测数值，利用地面流量标定系统得到的气体压力P、温度T和流量的函数关系，计算确定星上的第二流量控制模块输出的气体流量。步骤(1)通过地面流量标定系统的测试，得到地面流量标定系统的输出流量对应的气体压力P1、温度T1，具体步骤如下：(1.1)用第一氙气瓶模拟给电推力器供气的电推进贮供子系统，第一氙气瓶通过减压装置输出设定压力的氙气输送至第一流量控制模块，第一压力传感器能够显示进入第一流量控制模块的气体压力P；(1.2)减压后的氙气，经过流量计后进入第一流量控制模块通过控制自身温度T从而控制输出的氙气流量步骤(2)根据步骤(1)的测试结果，统计并拟合出地面流量标定系统的气体压力P、温度T和流量的函数关系，步骤如下：(2.1)由流量计输出至真空装置，真空装置中的气体被抽出，从而获得一组气体压力P、温度T和流量的对应关系；(2.2)扩展流量标定试验，即将压力P固定，以固定间隔ΔT调整温度T，得到多组气体压力P、温度T和流量的对应关系；(2.3)以固定间隔ΔP调整压力P后，重复进行步骤(2.2)，得到一个气体压力P、温度T和流量的对应关系矩阵；(2.4)用matlab将步骤(2.3)的流量作为压力P、温度T的函数进行拟合，得到气体压力P、温度T和流量的函数关系；拟合出流量与压力P、温度T曲面关系的如图4所示。步骤(3)对整星在轨空间环境下，根据星上供气系统的遥测参数，包括压力P2和温度T2，结合步骤(2)拟合出的压力P1、温度T1和流量的函数关系，确定星上供气系统的实际输出流量(3.1)第二氙气瓶充压压力0.5～15MPa，压力调节模块调节第二氙气瓶输出的氙气压力至与P1值接近的低压，通过遥测获得压力调节模块调节第二氙气瓶输出的压力值P2，送至第二流量控制模块；(3.2)第二流量控制模块根据步骤(2)地面流量标定所获得的温度T1，通过控制第二流量控制模块温度T2，使其接近温度T1，以实现控制第二流量控制模块输出的气体流量；而电推进点火期间，星上实际遥测得到压力P2和温度T2，其遥测参数曲线如图5、图6所示，压力P2和温度T2均随时间变化的，实际流量确定过程，可将点火期间内的压力P2和温度T2求平均再进行流量确定作为优选方案。(3.3)根据压力P2和温度T2的遥测数值，利用地面流量标定系统得到的气体压力P、温度T和流量的函数关系，得到星上的第二流量控制模块输出的气体流量一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量的系统，包括：输出确定模块、统计和拟合模块、实际输出流量确定模块；输出确定模块，通过地面流量标定系统的测试，确定地面流量标定系统的输出流量对应的气体压力P1、温度T1；统计和拟合模块，根据步骤(1)的测试结果，统计并拟合出地面流量标定系统的气体压力P1、温度T1和流量的函数关系；实际输出流量确定模块，对整星在轨空间环境下，根据星上供气系统的遥测参数，包括压力P2和温度T2，通过步骤(2)拟合出的压力P1、温度T1和流量的函数关系，确定星上电推进贮供子系统的实际输出流量地面流量标定系统，包括：第一氙气瓶、减压装置、第一压力传感器、第一流量控制模块、流量计、真空装置；用地面流量标定系统模拟给星上电推力器供气的电推进贮供子系统，第一氙气瓶通过减压装置输出设定压力的氙气，流经流量计后，输送至第一流量控制模块，压力传感器能够显示第一氙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于步骤如下：(1)通过地面流量标定系统的测试，得到地面流量标定系统的输出流量

【技术特征摘要】
1.一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于步骤如下：(1)通过地面流量标定系统的测试，得到地面流量标定系统的输出流量对应的气体压力P1、温度T1；(2)根据步骤(1)的测试结果，统计并拟合出地面流量标定系统的气体压力P1、温度T1和流量的函数关系；(3)对整星在轨空间环境下，根据星上供气系统的遥测参数，包括压力P2和温度T2，通过步骤(2)拟合出的压力P1、温度T1和流量的函数关系，确定星上电推进贮供子系统的实际输出流量2.根据权利要求1所述的一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于：地面流量标定系统，包括：第一氙气瓶、减压装置、第一压力传感器、第一流量控制模块、流量计、真空装置；用地面流量标定系统模拟给星上电推力器供气的电推进贮供子系统，第一氙气瓶通过减压装置输出设定压力的氙气，流经流量计后，输送至第一流量控制模块，压力传感器能够显示第一氙气瓶输出的气体压力P；第一流量控制模块通过控制自身温度T改变流通通道大小从而控制输出的氙气流量最终输出至真空装置；温度T由第一流量控制模块自带的温度传感器测量；真空装置中的气体被不断抽出，一直保持一定的真空度；从而获得一组气体压力P、温度T和流量的对应关系。3.根据权利要求1所述的一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于：星上电推进贮供子系统，包括：第二氙气瓶、压力调节模块、第二流量控制模块；压力调节模块内设有第二压力传感器；压力调节模块能够调节第二氙气瓶输出的氙气压力(调至低压)，通过星上遥测可以获得压力调节模块调节自带的第二压力传感器输出的压力值P2；该压力值大小的氙气输送至第二流量控制模块，第二流量控制模块参考地面流量标定系统中标定结果，通过温度控制以实现第二流量控制模块输出的气体流量，得到温度T2与压力P2的遥测数值；根据温度T2与压力P2的遥测数值，利用地面流量标定系统得到的气体压力P、温度T和流量的函数关系，计算确定星上的第二流量控制模块输出的气体流量。4.根据权利要求1所述的一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于：步骤(1)通过地面流量标定系统的测试，得到地面流量标定系统的输出流量对应的气体压力P1、温度T1，具体步骤如下：(1.1)用第一氙气瓶模拟给电推力器供气的电推进贮供子系统，第一氙气瓶通过减压装置输出设定压力的氙气输送至第一流量控制模块，第一压力传感器能够显示进入第一流量控制模块的气体压力P；(1.2)减压后的氙气，经过流量计后进入第一流量控制模块通过控制自身的温度T从而控制输出的氙气流量5.根据权利要求1所述的一种基于地面流量测试数据确定在轨电推进流量方法，其特征在于：步骤(2)根据步骤(1)的测试结果，统计并拟合出地面流量标定系统的气体压力P、温度T和流量的函数关系，步骤如下：(2.1)由流量计输出至真空装置，真空装置中的气体被抽出，从而获得一组气体压力P、温度T和流量的对应关系；(2.2)扩展流量标定试验，即将压力P固定，以固定间隔ΔT调整温度T，得到多组气体压力P、温度T和流量的对应关系；(2.3)以固定间隔ΔP调整压力P后，重复进行步骤(2.2)，得到一个气体压力P、温度T和流量的对应关系矩阵；(2.4)用matlab将步骤(2.3)的流量作为压力P、温度T的函数进行拟合，得到气体压力P、温度T和流量的函数关系；拟合出流量与压力P、温度T曲面关系。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鑫，王敏，王珏，温正，仲小清，彭维峰，李烽，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11