带有稳态等离子体推进器的电力推进系统技术方案

电力推进系统包括具有单个第一阴极(140A)、第一阳极(125A)和第一气体歧管的第一稳态等离子体推进器(111A)以及具有单个第二阴极(140B)、第二阳极(125B)和第二气体歧管(121B，141B)的第二稳态等离子体推进器(111B)。所述系统还包括第一和第二阴极(140A，140B)公共的电连接装置、带有用于供给气体的公共流体流动装置的第一和第二气体流速控制装置(180A，180B)以及用于在任何给定时刻仅激活与第一和第二阳极(125A，125B)的一个或另一个共同协作的第一和第二阴极(140A，140B)中的一个的选择性控制装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有稳态等离子体推进器的电力推进系统
本专利技术涉及一种带有稳态等离子体推进器(也称为霍尔效应推进器)的电力推进系统。
技术介绍
电力推进系统通常用于配合卫星，尤其是对地静止卫星，且电力推进系统尤其用于控制轨道。电子推进器还可以用于执行轨道转移操控(maneuver)。由于可靠性问题，电力推进系统具有冗余设备。然而，稳态等离子体推进器的高成本阻碍其作为用于卫星的设备的发展。因此，有必要简化这种电力推进系统的构造(architecture)，并减轻其质量，同时保持令人满意的水平的冗余度和可靠性，并同时保持与将要配合这种推进系统的卫星的现有接口的兼容性。图10示出霍尔效应推进器11的基本结构，该霍尔效应推进器11大致包括电离和放电通道24，该电离和放电通道24与阳极25及布置在电离和放电通道24的出口附近的阴极40相关联。电离和放电通道24具有由诸如陶瓷之类的绝缘材料制成的壁22。磁路34和电磁线圈31包围电离和放电通道24。来自连接到储气罐(未示出)的管道10的诸如氙气等的惰性气体经由管道21借助于与阳极25结合的气体歧管27注入到放电通道24的后部，并经由管道41进入阴极40。该惰性气体在电离和放电通道24中通过与阴极40发射的电子碰撞而电离。产生的离子通过阳极25与阴极40之间产生的轴向电场而加速并喷射。磁路34和电磁线圈31在通道24内建立磁场，该磁场大致为径向。图10是示例性闭合电子漂移型霍尔效应推进器的示意性轴向剖视图。在图10中，可以看到由诸如介电陶瓷等的绝缘材料制成的部分22限定的环形通道24、具有外部环形部分34和内部环形部分35的磁路、布置在推进器上游的磁轭、以及将环形部分34、35和磁轭连接在一起的中央芯(centralcore)。外部线圈31和内部线圈33用于在环形通道24中产生磁场。空心阴极40耦接到氙气供给装置，以在通道24的下游出口的前方形成等离子体云。阳极25布置在环形通道24中并与用于分配可电离气体(氙气)的环形歧管27相关联。推进器组件可以通过壳体来保护。阴极40可以具有加热器元件42、发射元件43和启动器元件44。气体供给管10、21和41都配合有电绝缘体元件12、13。各个电缆51、52将阴极40的元件、阳极25以及线圈31、33连接到电源和控制电路(图10中未示出)。尤其在下列文献中描述了霍尔效应推进器的示例：FR2693770A1；FR2743191A1；FR2782884A1；和FR2788084A1。诸如参照图10描述的霍尔效应推进器可具有与中心阳极相关联的单个阴极和用于控制向阴极供给氙气的速率的单个控制电路。因而，本实施例被简化并降低了质量。然而，这样没有了冗余，因而在阳极、阴极或控制电路发生故障的情况下不能保证可靠性。因此，已经提出使用每个推进器包括两个阴极和两个控制电路的推进器对来提供冗余的电力推进系统，如图11和图12所示。图11是可以类似于图10的推进器11的两个相同的霍尔效应推进器11A、11B的正视图，但它们中的每个具有两个各自的阴极40A1、40A2或40B1、40B2和用于控制向阴极供给氙气的速率的两个电路(图11中未示出)。在图11中，每个推进器11A、11B的构成元件被给予与在图10中相同的附图标记，但推进器11A带有字母A并且推进器11B带有字母B。因此不再次描述这些构成元件。图12是用于控制图11的上述一对推进器11A、11B的控制电路的框图，以示例的方式将所述控制电路配置为构成两个推进器组的北控制通道，以用于南北向轨道控制。图12示出首先用于北控制通道并与外部推进器切换单元(ETSU)70A相关联的电源处理器单元(PPU)60N。ETSU70A的北控制通道首先连接到电路80A1、80B1中的每个，用于控制与第一推进器11A和第二推进器11B的正常的阴极40A1、40B1相关联的氙气供给速率，其次用于电滤波器单元90A，该电滤波器单元90A用于首先将电力供给阳极25A并且其次将电力供给给第一推进器11A的第一阴极40A1和第二阴极40B1用于北控制通道。第二PPU60S首先用于南控制通道，并且其与第二ETSU70B相关联。ETSU70B的北控制通道首先连接到控制电路80A2、80B2中的每个，用于控制与第一推进器11A和第二推进器11B的冗余的阴极40A2、40B2相关联的氙气供给速率，并且其次连接到电滤波器单元90B，该电滤波器单元90B用于首先将电力供给阳极25A并且其次供给北控制通道的第二推进器11B的第一阴极40A2和第二阴极40B2。由于完全复制了所有元件，所以如上文描述的第一PPU60N和第二PPU60S、第一ETSU70A和第二ETSU70B的北控制通道以及一组元件10N构成北控制通道的推进器11A、11B完全冗余的组件。以类似的方式，由于复制了所有元件，与上文描述的元件类似但未再次描述的第一PPU60N和第二PPU60S、第一ETSU70A和第二ETSU70B的南控制通道以及一组元件10S构成南控制通道的推进器11A、11B完全冗余的组件。虽然参照图11和图12描述的系统提供了完整的冗余，从而提供很高的可靠性，但是该系统昂贵、沉重并且无法简化系统的构造。此外，应该可以看到，当使用稳态等离子体推进器时，被称为阳极的放电电路连接到被称为阴极的、用于提取和中和离子的电路，从而将出现先验现象(priori)，难以简化诸如图11和图12的现有技术的系统之类的构造。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是使用霍尔效应推进器或者封闭电子漂移型等离子体推进器改善现有技术电力推进系统的上述缺点，从而简化这种系统的构造并降低其成本，同时在系统的任何一个部件发生故障的情况下保持可靠性。这些目的可通过一种带有稳态等离子体推进器的电力推进系统来实现，所述系统包括：至少一个用于在高压下调节气体输送的装置；第一和第二电源处理器单元(PPU)；第一和第二外部推进器切换单元(ETSU)；第一和第二电滤波器；以及并置的第一和第二稳态等离子体推进器；所述第一稳态等离子体推进器包括第一电离通道、布置在所述第一电离通道的出口附近的单个第一阴极、与所述第一电离通道相关联的第一阳极、第一气体歧管和用于围绕所述第一电离通道产生磁场的第一装置，并且所述第二稳态等离子体推进器包括第二电离通道、布置在所述第二电离通道的出口附近的单个第二阴极、与所述第二电离通道相关联的第二阳极、第二气体歧管和用于围绕所述第二电离通道产生磁场的第二装置；所述电力推进系统的特征在于其还包括：电连接装置，被所述第一阴极和所述第二阴极共用；第一和第二气体流速控制装置，分别与所述第一稳态等离子体推进器和第二稳态等离子体推进器中的每个相关联，带有用于将气体从所述用于在高压下调节气体输送的装置供给到所述第一阳极和所述第二阳极以及所述第一阴极和所述第二阴极的公共流体流动装置；以及用于选择性地控制在任何给定时刻仅激活与所述第一阳极和所述第二阳极中的一个共同协作的所述第一阴极和所述第二阴极中的一个的装置。与每个稳态等离子体推进器(SPT)具有完全冗余的包括两个阴极的系统相比，这样的系统得到了简化，但因为存在两个阳极并因为一个SPT的故障阴极可以被另一个SPT的阴极取代，通过结构使这种协作变得可能，所以仍保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有稳态等离子体推进器的电力推进系统，所述系统包括：至少一个用于在高压下调节气体输送的装置(310)；第一电源处理器单元(PPU，160N)和第二电源处理器单元(160S)；第一外部推进器切换单元(ETSU，170A)和第二外部推进器切换单元(170B)；第一电滤波器(190A)和第二电滤波器(190B)；以及并置的第一稳态等离子体推进器(111A)和第二稳态等离子体推进器(111B)；所述第一稳态等离子体推进器包括第一电离通道(124A)、布置在所述第一电离通道(124A)的出口附近的单个第一阴极(140A)、与所述第一电离通道(124A)相关联的第一阳极(125A)、第一气体歧管(121A，141A)和用于围绕所述第一电离通道(124A)产生磁场的第一装置(131A，133A)，并且所述第二稳态等离子体推进器包括第二电离通道(124B)、布置在所述第二电离通道(124B)的出口附近的单个第二阴极(140B)、与所述第二电离通道(124B)相关联的第二阳极(125B)、第二气体歧管(121B，141B)和用于围绕所述第二电离通道(124B)产生磁场的第二装置(131B，133B)；所述电力推进系统的特征在于其还包括：电连接装置(191至193)，被所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)共用；第一气体流速控制装置(180A)和第二气体流速控制装置(180B)，分别与所述第一稳态等离子体推进器(111A)和第二稳态等离子体推进器(111B)相关联，带有用于将气体从所述用于在高压下调节气体输送的装置(310)供给到所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)以及所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)的公共流体流动装置(300；300'；300'')；以及用于选择性地控制在任何给定的时刻仅激活与所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)中的一个共同协作的所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)中的一个的装置。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.09 FR 11580471.一种带有稳态等离子体推进器的电力推进系统，所述系统包括：至少一个用于在高压下调节气体输送的装置(310)；第一电源处理器单元(PPU，160N)和第二电源处理器单元(160S)；第一外部推进器切换单元(ETSU，170A)和第二外部推进器切换单元(170B)；第一电滤波器(190A)和第二电滤波器(190B)；以及并置的第一稳态等离子体推进器(111A)和第二稳态等离子体推进器(111B)；所述第一稳态等离子体推进器包括第一电离通道(124A)、布置在所述第一电离通道(124A)的出口附近的单个第一阴极(140A)、与所述第一电离通道(124A)相关联的第一阳极(125A)、第一气体歧管(121A，141A)和用于围绕所述第一电离通道(124A)产生磁场的第一装置(131A，133A)，并且所述第二稳态等离子体推进器包括第二电离通道(124B)、布置在所述第二电离通道(124B)的出口附近的单个第二阴极(140B)、与所述第二电离通道(124B)相关联的第二阳极(125B)、第二气体歧管(121B，141B)和用于围绕所述第二电离通道(124B)产生磁场的第二装置(131B，133B)；所述电力推进系统的特征在于其还包括：电连接装置(191至193)，被所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)共用；第一气体流速控制装置(180A)和第二气体流速控制装置(180B)，分别与所述第一稳态等离子体推进器(111A)和第二稳态等离子体推进器(111B)相关联，带有用于将气体从所述用于在高压下调节气体输送的装置(310)供给到所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)以及所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)的公共流体流动装置(300；300'；300”)；以及用于选择性地控制在任何给定的时刻仅激活与所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)中的一个共同协作的所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)中的一个的装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共流体流动装置(300)包括第一分支(311)和第二分支(334)，所述第一分支(311)至少具有：第一控制进气阀(313)；第一热致紧缩元件(314)；以及第一组三个次级分支(320，327，333)，所述第一组三个次级分支(320，327，333)中的每个次级分支具有各自的控制阀(318，325，331)，并分别连接至所述第一阴极(140A)、所述第一阳极(125A)和所述第二阴极(140B)；并且所述第二分支(334)至少具有：第二控制进气阀(336)；第二热致紧缩元件(337)；以及第二组三个次级分支(344，350，357)，所述第二组三个次级分支(344，350，357)中的每个次级分支具有各自的控制阀(342，348，355)，并且分别连接到所述第一阴极(140A)、所述第二阴极(140B)和所述第二阳极(125B)。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一气体流速控制装置(180A)具有用于控制所述第一控制进气阀(313)的线圈(413，425，418，431)，和用于控制所述第一组三个次级分支(320，327，333)各自的所述控制阀(318，325，331)的选择性控制器，并且，所述第二气体流速控制装置(180B)具有用于控制所述第二控制进气阀(336)的线圈，和用于控制所述第二组三个次级分支(344，350，357)各自的所述控制阀(342，348，355)的选择性控制器。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共流体流动装置(300')包括第一分支(311)和第二分支(334)，所述第一分支(311)至少具有：第一控制进气阀(313)；第一热致紧缩元件(314)；和第一组第一次级分支(327)和第二次级分支(333)，所述第一组第一次级分支(327)和第二次级分支(333)中的每个次级分支具有各自的控制阀(325，331)，该第一次级分支(327)被连接到所述第一阳极(125A)，且该第二次级分支(333)被首先经由第一附加控制阀(362)连接到所述第一阴极(140A)，其次经由第二附加控制阀(366)连接到所述第二阴极(140B)；并且所述第二分支(334)至...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·克劳得·博纳德·洛兰，
申请(专利权)人：斯奈克玛公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR