用于立方体卫星的空心阴极推力器制造技术

用于立方体卫星的空心阴极推力器，涉及推力器领域，为了解决现有电推进系统的结构复杂，无法直接小型化到1U上的问题。本发明专利技术的空心阴极的通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。本发明专利技术利用电负性气体作为主推进工质，利用放电气体在空心阴极推力器内部放电形成高密度等离子体环境，其中电子将电负性气体分解，形成负离子，负离子在空心阴极推力器内部电势作用下向外加速，产生高比冲推进效应。本发明专利技术适用于立方体卫星。

Hollow cathode thruster for cubic satellite

The hollow cathode thruster for cubic satellite is involved in thruster field. In order to solve the problem that the structure of the existing electric propulsion system is complex and can not be directly miniaturized to 1U. The gas in the hollow cathode breather tube of the invention is discharge gas and electronegative gas. The invention uses the electronegative gas as the main propellant, the formation of a high density plasma environment in hollow cathode discharge within using discharge gas, which will electronegative gas decomposition, forming negative ions, negative ions accelerated outward in hollow cathode within potential function, have high specific impulse propulsion effect. The invention is suitable for cube satellites.

【技术实现步骤摘要】
用于立方体卫星的空心阴极推力器
本专利技术涉及推力器领域。
技术介绍
在小卫星分类中，纳卫星质量为1～10kg，皮卫星的质量为0.1～1kg。立方体卫星(CubeSat)是一种新概念皮卫星规范，其质量在1kg左右，结构尺寸为10cm×10cm×10cm的正方体，又称为1U(一个立方体卫星单元)。数个立方体卫星单元又组装为纳卫星。立方体卫星具有结构简单、体积小、质量轻、成本低、研制周期短和发射成本低等特点，在空间演示验证和利用立方体卫星网络提高对地观测的空间、时间分辨率等方面具有广泛发展前景。目前，立方体卫星在轨运行时的姿态控制利用微型三轴强磁计、微型动量轮和磁力矩器等微型组件构成姿态控制系统，完成对卫星的三轴稳定控制。另一种控制卫星姿态的方法是靠推进器来调整控制卫星姿态，同时推进器还负责卫星的轨道维持的任务。对于执行姿态调整和轨道机动任务的卫星推进系统，可以选择冷气推进系统和电推进系统。冷气推进器结构简单，能够产生的推力大，但是相比较于电推进，冷气推进器的比冲小，即单位重量流量的推进剂所产生的喷气速度较小。在携带相同质量推进剂的条件下，电推进的总冲会远大于冷气推进的总冲，使卫星的在轨寿命大幅延长。但现有的霍尔推力器、离子推力器和脉冲等离子体推力器等电推进系统的结构比较复杂，无法直接小型化到1U上。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有电推进系统的结构复杂，无法直接小型化到1U上的问题，从而提供用于立方体卫星的空心阴极推力器。本专利技术所述的一种用于立方体卫星的空心阴极推力器，在空心阴极的通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。空心阴极作为霍尔推力器、离子推力器的电子源和中和器，结构简单、体积小、重量轻、功耗低，可以直接利用现有的电推进储气系统和电源系统，并且相对于冷气推进系统而言，空心阴极推力器能够产生较高的比冲，是非常理想的立方体星推力器。但空心阴极作为电子源，离子无法直接向外喷出，产生的推力小，因此本专利技术提出了一种在不改变阴极结构和供电方式前提下，利用电负性气体作为主推进工质，利用放电气体在空心阴极推力器内部放电形成高密度等离子体环境，其中电子将电负性气体分解，形成负离子，负离子在空心阴极推力器内部电势作用下向外加速，产生高比冲推进效应。本专利技术所述的另一种用于立方体卫星的空心阴极推力器，该空心阴极推力器包括底座1、通气管、发射体4、阳极管5和阳极板6；通气管包括第一通气管2和第二通气管3；第一通气管2穿过底座1与第二通气管3导通，阳极管5套在第二通气管3外，阳极管5的一端和第二通气管3的一端均固定在底座1上，阳极管5的另一端嵌固有阳极板6，阳极板6的中心设有节流孔6-1，第二通气管3的另一端嵌固有发射体4；发射体4与供电电源负极连接，阳极板6与供电电源正极连接；通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。优选的是，放电气体和电负性气体单独存储，各通过一个流量计控制流入通气管的流量。优选的是，放电气体和电负性气体按设定比例混合储存，通过一个流量计控制流入通气管的流量。优选的是，放电气体为惰性气体。优选的是，电负性气体为O2或F2。优选的是，底座1的材料为陶瓷，第一通气管2的材料为不锈钢，第二通气管3和阳极管5的材料均为二氧化硅，发射体4的材料为七铝酸十二钙。优选的是，发射体4依次通过第二通气管3侧壁的纯钛硅化碳—铜导电材料和第一通气管2与供电电源负极连接。优选的是，阳极板6通过阳极管5侧壁的不锈钢材料与供电电源正极连接。优选的是，纯钛硅化碳—铜导电材料为丝状、带状或筒状。本专利技术的有益效果是：空心阴极推力器的结构简单、质量轻，能够满足立方体卫星对空间体积及载重质量的苛刻要求；同时空心阴极推力器的功耗小，发射体温度高，能够在低功率下获得相对较大的力；采用电推进能够增大推力器比冲，增加立方体卫星的有效载荷和延长使用寿命；利用电负性气体，在空心阴极推力器内部产生负离子，加速喷出，增大推力和比冲。附图说明图1是具体实施方式一所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器的结构示意图；图2是具体实施方式二中的阴极与供电电源负极连接示意图；其中，3-1为带状的不锈钢材料；图3是具体实施方式二中的阳极供电电源正极连接示意图；图4是具体实施方式三中的导电丝的结构示意图；图5是具体实施方式三中的导电带的结构示意图；图6是具体实施方式三中的导电筒的结构示意图；图7是具体实施方式四中的空心阴极推力器的第一种供气方式示意图；图8是具体实施方式四中的空心阴极推力器的第二种供气方式示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器，该空心阴极推力器包括底座1、通气管、发射体4、阳极管5和阳极板6；通气管包括第一通气管2和第二通气管3；第一通气管2穿过底座1与第二通气管3导通，阳极管5套在第二通气管3外，阳极管5的一端和第二通气管3的一端均固定在底座1上，阳极管5的另一端嵌固有阳极板6，阳极板6的中心设有节流孔6-1，第二通气管3的另一端嵌固有发射体4；发射体4与供电电源负极连接，阳极板6与供电电源正极连接；通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。底座1的材料为陶瓷，第一通气管2的材料为不锈钢，第二通气管3和阳极管5的材料均为二氧化硅，发射体4的材料为七铝酸十二钙。在通气管中通入放电气体，发射体作为负极发射电子，在阳极与阴极之间发生气体放电，形成高密度等离子体；通气管中通入电负性气体，电负性气体在阴极与阳极间隙中被电子分解，同时吸附电子成为负离子，在阳极电势作用下，部分负离子加速喷出节流孔，产生推进作用。由于电负性气体具有较强的氧化性，因此第二通气管3与阳极管采用二氧化硅材料，能够抗氧化，第一通气管2和第二通气管3之间利用钽铂采用过盈配合，防止漏气。阳极管5与陶瓷底座1之间利用钽铂采用过盈配合，防止漏气。发射体为七铝酸十二钙材料，该材料在能够发射一定电子电流密度的同时，具有一定程度的抗氧化性。阳极板采用具有抗氧化性的导电高分子材料，防止阳极被氧化。具体实施方式二：结合图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器作进一步说明，本实施方式中，发射体4依次通过第二通气管3侧壁的纯钛硅化碳—铜导电材料和第一通气管2与供电电源负极连接。阳极板6通过阳极管5侧壁的不锈钢材料与供电电源正极连接。空心阴极推力器放电需要将发射体4与供电电源负极连接，因此将第一通气管2与发射体之间连接导电材料。由于电负性气体分解后具有较强氧化性，因此导电材料采用具有良好抗氧化性的纯钛硅化碳—铜导电材料，将不锈钢材料的第一通气管2与发射体连接。由于阳极管为二氧化硅材料，因此用导线将阳极板与电源正极间导通。由于外部不需要考虑电负性气体的强氧化性，因此外部导电材料对抗氧化性的要求不高，本实施方式采用不锈钢材料，利用不导磁不锈钢的螺栓1-1将带状的不锈钢材料压紧，该带状的不锈钢材料称为不锈钢导电带5-1，不锈钢导电带5-1附在阳极管体上，焊接在阳极板上。具体实施方式三：结合图4至图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器作进一步说明，本实施方式中，纯钛硅化碳—铜导电材料为丝状、带状或筒状。在第一通气管2与发射体之间采用具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于立方体卫星的空心阴极推力器，其特征在于，在空心阴极的通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。

【技术特征摘要】
1.用于立方体卫星的空心阴极推力器，其特征在于，在空心阴极的通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。2.用于立方体卫星的空心阴极推力器，其特征在于，该空心阴极推力器包括底座(1)、通气管、发射体(4)、阳极管(5)和阳极板(6)；通气管包括第一通气管(2)和第二通气管(3)；第一通气管(2)穿过底座(1)与第二通气管(3)导通，阳极管(5)套在第二通气管(3)外，阳极管(5)的一端和第二通气管(3)的一端均固定在底座(1)上，阳极管(5)的另一端嵌固有阳极板(6)，阳极板(6)的中心设有节流孔(6-1)，第二通气管(3)的另一端嵌固有发射体(4)；发射体(4)与供电电源负极连接，阳极板(6)与供电电源正极连接；通气管内通入的气体为放电气体和电负性气体。3.根据权利要求1或2所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器，其特征在于，所述放电气体和电负性气体单独存储，各通过一个流量计控制流入通气管的流量。4.根据权利要求1或2所述的用于立方体卫星的空心阴极推力器，其特征在于，所述放电气体和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁中喜，刘晨光，朱悉铭，于达仁，王福峰，韩星，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23