空间推进系统技术方案

空间推进系统(1)，具有减小的大小，特别为小型化卫星应用而设计，但可以根据目标运载器的各种大小容易进行缩放，并且空间推进系统包括：燃烧室(10)，以下述方式实现：具有圆柱形壁(13)的圆柱形容器(11)，第一端(12)，至少设置有用于燃烧剂、燃料和/或它们的混合物的喷射导管(15)，用于根据与所述圆柱壁相切的方向喷射，以在燃烧室(10)中产生螺旋形燃烧路径，可能有的用于燃料或燃烧剂的附加垂直喷射导管(16)；以及相反端(14)，设置有排气导管(19)，根据与所述圆柱形壁(13)相切的方向布置，以接收和引导所述螺旋形路径，其中，在圆柱形壁的情况下，在其内部具有催化材料的沉积物，用于加速燃烧；以及超声波喷嘴(20)，其连接到排放导管(19)，用于排放燃烧室内的燃烧产物。

Space propulsion system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空间推进系统
本专利技术涉及一种空间推进系统，其类型特别适用于一系列小型空间卫星，在具体情况下，为小型化人工卫星，已知为术语“微卫星(microsatellite)”(10到100kg)，“纳米卫星(nanosatellites)”(1到10kg)和“皮卫星(picosatellites)”(100克到1kg)，其可以由低载荷发射器绕行，并且可需要推进系统，以纠正其位置和进行轨道改变，以及延长低轨道停留时间。
技术介绍
可以使用推进系统于其上的卫星的示例是由加利福尼亚州立理工大学(CalPoly)和斯坦福大学为代表制造的CubeSat类的卫星，其提供的大小为边长为10cm的立方体，并且重量介于1.0kg至1.5kg之间，其可以单独使用，也可以在“低”地球轨道中成簇(星座)使用，其最大高度为700km，但甚至低于160km，由于地球大气的干扰，其经常可以快速轨道衰减。重要的是要强调，如今，纳米-皮卫星沿着主有效载荷(经常是宏卫星)的释放轨道行进，并且它们基本上配备有用于定位的系统而不是推进系统，以便允许最佳搭配。这是由于纳米卫星的减小的大小使得难以创造大小非常小的有效推进系统。然而，这不意味本专利技术受限于将结合具有减小大小的卫星和空间探测器使用，而是其甚至可以用于具有任何大小的航天器、用于宇航员进行舱外活动的装置的MMU(人工操纵单元)等的辅助或紧急推进装置。适用于上述目的的推进系统的示例是已知的。美国专利No.5,932,940A描述了一种用于卫星的高度计检查或用于诸如探测器之类的空间物体的推进系统，该推进系统包括诸如设有压缩机的气体微型涡轮机的旋转构件。旋转部分的存在和气体燃料的使用，尽管它们可满足小型化卫星领域的一些需求，但使卫星结构复杂化并倾向于增加其整体重量，而没有其相应的自主性增益。其他推力系统提供使用加压的液态惰性气体，但自主性受限且性能低下。甚至已经提出电气系统，其中，在粒子带电荷的情况下，例如由于霍尔效应，实现粒子加速。这些系统需要较少量的推进流体，并且它们不需要运动部分，但是经常产生很低程度的推力。作为对照的特征，基于化学的推进系统是已知的，其中，所需能量借助于燃料与氧化剂之间的燃烧反应获得。在这种情况下，可获得的推力没有限制，但必需的是在运载器的有效载荷中包括甚至确定量的燃料和燃烧剂以及相关的限制系统。此外，出于明显的原因，如果与其被使用的卫星的大小相比，特别感到需要一种具有尽可能高的能量效率但是可以产生一定程度的推力的推进系统。“ElectrolysisPropulsionforSmall-ScaleSpacecraft”(Zeledon，R.A康奈尔大学，部分满足博士学位的学位的论文，2015年5月)分析了带有分离电解系统的水推进系统的潜力，但它使用具有电(火花)燃烧点火系统的低效率燃烧室。利用水电解作为燃料和氧源的推进系统的其他示例在美国专利N.US3,490,235A；N.US4,345,729A和N.US3,517,508A中有所描述。
技术实现思路
本专利技术的技术问题在于提供一种推进系统，以允许避免相对于现有技术所提及的缺点。该问题通过所附权利要求1中限定的推进系统解决；在所附的从属权利要求中限定本专利技术的其他细节。本专利技术的基本思想在于，将其间不同技术与在其内圆柱表面上设有用于加速燃烧反应的催化沉积的情况下具有螺旋内部运动以及在这种燃烧的排放处具有喷嘴产生推力的腔室的燃烧室相结合。意味着该方案可以与燃料和燃烧剂的任何组合一起使用，其可以分开地喷射到燃烧室中或一起以混合物的形式喷射，以适于在燃烧室中反应。为了控制有效载荷，燃烧剂可以是纯氧，以压缩气体的形式提供，或者可以通过电解将其分解的分子，例如以水的形式提供。在本专利技术的优选示例中，其可以包括水箱和电解系统，用于将水分为氢气和氧气，然后将其在上述燃烧室中重新结合。电解系统，以重力或以再循环泵操作，可以与箱分离或集成在箱中，因此能够提供氢气和氧气的气态混合物，其可以直接喷射到燃烧室中。进一步意味着，甚至其他化合物也可以用作燃料，例如碳氢化合物。一个优选的版本提供了压缩甲烷的使用。由此产生大小减小的推进系统，该推进系统特别设计用于小型化卫星，但是可以根据目标运载器的各种大小轻松缩放。该推进系统可以使微型卫星独立，然后可以执行自主的轨道改变，延长其操作寿命，在其间创建相互协作的卫星群；它们可以延伸探月器和/或深空的任务目标；他们可以根据临时需要改变沿轨道的位置；他们可以在低空工作以获得更好的分辨率等。附图说明在下文中，将根据一些优选的实施方式示例来描述本专利技术，这些实施方式示例是通过示例的方式提供的，而不是出于限制的目的，参考附图，其中：图1示出了根据本专利技术的空间推进系统的第一实施方式示例的功能方案；图2示出了图1的推进系统的部件、燃烧室的透视图；图3示出了图2的燃烧室的平面图；图4示出了图2的燃烧室的另一透视图；以及图5示出了根据本专利技术1至4的空间推进系统的第二实施方式示例的功能方案。具体实施方式通过参考附图，将空间推进系统整体标记为1。该空间推进系统包括用于分解液态水的电解系统2，在容器3中运输，该容器分为两个分支，分别用于气态的氢和氧。电解系统的容器3可构成对于推进系统可用的唯一水箱，并且该解决方案适用于最小大小的卫星，而对于其他较大大小的解决方案和有效载荷，可以提供向容器3供给的附加箱。电解系统2则包括阳极4和阴极5，布置在容器3的相应分支附近或内侧，其经受由电池6产生的电压，所述电池转而可以由空间运载器上已有的光伏系统充电。这意味着电池6只是可以使用的各电能中的电能的可能示例。气态的氧和氢泡分别在箱3的分别分支中位于阳极4和阴极5处。然后，它们供给大小减小的分别的氧箱7和分别的氢箱8，这是因为推进流体的保存是在液态水的形式下实现的，其中，氢和氧占据最小的空间而不需要复杂的限制系统。已知的是，水应至少稍微分解在离子中，以允许电流通过。为此，它将包括足够量的电解质，例如酸或溶解盐。上述箱不是严格必需的，但是如果需要比电解系统的生产能力更高的气体喷射，或者需要对于具有比简单电解过程产生的压力更高的压力的流动，或者需要获得由推进系统1的即时反应，则它们可以是有用的。它还包括燃烧室10，该燃烧室以螺旋形的内部运动燃烧气态的氢和氧，以增加试剂和产物的停留时间，从而允许在很小的体积中的高燃烧效率。燃烧室10包括沿纵向轴线延伸的圆柱形容器11，在该圆柱形容器处具有第一平坦端12，有两个喷射导管，通过其喷射氧和氢。燃烧室10还具有从所述第一端12延伸到第二端14的圆柱形壁13，其中，设置有排放喷嘴。特别地，提供了第一喷射导管15，其设置成相切于室10的圆柱形壁并布置成平行于第一端12的平面。第一喷射导管15的位置布置成使得其向其间发生反应的氧和氢施加螺旋形运动。...

【技术保护点】
1.一种空间推进系统(1)，包括：/n·燃烧室(10)，其以下述方法实现：具有圆柱形壁(13)的圆柱形容器(11)，至少设置有用于燃烧剂、燃料和/或其混合物的喷射导管(15)的第一端(12)，用以根据与所述圆柱形壁相切的方向喷射以在燃烧室(10)中产生螺旋形燃烧路径，可能有的用于燃料或燃烧剂沿垂直于所述圆柱形壁的方向的附加喷射导管(16)，和相反端(14)，其设置有排放导管(19)，所述排放导管布置成根据相切于所述圆柱形壁(13)的方向，使得接收并引导所述螺旋路径，其中，圆柱形壁在其内部具有催化材料的沉积物，用以加速燃烧反应；和/n·超音速喷嘴(20)，其连接到所述排放导管(19)，用于排放燃烧室中的燃烧产物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 IT 1020170000872351.一种空间推进系统(1)，包括：
·燃烧室(10)，其以下述方法实现：具有圆柱形壁(13)的圆柱形容器(11)，至少设置有用于燃烧剂、燃料和/或其混合物的喷射导管(15)的第一端(12)，用以根据与所述圆柱形壁相切的方向喷射以在燃烧室(10)中产生螺旋形燃烧路径，可能有的用于燃料或燃烧剂沿垂直于所述圆柱形壁的方向的附加喷射导管(16)，和相反端(14)，其设置有排放导管(19)，所述排放导管布置成根据相切于所述圆柱形壁(13)的方向，使得接收并引导所述螺旋路径，其中，圆柱形壁在其内部具有催化材料的沉积物，用以加速燃烧反应；和
·超音速喷嘴(20)，其连接到所述排放导管(19)，用于排放燃烧室中的燃烧产物。


2.根据权利要求1所述的空间推进系统(1)，包括：电解系统(2)，其由电源(6)供给，用于将水分为氧和氢，以及用于分别将它们在切向喷射导管中和附加喷射导管中喷射。


3.根据权利要求1所述的空间推进系统(1)，包括：水箱(30)，其上关联有电解系统(2)，该电解系统由电源(6)供给，以将水分为氧和氢，以及用于将它们分别在切向喷射导管中和附加喷射导管中喷射。


4.根据权利要求1所述的空间推进系统(1)，包括：水箱(30)，该水箱在其内部具有电解系统(2)，该电解系统由电源(6)供给，以将水分为氧和氢，以及用于在切向喷射导管中将它们以混合物喷射。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·米诺蒂，
申请(专利权)人：A·米诺蒂，
类型：发明
国别省市：意大利;IT