一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法，所述补给装置包括：货运飞船的推进舱，推进舱的一端密封连接吸气口，推进舱的另一端密封连接喷气口，推进舱内部中央沿轴向设置有收集与推进通道，并且收集与推进通道的两端分别与吸气口和喷气口密封连接，收集与推进通道的外侧设置有约束磁场，收集与推进通道侧壁开口，开口通过管路密封连接抽气机的进口端，抽气机的出口端密封连接贮箱，用于存贮收集的气体。本申请利用了货运飞船自身结构，避免了货运飞船返回时烧毁的资源浪费，减少了单独制造和发射补给飞行器的成本，完成空间站气体资源补给。

【技术实现步骤摘要】
一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法
本专利技术一般涉及航天器电推进
，具体涉及一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法。
技术介绍
载人空间站的正常运行，需要从地面发射货运飞船定期补给氧气、燃料、食品和仪器等资源，但补给成本高昂。利用补给飞行器向空间站补给氧气和燃料，将有利于降低空间站资源补充需求。吸气式电推进作为在轨资源补给飞行器的核心技术，将带来巨大的经济效益。针对吸气式推进技术的研究，国外相关研究机构，以美国、欧洲和日本为代表，开展了基于离子推进的吸气式推进器研究，取得初步的结果。然而，目前还没有公开的利用吸气推进作为资源收集和空间站补给的方法。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法，空间站气体资源的补给需求，节省资源补给成本。第一方面，本专利技术的一种适于空间站气体资源循环补给的装置，包括：货运飞船的推进舱，推进舱的一端密封连接吸气口，推进舱的另一端密封连接喷气口，推进舱内部中央沿轴向设置有收集与推进通道，并且收集与推进通道的两端分别与吸气口和喷气口密封连接，收集与推进通道的外部设置有约束磁场，收集与推进通道侧壁开口，开口通过管路密封连接抽气机的进口端，抽气机的出口端密封连接贮箱，用于存贮收集的气体。优选地，收集与推进通道外部还设置有射频天线。优选地，吸气口和喷气口一端均沿径向收缩，收缩端均与收集与推进通道密封连接，吸气口的另一端位于推进舱运动方向的前端，喷气口的另一端位于推进舱运动方向的后端。优选地，约束磁场由电磁线圈组成，电磁线圈缠绕在收集与推进通道的外侧壁，且分布在收集与推进通道两端。优选地，射频天线位于靠近收集与推进通道前端的电磁线圈之后。优选地，开口靠近吸气口的收缩端。第二方面，一种适于空间站气体资源循环补给的方法，采用第一方面的装置，具体包括：S10、控制推进舱进入资源收集轨道；S20、推进舱自主进行气体收集；S30、当气体量达到阈值后，控制推进舱从资源收集轨道升轨至空间站运行轨道，与空间站对接进行气体资源补给；S40，当完成气体资源补给后，重复执行S10至S30的过程，实现空间站气体资源循环补给。进一步地，推进舱自主进行气体收集包括：气体被压缩从吸气口进入伸缩收集与推进通道，约束磁场将气体气体电离后一部分经过抽气机收集进贮箱，剩余部分气体经过下游射频天线加速后从喷气口喷出。本申请的一种适于空间站气体资源循环补给的装置及方法，利用货运飞船自身机构，通过在货运飞船的推进舱上增加了吸气口、约束磁场、压缩通道以及喷气口，使得货运飞船能够完成吸气推进的功能，从而实现空间站气体资源补给。利用了货运飞船自身结构，避免了货运飞船返回时烧毁的资源浪费，减少了单独制造和发射补给飞行器的成本，完成空间站气体资源补给。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的一种适于空间站气体资源循环补给的装置的一个实施例的结构示意图；图2为本专利技术的一种适于空间站气体资源循环补给的方法一个实施例的流程图；图3为本专利技术的补给方法的一个实施例中空间站与货运飞船对接的示意图；图4为本专利技术的补给方法的一个实施例中货运飞船的货运舱与补给飞行器分离的示意图；图5为本专利技术的补给方法的一个实施例中货运飞船的降轨至资源收集轨道的示意图；图6为本专利技术的补给方法的一个实施例中补给飞行器进行气体收集的示意图；图7为本专利技术的补给方法的一个实施例中补给飞行器升轨至空间站运行轨道进行气体补给的示意图。图中，1.吸气口，2.推进舱，3.喷气口，4.收集与推进通道，5.抽气机，6.贮箱，7.约束磁场，8.射频天线，9.空间站，10.货运飞船，10-1.货物舱，10-2.补给飞行器，11.运行轨道，12.资源收集轨道。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。载人空间站的正常运行，需要从地面发射货运飞船定期补给氧气、燃料、食品和仪器等资源，补给成本高昂。随着吸气推进技术的发展，本申请旨在利用轨道环境中的大气作为工质，经过收集、电离、加速，能够使得飞行器维持在特定轨道并持续收集大气，但是，单独研制资源补给飞行器成本较高，因此本申请提供一种基于货运飞船的吸气式电推进空间站气体资源装置。本申请提供的一种适于空间站气体资源循环补给的装置的一个实施例，如图1所示，包括：货运飞船的推进舱2，推进舱2的一端密封连接吸气口1，推进舱2的另一端密封连接喷气口3，推进舱内部中央沿轴向设置有收集与推进通道4，并且所述收集与推进4的两端分别与吸气口1和喷气口3密封连接，收集与推进通道4的外侧设置有约束磁场，收集与推进通道4侧壁开口，开口通过管路密封连接抽气机5的进气端，运行方向的前端密封连接吸气口1，推进舱2的运行方向的后端密封连接喷气口3，抽气机5的出口端密封连接贮箱6，用于存贮收集的气体。收集与推进通道4外部还设置有射频天线8，射频天线8位于约束磁场7的磁场方向下游。需要说明的是，本实施例中，可以理解为，吸气口1和喷气口3分别位于推进舱2的运行方向的前端和后端。轨道气体被压缩通过吸气口1进入收集与推进通道4，在约束磁场7的作用下，电离后的气体一部分被压缩，在抽气机5的作用下收集进贮箱6，另外一部分气体随着磁场反向漂移运动，在磁场方向下游的射频天线8处被进一步电离加速，经由喷气口3喷出，形成具有推进力的电推进羽流，维持气体资源补给飞行器的低轨飞行。在本实施例中，通过对货运飞船的推进舱进行改进设计，货运飞船包括货物舱和补给飞行器，补给飞行器的主体结构是货运飞船将货物舱分离后剩余的推进舱。通过在推进舱上设计吸气口、喷气口、收集与推进通道、约束磁场、抽气机、贮箱以及射频天线，推进舱能够完成吸气推进的功能，在气体收集过程该货运飞船的推进舱进行升轨操作，到达空间站轨道，并与之对接，完成气体供给过程。当气体资源补给完成后，推进舱降轨至资源收集轨道，开展气体资源的收集工作，待气体收集完成后，重复升轨补给的过程，以此循环。本实施例的充分利用货运飞船自身结构，避免货运飞船返回时烧毁的资源浪费，结合螺旋波电推进的工质广谱性，将吸气式螺旋波电推进器集成于推进舱，在超低轨道附近进行资源收集任务，减少单独制造和发射补给飞行器的成本，完成空间站气体资源补给的需求。在一些实施方式中，吸气口1一端沿径向收缩，收缩端和收集与推进通道2的一端密封连接。扩张部位于推进舱运动方向的前端，吸气口1的扩张部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于空间站气体资源循环补给的装置，其特征在于，包括：货运飞船的推进舱，所述推进舱的一端密封连接吸气口，所述推进舱的另一端密封连接喷气口，所述推进舱内部中央沿轴向设置有收集与推进通道，并且所述收集与推进通道的两端分别与所述吸气口和所述喷气口密封连接，所述收集与推进通道的外侧设置有约束磁场，所述收集与推进通道侧壁开口，所述开口通过管路密封连接抽气机的进口端，所述抽气机的出口端密封连接贮箱，用于存贮收集的气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种适于空间站气体资源循环补给的装置，其特征在于，包括：货运飞船的推进舱，所述推进舱的一端密封连接吸气口，所述推进舱的另一端密封连接喷气口，所述推进舱内部中央沿轴向设置有收集与推进通道，并且所述收集与推进通道的两端分别与所述吸气口和所述喷气口密封连接，所述收集与推进通道的外侧设置有约束磁场，所述收集与推进通道侧壁开口，所述开口通过管路密封连接抽气机的进口端，所述抽气机的出口端密封连接贮箱，用于存贮收集的气体。


2.根据权利要求1所述的一种适于空间站气体资源循环补给的装置，其特征在于，所述收集与推进通道外部还设置有射频天线。


3.根据权利要求1所述的一种适于空间站气体资源循环补给的装置，其特征在于，所述吸气口和所述喷气口的一端均沿径向收缩，所述收缩端均与所述收集与推进通道密封连接，所述吸气口的另一端位于所述推进舱运动方向的前端，所述喷气口的另一端位于所述推进舱运动方向的后端。


4.根据权利要求1所述的一种适于空间站气体资源循环补给的装置，其特征在于，所述约束磁场由电磁线圈组成，所述电磁线圈缠绕在所述收集与推进通道的外侧壁，且分布在靠近所述收集与推...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁亮，赵华，任琼英，李涛，宗轶，郑慧奇，彭毓川，唐振宇，彭忠，李昊，秦玮，刘庆海，王俊峰，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11