高性能电推进系统的发展及在GEO卫星平台中的应用

电推进在国外高轨卫星领域得到了广泛应用,在系统调研国外电推进系统研制与发展历程的基础上,介绍了高性能电推进系统在国外先进GEO公用卫星平台上的应用情况,并总结了其应用特点。GEO卫星平台主要使用静电加速式离子电推进系统和霍尔式稳态等离子体电推进系统;GEO卫星平台使用的电推进系统趋向于高功率、多模式电推进系统;国外GEO卫星平台电推进系统的应用历程为三个阶段。根据其应用特点,对高性能电推进系统在我国GEO卫星平台中的应用提出建议,加快突破高性能、多模式电推进系统的研制;加强地面模拟和在轨飞行验证,确保可靠性;按照循序渐进的发展路线,开展国际合作,加快我国电推进系统在GEO卫星平台上应用的步伐。     

1.5MeV电子辐照下高压电缆内带电效应研究

随着我国卫星长寿命高性能的需求,离子电推进器的使用也将成为一种必然趋势。针对中、高轨道卫星离子电推进器采用的高压电缆在高能电子辐照下引发的内带电效应,导致电推进系统工作故障的问题,测试了高压电缆在1.5 MeV高能电子辐照下产生电荷积累和不同高工作电压下共同作用产生的不同幅值静电放电脉冲信号,同时,采用蒙特卡洛方法分析高能电子沉积的位置,并采用有限元法分析高压电缆在高工作电压下的内部电场的分布和变化,为离子电推进器的高压电缆内带电防护技术奠定基础。     

离子推进系统用于GEO卫星南北位保使命的能力与效益

离子电推进系统LIPS-200由兰州物理研究所研制。在考虑卫星质量和卫星服役期限,以及离子电推进系统LIPS-200的系统配置、系统干重、推力器工作性能等关键因素的基础上,分析了LIPS-200系统用于GEO卫星南北位保（NSSK）使命的能力与效益,给出了实现与卫星匹配的分析计算方法和具体的算例。结果表明,LIPS-200能够满足我国所有GEO卫星NSSK使命需求。     

微胶体推进器电极设计中的电场分析和电击穿问题研究

随着微小卫星的研究,基于MEMS的微胶体推进器的研究也受到科技工作者的重视.在微胶体推进器的研究过程中,有两个问题是必需考虑的首先,是胶体推进器源极和抽取极之间的电场分布问题,在源极顶端形成的场强必须足够高能够引导电喷的形成.其次,必须考虑两极间的电击穿问题.本文主要通过ANSYS对第一个问题进行分析,对第二个问题则主要考虑使用实验的手段进行研究.结果表明,以重量比103掺杂NaI的甲酰胺溶液为推进工质,源极的起动电场大约为107v/m,在设计的尺度范围内,这一要求是较容易满足的.尽管由于ICP长时间刻蚀源极表面有很大的突起,但电击穿问题在高真空条件下不会影响到两极间电压加到7000V.     

一种新型GEO卫星在轨捕获机构的设计与分析

针对地球静止轨道(GEO)卫星在轨服务需求不断增加,但缺乏专用捕获接口的问题,提出一种GEO卫星远地点发动机喷管捕获机构。该机构主要包括三爪式喷管捕获机构、伞状导向缓冲机构及喷管支撑与分离机构。介绍了喷管包络捕获原理,通过对喷管包络捕获过程中运动学关系及碰撞检测问题的分析,给出了喷管无碰撞包络的捕获条件,并提出了减速捕获策略。引入赫兹模型建立了捕获机构接触碰撞动力学模型,采用ADAMS进行了动力学仿真分析。结果表明,在两星接近速度及捕获爪驱动速度满足捕获条件的情况下捕获机构能可靠地捕获目标星喷管,采用减速捕获策略可使捕获时碰撞力峰值减小50%以上。     

氙气与多种示漏气体漏率转换关系研究

电推进技术是我国航天卫星未来重要的推进系统技术，具有比常规化学推进比冲高、推力小、推进剂利用率高等优点，其中离子推进器主要使用氙气作为推进剂。常规的推进系统密封性测试采用氦气作为示漏气体，检漏结果与实际工质氙气的真实漏率存在换算关系，为了能够准确评估电推进系统的实际泄漏状态和漏率数值，亟需开展相关研究。本文通过搭建多种示漏气体测试系统，验证了氙气原位检漏技术的可行性，并由理论分析和实验研究初步获得氙气与氦气、氪气之间的漏率转换关系，以及转换系数理论上下限数值，为后续电推进的检漏工作提供参考依据。     

电推进地面试验真空系统配置策略与研究

电推进地面环境模拟试验主要用于完成对电推进器性能和可靠性等进行测试。由于电推进羽流效应的影响,电推进地面环境试验对于试验设备提出了严格的真空抽气要求。文章通过对电推进系统工作时的试验特点、真空要求及存在问题进行分析,结合国际上电推进地面环境试验设备的发展现状与研究进展,对该类测试设备的真空系统实现配置进行研究,总结出应对该类试验所需的真空抽气策略与研究方法,为后续电推进地面环境试验设备的研制和试验测试提供参考。     

离子电推进系统在高通量卫星上的应用测试及飞行试验

亚太6D卫星是由亚太卫星宽带通信(深圳)有限公司(亚太星通)采购,与香港亚太通信卫星有限公司(亚太公司)共同监造的一颗地球静止轨道宽带通信卫星,是中国首个开展电推进技术商业化应用的卫星。卫星采用了基于兰州空间技术物理研究所LIPS-200型离子推力器的电推进系统,电推进系统在轨执行卫星15年南北位置保持任务。由于性能验证必须具备真空环境,因此将电推进系统搭载在卫星上,采用一系列测试手段和方法,确认电推进系统与其他系统之间工作的兼容性。重点介绍了卫星电推进设计,集成性能测试、功能兼容联试、真空点火测试、真空电磁兼容测试等。对电推进初步飞行结果的分析表明,电推进系统与卫星全方位兼容。卫星发射入轨后,将对电推进系统的推力、功率等进行测试评估,确认电推进工作状态满足南北位置保持任务需求。     

基于LIPS-200电推进系统在GEO卫星平台上的布局研究

根据基于LIPS-200电推进系统组成和主要技术指标,结合平台构型和约束条件,通过分析研究确定了一种用于南北位置保持、可根据有效载荷承载需求进行选配的布局方案。该方案满足设备安装、管路焊接、热控实施、系统检漏、地面测试等方面的要求,并在平台初样电性星和结构星上进行了验证。理论计算表明,在卫星起飞质量、服务寿命不变的情况下,配置电推进系统时平台的有效载荷承载质量可提高约42．8％,因此具有良好的经济效益。     

MEMS微推进技术的研究

空间推进器是卫星的姿态控制及轨道的修正、保持和机动的重要执行元件．随着小卫星、微卫星、纳卫星、皮卫星和星座及编队飞行技术的出现，对空间推进技术提出了更高的要求．在综述国内外微推进技术的基础上，着重介绍研制的微型数字式MEMS阵列推进器的总体结构设计、推进剂的选择与性能研究、推进阵列的MEMS加工和封装工艺研究等。