[实用新型]大规模固体微推力器阵列点火装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型固体推力器阵列的点火装置，特别适用于大规模微型固体推力器阵列。

背景技术

随着微型卫星的发展及应用，对其高精度的姿态和轨道控制也提出了挑战，需要执行机构质量和体积小、集成度高、功耗低、可靠性高，能够提供小而精确的冲量，而微型固体推力器阵列，能够满足微型卫星姿轨控系统的要求。微型固体推力器阵列能集成高密度的微型推力器，每个推力器单元产生微小的冲量，可以实现任意的点火组合方式，进行变推力控制，这种推力器的突出优点就是可以应用于公斤级的皮卫星或纳卫星上，是一种新型的卫星控制动力装置。

随着各国对微型推力器阵列的研究逐渐深入，迫切需要解决阵列的应用问题，因此对于大规模阵列的研究成为现在的研究重点，而其中最重要的是点火相关技术的研究，例如点火控制装置、点火电路、驱动电路、点火算法等。现阶段各国主要集中在对微型推力器阵列结构、测试等方面的研究，现有的各国研究的点火电路都较为复杂，不适用于大规模推力器阵列，对于整个点火装置的研究更是少之又少，因此制约了微型推力器阵列的进一步应用。

图1为韩国2010年刚研制的点火控制装置，但是该装置能够进行控制的推力器阵列规模非常小，因为点火电路采用每个点火电阻单独控制，布线难度比较大，如果进一步扩大点火电阻的数量，集成百万级数量推力器，采用该点火电路基本不可能。对于卫星姿态和轨道控制，为了提高大范围的机动能力以及 更加精确的控制，需要推力器阵列能够集成更多的推力器，因此对应的点火电路规模也要增大。如果推力阵列规模足够大，比如100×100个推力器或者更大，独立式点火电路的布线将较为复杂。

发明内容

本实用新型的目的是解决微推力器阵列的应用问题，利用阵列式点火电路真正意义上实现微推力器阵列的规模化，并且实现对推力器阵列满足姿轨控要求的推力器组合进行点火控制。

本实用新型的点火控制装置包括通信模块、控制模块、行控制端、列控制端、行驱动模块、列驱动模块、点火电路。

其中，行驱动模块包括两个或两个以上可控开关元件和两个或两个以上限流电阻。

列驱动模块包括两个或两个以上放大模块和两个或两个以上限流电阻，其中放大模块有两个作用，一个是功率放大，一个是控制电路通断即可控开关的作用。

点火电路包括两个或两个以上电阻、两个或两个以上二极管、两根或两根以上行线、两根或两根以上列线以及两个或两个以上集成电路板；具体布局是，每一个发热电阻一端与一个二极管正极相连，发热电阻的另一端连接在行线上，二极管的负极连接在列线上；行线和列线分别分布在不同的集成电路板中，互不影响。为区别之前的独立式点火电路，这里将此种点火电路称为阵列式点火电路。

整个点火控制装置各个模块之间的连接是：通信模块与控制模块相连；控制模块通过行控制端与行驱动相连，通过列控制端与列驱动相连：对于每一行，行控制端通过限流电阻连接行驱动；对于每一列，列控制端也通过限流电阻连 接列驱动。行驱动连接点火电路的行线，列驱动连接点火电路的列线。

工作过程是：卫星姿轨控系统的控制器将所有的所需推力器坐标通过通信模块进行通信，传输到控制模块，控制模块对接收到的信号进行判断和控制：如果要点燃的推力器小于设定的数量，一次点燃所有所需的推力器，即将它们所在行列进行高电平输出，控制驱动电路导通，电阻加热发火药。其中高电平的维持时间需要大于点火延迟时间，以使电阻加热至发火药的发火时间，当到达高电平的维持时间，对相关行列进行低电平输出，此时电路断开，电阻停止加热；如果要点燃的推力器大于设定的数量，要进行分组点火，每组之间设定固定的点火时间间隔，对于每一组的控制与前相同。

有益效果

该大规模固体微推力器阵列点火装置真正意义上实现对大规模微型推力器阵列的点火控制：①设计了阵列式点火电路；②设计了能够对大规模阵列控制的控制电路；③设计了可控、可靠的驱动电路。采用这样的系统设计，因为需要的导线等相关硬件都减少，既可控又较为简洁，大大降低了电路的复杂程度，提高了点火的稳定性及可靠性。

附图说明

图1为韩国2010年研制的点火系统。

图2为本实用新型的点火系统框图。

图3为本实用新型的点火系统原理图。

图4为本实用新型的点火电路示例。

图5为本实用新型的行驱动电路示例。

图6为本实用新型的列驱动电路示例。

图7为本实用新型的控制电路示例。

图8为本实用新型的USB与FPGA的连接图示例。