[发明专利]一种微弧阴极放电微型电推进模块

说明书

本发明公开了一种微弧阴极放电微型电推进模块，包括电源、电感线圈、控制开关、分流器、阴极、阳极和电磁线圈；电源提供直流电，并用分流器进行测量，控制开关闭合时为电感线圈充电，控制开关断开时对外界产生瞬间高压，若外界电路导通，则向外界提供电流直至电感线圈储存的电能完全释放；阴极和阳极受到瞬间高压时放电击穿导通，烧蚀阴极表面并生成等离子体，在电磁线圈的磁力线作用下，等离子体聚焦加速喷出，产生推力。本发明采用固体金属作为推进剂，解决了微推进模块体积较大的问题；通过电磁线圈和控制开关配合并利用电弧放电剩余电流，解决了电感线圈功耗浪费的问题；通过电磁线圈聚焦推进器阴极表面的等离子体，提高了推进器比冲。

技术领域

本发明涉及一种微弧阴极放电微型电推进模块，尤其适用于微纳卫星的在轨运行，属于微型电推进模块技术领域。

背景技术

随着微纳技术的发展，小卫星渐趋微型化，与传统的大卫星相比，微纳卫星体积小、质量轻、转动惯量小，用于轨道与姿态控制所需推力小，要求精度高，一般为毫牛量级，甚至到微牛量级；另外，微纳卫星能够提供的电源功率都不高。因此，传统大型卫星上采用的化学推进装置以及电推进装置均不适合微纳卫星。

微纳卫星一般在较低轨道运行，所在轨道空气密度较大，为延长微纳卫星的在轨时间或者提高姿态调控及轨道机动性，亟需研制适用于微纳卫星特性的微型推进模块。在现有技术中，较成熟的微推进模块有冷气微推进模块和微型化学推进模块，由于质量的限制，常规的微推进模块能够提供的总冲普遍较低。

传统的微推进模块存在如下问题：

第一、体积较大，传统的微型推进装置，例如微型冷气推进模块、微型化学推进模块、以及微型霍尔推进模块或微型离子推进模块等微型电推进模块均需要采用专门的推进剂贮罐、管路、阀门等贮供装置，造成体积较大。

第二、功耗浪费，现有模块通电后，各部分均开始产生静态功耗，有些部分并不需要工作，这就造成了功耗浪费，这在大卫星上尚可接受，但会使本来能源就很紧张的微纳卫星出现能源紧缺的状况。

第三、总冲较低，现有较成熟的微型冷气推进模块和微型化学推进模块比冲均比较低，由于微纳卫星对重量的限制，导致微型冷气推进模块、微型化学推进模块等常规微推进模块能够提供的总冲普遍较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种微弧阴极放电微型电推进模块，通过采用固体金属作为推进剂，去除了专门的推进剂贮供模块，大幅缩小了微推进模块的体积，解决了传统微推进模块体积较大的问题；通过电磁线圈和控制开关的配合且有效利用电弧放电的剩余电流，有效降低了微推进模块的功耗，解决了电感线圈功耗浪费的问题；通过电磁线圈聚焦推进器阴极表面的等离子体，提高了推进器的比冲，显著提升了微推进模块的总冲，克服了传统微推进模块总冲较低的难题。

本发明的技术解决方案是：

一种微弧阴极放电微型电推进模块，包括电源控制单元和推进器，其中：

电源控制单元包括电源、电感线圈、控制开关和分流器；电源提供直流电，并通过分流器进行测量，控制开关闭合时为电感线圈充电，控制开关断开时对外界产生瞬间高压，若外界电路导通，则向外界提供电流直至电感线圈储存的电能完全释放；

推进器包括阴极、绝缘环、阳极和电磁线圈；阴极和阳极受到瞬间高压时放电击穿绝缘环表面导通，烧蚀阴极表面并生成等离子体，在电磁线圈所生成的磁力线作用下，等离子体聚焦加速喷出，产生推力。

在上述的一种微弧阴极放电微型电推进模块中，所述电源正极与电感线圈一端相连，电感线圈另一端与控制开关一端连接，控制开关另一端分别与分流器一端和电源负极相连，分流器另一端接地。