[发明专利]一种氙气加注系统及方法

说明书

本发明公开了一种氙气加注系统及方法，属于空间推进系统推进剂加注技术领域。该氙气加注系统包括氙气储罐、电加热器、气源阀、星上气瓶、加注阀、星上气瓶称重装置、真空泵、真空阀、氦气阀、氦气瓶、放气阀、回收装置、回收阀、绝压压力表、纯度分析仪和恒温箱，通过恒温箱对氙气储罐进行降温，使得氙气储罐中的氙为气液两相饱和状态，以便在重力作用下使液态氙处于氙气储罐的下部，气态氙处于氙气储罐的上部。电加热器设置在氙气储罐的顶部，对氙气储罐上部的气态氙进行加热，以增大氙气储罐的压力，通过增加氙气储罐的压力将处于氙气储罐下部的液态氙挤压到星上气瓶中，一次性完成氙气加注，上述氙气加注系统结构简单，提高了加注速度和加注密度。

技术领域

本发明属于空间推进系统推进剂加注技术领域，尤其涉及一种氙气加注系统及方法，适用于所有采用高纯氙气作为推进剂的推进系统的加注过程。

背景技术

电推进系统比冲高，可以有效降低航天器总质量、增加有效载荷、延长在轨寿命。电推进系统几乎可以用在所有类型的航天器上，如同步通信卫星的轨道转移、位置保持和离轨处理等类型的航天器。其中，电推进系统最常采用的工作介质为氙气。在电推进系统中，对氙气纯度要求非常高，需达到水和氧的含量均不能超过2ppm的要求，一旦超过这个要求，则容易造成电推力器阴极氧化，导致寿命受损。

另外，为了减少星上气瓶的体积，还需要要求氙气的加注密度较高，如美国深空一号探测器氙气加注密度1660kg/m³,瑞典SMART-1探测器氙气加注密度1700kg/m³，地面氙气源密度一般在1100kg/m³以下。因此，在电推进系统中，氙气的高纯度和高密度加注是实际应用中亟待解决的问题。

为了解决上述氙气的高纯度和高密度加注问题，发明专利(CN104075104A)公开了一种卫星电推进系统热增压氙气加注方法，包括首先将液氮通入热增压装置，使热增压装置中的高压容器温度降低，从而使高压容器内的氙气压力随温度的降低而降低，当高压容器内的氙气压力低于氙气储罐内的压力,在压差的作用下，氙气储罐中的氙气会不断流入高压容器中；当高压容器中的氙气量达到要求值时，则停止通液氮，启动热增压装置中的加热装置，使高压容器温度升高，从而使高压容器内的氙气压力随温度的升高而升高，高于星上气瓶内氙气的压力,在压差的作用下，高压容器中的氙气会不断流入星上气瓶，从而完成氙气的加注过程。上述过程循环进行，直至加注量满足任务要求。但上述卫星电推进系统热增压氙气加注方法中的系统较复杂、每次循环加注量较小、加注速度较慢，并且加注密度较低。

发明内容

本发明提供一种氙气加注系统及方法，以解决现有技术卫星电推进系统热增压氙气加注方法中存在的系统复杂、循环加注量小、加注速度慢，并且加注密度低的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种氙气加注系统，包括：氙气储罐、电加热器、气源阀、星上气瓶、加注阀、星上气瓶称重装置、真空泵、真空阀、氦气阀、氦气瓶、放气阀、回收装置、回收阀、绝压压力表、纯度分析仪和恒温箱；

其中，电加热器设置在氙气储罐的顶部，氙气储罐经气源阀和加注阀与星上气瓶连接；

真空泵经真空阀、绝压压力表、纯度分析仪和加注阀与星上气瓶连接；

氦气瓶经氦气阀、绝压压力表、纯度分析仪和加注阀与星上气瓶连接；

回收装置经回收阀、绝压压力表、纯度分析仪和加注阀与星上气瓶连接；

星上气瓶称重装置连接至星上气瓶的下方；

放气阀经加注阀与星上气瓶连接；

氙气储罐、电加热器、气源阀、星上气瓶、加注阀和星上气瓶称重装置放置在恒温箱内。