[发明专利]纳米线阵列电推力器及其推力矢量控制方法

说明书

本发明提供了一种纳米线阵列电推力器及其推力矢量控制方法，包括：气路组件，被配置为执行以下动作：形成气道，以使推进剂气体依次流经气路组件；多个隔离模块，被配置为将贯穿纳米线阵列电推力器的气道分割为多个气路，以使流经纳米线阵列电推力器的推进剂气体被分成多路；各路推进剂气体被纳米线阵列电推力器中的纳米线阵列与栅极之间的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；控制模块，被配置为根据不同的推力矢量调节的需求，通过控制各个气路的通断或气体流量或纳米线阵列与栅极之间的电压来调节各推力输出区域的输出推力大小，从而实现纳米线阵列电推力器的推力矢量调节。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种纳米线阵列电推力器及其推力矢量控制方法。

背景技术

基于纳米线阵列电推力器通过纳米线阵列与栅极之间的强电场电离气体推进剂并加速喷出产生推力。该推力器具有结构简单、推力范围广、比冲高、可用多种气体作推进剂等特点，适合用于卫星的姿态控制、轨道维持和转移。由于推力器的推力方向通常为推力器喷口的轴线方向，为了满足卫星姿轨控对推力矢量调节的需求，通常需要在卫星的不同方向上安装多台推力器，或者通过矢量调节机构进行推力器喷口朝向调整的方式来改变推力矢量，从而达到可利用一台推力器代替多台推力器的效果；采用前者的方案，卫星需要安装多台推力器，增加卫星质量和成本，后者虽然可减少推力器的数量，但是推力矢量调节机构仍占用了一定的体积和质量，且无论是结构布局，还是控制算法都具有一定的复杂性，降低了系统的可靠性。

申请号为CN201980051270.6的中国发明专利《用于航天器的推力矢量推进的离子推力器》提到了一种可进行推力矢量控制的离子推力器，该发明主要适用于推进剂为固体或液体的推力器，不适用于本发明中以气体作推进剂的电推力器，且该发明采用将提取器进行物理分割的方法，在实现推力矢量调节的同时增加了工作电压的路数，增加了供电系统的复杂度并带来电气绝缘方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米线阵列电推力器及其推力矢量控制方法，以解决现有的电推力器难以满足卫星姿轨控对推力矢量调节需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米线阵列电推力器，包括：

气路组件，被配置为执行以下动作：

多个隔离模块，被配置为将贯穿纳米线阵列电推力器的气道分割为多个气路，以使流经纳米线阵列电推力器的推进剂气体被分成多路；

各路推进剂气体被纳米线阵列电推力器中的纳米线阵列与栅极之间的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；

控制模块，被配置为根据不同的推力矢量调节的需求，通过控制各个气路的通断或气体流量或纳米线阵列与栅极之间的电压来调节各推力输出区域的输出推力大小，从而实现纳米线阵列电推力器的推力矢量调节。

可选的，在所述的纳米线阵列电推力器中，所述气路组件包括：

栅极，被配置为与纳米线阵列配合产生电场；

纳米线阵列，被配置为与栅极配合产生电场；

基底，被配置为对纳米线阵列起支撑作用；

底座，被配置为对基底起支撑作用；

外壳，被配置为对栅极、纳米线阵列、基底和底座起到外部径向支撑作用。

可选的，在所述的纳米线阵列电推力器中，所述栅极、纳米线阵列、基底和底座依次配合连接后容纳在外壳中，形成气道；

所述栅极的形状为圆形薄片结构，所述栅极上分布有贯穿所述栅极高度方向的栅极孔阵列，所述栅极材料为钨、钼或碳；

所述纳米线阵列与栅极之间的距离为50微米～500微米；