[发明专利]靶带式激光烧蚀微推力器在轨工作状态监测方法及系统

说明书

本发明涉及航天器微推进技术领域，具体提出的一种靶带式激光烧蚀微推力器在轨工作状态监测方法及系统，其特征在于，包括：监测激光器的出光信号，获得出光信号数据；监测激光烧蚀靶带产生的尾焰，获得尾焰图片数据；监测含能工质是否有效传送至激光路径，获得含能工质传送数据；基于所述出光信号数据、所述尾焰图片数据和含能工质传送数据，确定靶带式激光烧蚀微推力器的工作状态。本申请通过在靶带式激光烧蚀微推力器内近距离、实时监测激光器出光、尾焰烧蚀情况及含能工质是否有效传送，来判断并确定靶带式激光烧蚀微推力器的工作状态，避免了仅靠微推力器自身设置的参数或地面试验测试所产生的误差。

技术领域

本发明涉及航天器微推进技术领域，尤其涉及一种靶带式激光烧蚀微推力器在轨工作状态监测方法及系统。

背景技术

随着高新技术的发展和需求的推动，体积小、功耗低、开发周期短的微纳卫星逐渐在科研、国防和商用等领域发挥着重要作用。航天微推力器广泛应用于微小卫星的姿态和轨道调节。

激光推进技术作为一种新概念航天推进技术，在理论论证、实验演示和数值模拟等方面都取得了令人瞩目的进展。激光微推力器作为一种微推进领域可选推力器技术，能够满足微纳卫星推进系统需求，具备轨道机动、轨道保持和姿态调整等空间任务的执行能力。靶带式激光烧蚀微推力器是以脉冲方式工作的微推力器，利用激光烧蚀推进剂工质带形成物质喷射，产生反作用力。激光微推力器系统集成度高、电功耗低、冲量元精准，可满足微纳卫星姿态控制和轨道机动需求。激光烧蚀微推力器作为微推进领域的一种新型推力器，对其在轨工作状态的观察手段尚不完备。因此迫切需要相关方法和技术对激光烧蚀微推力新技术在轨工作的健康状态进行监测。

当前，对激光微推力器的研究主要侧重于微推力的功能实现和性能提升方面，其在轨工作状态是否正常以及在轨推力实现情况等方面的监测和判定还未得到重视和研发。虽然激光烧蚀微推力器在轨推力大小可以基于设置参数与地面试验比对得到，或者通过卫星其他测试参数对其在轨工作状态进行定性评价，但是均存在一定的局限性和不确定性。前者是基于空中和地面环境相同条件才能成立，然而事实是地面模拟试验不可能与空中背景环境一模一样，且参数设置基于前期实验结果设置未考虑其他意外因素对推力器推力造成的影响，例如，激光器若出现损伤，在原设定参数下发射的激光能量将比预期能量下降很多，这将直接影响推力的大小，或者工质传送系统出了故障造成工质未有效传送至指定位置，也将影响推力器的推进性能。后者判断方法只能依据卫星现有数据，例如轨道数据或姿态数据有无变化对推力器的是否工作进行定性判定，一方面这种方式受相关数据精度的影响可能存在判断失误，另一方面这种方式甄别不出推力器功能部分丧失的情况。

因此，迫切需要对激光烧蚀微推力新技术在轨工作的运行及健康状态进行监测，且需避免仅靠微推力器自身设置的参数与实际运行的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种靶带式激光烧蚀微推力器在轨工作状态监测方法及系统，为解决如何对激光烧蚀微推力新技术在轨工作的运行及健康状态进行监测，且需避免仅靠微推力器自身设置的参数与实际运行的误差的问题。

为解决上述技术问题，根据一些实施例，本发明提供了一种靶带式激光烧蚀微推力器在轨工作状态监测方法，包括：

监测激光器的出光信号，获得出光信号数据；

监测激光烧蚀靶带产生的尾焰，获得尾焰图片数据；

监测含能工质是否有效传送至激光路径，获得含能工质传送数据；

基于出光信号数据、尾焰图片数据和含能工质传送数据，确定靶带式激光烧蚀微推力器的工作状态。

进一步地，监测激光器的出光信号，获得出光信号数据，包括：

将出光信号转化为电信号；

根据电信号中的电压信号，计算得到激光能量，符合如下公式：

E＝K·V，