[发明专利]航天器结构电位主动控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器空间环境效应防护领域，具体涉及一种航天器结构电位主动控制系统及控制方法。

背景技术

航天器在轨运行期间与空间等离子体相互作用会造成结构电位漂移，对地电位稳定性要求较高的测量和测控设备将受到影响。通过主动向空间发射电子的方法，可以有效控制航天器结构电位，保证其在航天器设计要求范围内。

航天器结构电位的控制系统必须满足以下三个条件：

（1）发射电流I_beam足够大，能够使航天器结构电位在短时间内迅速降低；

（2）功耗小，不影响航天器正常工作；

（3）寿命长，能够满足航天器在轨持续工作几年甚至十几年，连续点火上千次的需求。

现有的控制系统不能很好的满足上述要求。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种平均功耗小，寿命长，工作稳定性高的航天器结构电位主动控制系统。

本发明还提供一种航天器结构电位主动控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种航天器结构电位主动控制系统，包括：

结构电位监测探头，用于获取航天器结构电位，并实时传回地面，所述结构电位监测探头安装在航天器结构表面，并与航天器结构地连接；

空心阴极，用于发射电子束流，所述空心阴极通过气路与贮供单元连接，所述空心阴极通过电路与电源单元连接；

电源单元，用于将航天器一次母线供电转换成空心阴极运行所需的电压，然后分别供给空心阴极、控制单元和贮供单元；

贮供单元，用于提供空心阴极工作所需的工质供应，所述贮供单元通过电源线路与电源单元连接；

控制单元，用于采集电位监测信号，协调贮供单元及电源单元工作，提供空心阴极工作所需的供电及供气条件，从而完成航天器结构电位控制，所述控制单元通过信号线路分别与结构电位监测探头、电源单元和贮供单元连接。

本发明还提供一种航天器结构电位主动控制方法，包括以下步骤：

（1）通过结构电位监测探头获取航天器结构电位，并将电位监测结果实时传回地面；

（2）根据任务需求和电位监测结果判断是否开启电位控制系统，如需开启，则上传开机指令；

（3）接收到开机指令后，控制单元控制电源单元中的加热电源供电，给空心阴极预热；

（4）然后，控制单元控制贮供单元供气，同时控制电源单元中点火单元和阳极电源供电，空心阴极发射电子；

（5）最后，控制单元对航天器结构电位测量结果进行判断，如小于预设值则停止工作，如大于预设值，则执行步骤（4）。

本发明采用空心阴极外加阳极发射电子的方法，具有以下优点：

①可以快速降低航天器结构电位；

②可以将航天器结构电位保持在0～-5V；

③平均功耗小，寿命长，工作稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的航天器结构电位主动控制系统组成示意图；

图2为本发明实施例提供的结构电位监测探头的示意图；

图3为本发明实施例提供的空心阴极的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电源单元组成示意图；

图5为本发明实施例提供的贮供单元组成示意图；

图6为本发明实施例提供的控制单元组成示意图；

图7为本发明实施例提供的航天器结构电位主动控制方法的流程图。

附图标记：

1-结构电位监测探头，10-电位传感头，11-信号调理模块；

2-空心阴极，20-充气室，21-热子，22-阴极，23-喷嘴，24-阳极，25-电离室；

3-电源单元，30-滤波电路，31-阳极电源，32-点火电源，33-加热电源；