[发明专利]小孔阵列微型静电式电推力器

说明书

本发明公开了一种小孔阵列微型静电式电推力器，包括相互连接的中和器和推力器主体，推力器主体包括从上往下依次配合连接的栅极组件、小孔阵列组件和推进剂贮存室，小孔阵列组件由输运板和小孔阵列板构成，输运板安装在小孔阵列板的下表面，小孔阵列板上均匀分布有小孔阵列，所述栅极组件由引出栅、加速栅和绝缘支架组成，引出栅、加速栅、小孔阵列板通过绝缘支架依次相连，且引出栅、加速栅上开有与小孔阵列对应的同轴小孔，加热器和推进剂均位于推进剂贮存室内。本发明具有结构简单，尺寸小，比冲可达700‑2000s，集成推进剂贮存和输运功能，推进剂不带压存储，无活动部件等优点，可以芯片形态封装，作为标准的推进模块应用于微小卫星。

技术领域

本发明涉及一种小孔阵列微型静电式电推力器，适用于微小卫星轨道转移、姿态控制、动量轮卸载和大气阻力补偿等任务。

背景技术

目前，高功能集成度的微小卫星发展极为迅速，尤其是重量在1～10kg的微小卫星，如立方星(Cubesat)。立方星的标准外形是10cm×10cm×10cm的立方体，称之为1U，质量1～2kg，根据卫星功能需要，可以将其扩展到2个单元(2U)或多个单元，执行遥感、通信、空间实验、编队飞行组网等任务。微小卫星由于研制周期短、研制和发射成本低、发射灵活、探测难度大，可组网和编队飞行，以星座形式形成“虚拟大卫星”，完成大卫星因尺寸等问题不能完成的任务，如大范围遥感等，受到了世界各国的高度重视，近年来发射数量快速上升。然而，常规的卫星推进系统，如化学推进、霍尔电推进、离子电推进等，目前的一个趋势在向小型化发展，以满足微小卫星的需求，但由于阀门等组件数量多、尺寸大，需要带压存储推进剂的贮箱等，系统较为复杂，成本高，研制周期长，小型化困难很大，难以适应微小卫星严格的重量、尺寸、价格等限制要求。目前10kg以下的微小卫星中，绝大部分没有配备推进系统，少数配备了比冲、总冲、推力调节能力等性能较低的微型冷气推进系统(比冲约30～90s)、微型单组元化学推进系统(比冲约210s)、微型双组元化学推进系统(比冲约260～300s)等，大大限制了微小卫星的机动性、姿态稳定度和寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于微小卫星，特别是重量10kg以下微小卫星的小孔阵列微型静电推力器，推力在微牛至毫牛量级。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供小孔阵列微型静电式电推力器，包括相互连接的中和器和推力器主体，中和器发射与带电液滴相反电性的粒子，中和喷出的带电液滴，使卫星保持电中性。例如，推力器本体发射的是带正电的液滴时，中和器喷射的可以是电子，也可以是带负电的液滴(此时中和器结构同推力器本体，但电路连接极性与推力器本体相反，从而喷出的是带负电的液滴)；如果推力器发射的是带负电的液滴时，中和器要发射带正电的液滴。推力器主体包括从上往下依次配合连接的栅极组件、小孔阵列组件和推进剂贮存室，所述小孔阵列组件由输运板和小孔阵列板构成，输运板安装在小孔阵列板的下表面，用于吸附推进剂和将推进剂输运至小孔阵列下表面，小孔阵列板上均匀分布有小孔阵列，所述栅极组件由引出栅、加速栅和绝缘支架组成，引出栅、加速栅、小孔阵列板通过绝缘支架依次相连，且引出栅、加速栅上开有与小孔阵列对应的同轴小孔，小孔阵列板下方设有相互配合的加热器和推进剂，加热器和推进剂均位于推进剂贮存室内。

其中，绝缘支架由陶瓷或其他材料制成，用于使栅极和发射体阵列的绝缘。液体推进剂由于毛细作用，顺着小孔穿过小孔阵列板，并在引出栅和小孔阵列板形成的一定强度的静电场的共同作用下突出小孔阵列板并形成锥形发射体，发射体顶端在一定强度的局部电场作用下形成泰勒锥，当电场达到足够强度时，泰勒锥顶端的微量液体被吸出，形成带电液滴，带电液滴被引出栅吸引并通过引出栅，接着在加速栅和引出栅形成的静电场作用下加速并从加速栅孔中喷出，产生推力。在某些应用下，为简化推力器结构，也可省略加速栅

其中，所述小孔阵列板由导电材料制成，其上设有的小孔阵列为通孔。

其中，所述小孔阵列板、引出栅、加速栅互相绝缘，小孔阵列板与引出栅、加速栅电位相反，且加速栅电位绝对值高于引出栅。