[发明专利]用于航天器的发动机和包括这种发动机的航天器

说明书

一种航天航空器发动机(10)，包括具有用于喷射燃烧气体的喷嘴(30)的化学推进器，以及霍尔效应推进器。发动机布置成使得喷嘴用作当霍尔效应推进器在操作时喷射的粒子的喷射通道。发动机可以以较低的比冲量输送高推力或以较大的比冲量输送相对低的推力。

技术领域

本发明涉及用于航天航空器、尤其是用于卫星的发动机领域。

背景技术

在某些应用环境中，可能期望航天航空器或者在高推力下、或者在高比冲击下呈现两种操作模式。可以提及两个实例:

·将卫星置于台站上并保持其轨道：放置台站的卫星需要高推力，以便尽可能迅速地将其转移到地球静止轨道；以及卫星需要高比冲量的推进，以便在十五年内保持在位；

·探索：有利的是使推进器能够使天体物体起飞，然后一旦进入太空，使其能够利用高比冲量的推进力。

以已知的方式，卫星推进通常借助两种技术获得：化学推进和电推进。这两种推进模式在相对于推力的比冲(Isp)图中具有相应的特定操作域：在轮廓上，化学推力使得能够实现高推力，但是比冲保持限于450秒。相反，电推进能够获得高的比冲(2000s)，但是推力保持相对低。

对于卫星推进，霍尔效应推进器因此用于航天航空器的姿态和轨道控制系统(AOCS)，特别是在地球静止卫星的AOCS中。霍尔效应推进器使得能够获得1500s量级的非常高的比冲量(Isp)，从而使得能够精确地控制航空器的姿态和/或位置，同时使用显着小于在使用例如反应轮的惯性装置的常规系统中所必要的质量和复杂度，并结合用于使其去饱和的化学推进器。

然而，提供高比冲的霍尔效应推进器通常仅实现非常低的推力。因此，包含霍尔效应推进器的AOCS通常与用于某些快速机动的化学推进器相关联，例如轨道传送或放置到位。然而，这具有增加航天航空器的整体成本和复杂性、损害其可靠性的缺点。

总之，现有技术(化学推进、电推进)都不能在这两个预期的操作域中提供推进，即首先具有高推力和相对低的比冲量，其次具有高比冲量和相对低的推力。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种能够在这两个操作域中提供推力的航天航空器发动机，并且这样做不会使航天航空器过重或复杂。

为了实现该目的，本发明提出一种航天航空器发动机，既包括具有用于喷射燃烧气体的喷嘴的化学推进器，又包括霍尔效应推进器，发动机布置成使得所述喷嘴在霍尔效应推进器操作时用作由霍尔效应推进器喷射的粒子的喷射通道。

因此，这两种技术、即化学推进和电推进被并入单个发动机内。通过设置某些共用的装置，尤其是喷嘴，使以这种方式构成的发动机相对紧凑成为可能。因此，假设由于两个推进器的同时存在而延长其运行能力，以这种方式构成的发动机保持相对简单和便宜。

在一实施例中，霍尔效应推进器具有磁路；以及在子午线半平面上的截面中，磁路是马蹄形的，具有通向喷嘴的下游端的气隙；使得磁路适于在磁路的气隙中产生磁场。

气隙中产生的磁场较佳地是大致径向的。

术语“上游”和“下游”在本文中相对于推进气体在由喷嘴的中心轴线限定的方向上的正常流动方向进行定义。

磁场不一定在整个气隙中产生，而是在其至少一部分中产生，通常位于其下游端。子午线半平面是由轴线(具体来说是喷嘴的轴线)限定的半平面。

在该实施例中，能够在喷嘴中获得磁场，尤其是因为不像大多数常规化学推进器喷嘴一样是中空的且空的，而是该喷嘴包含磁路的一部分。磁路的该内部通常布置在喷嘴的轴线上，并且传统上是轴对称形状，或者甚至是围绕轴线的旋转体的形状。

其中磁路的截面为马蹄形的子午线半平面较佳地围绕喷嘴的轴线有规律地角度分布。理想地，磁路在每个子午线半平面中呈现一个这样的截面，即围绕喷嘴的轴线经过360°。