[发明专利]离子推力器宽功率范围多模式工作点优化方法和控制方法

说明书

本发明公开了一种离子推力器宽功率范围多模式工作点优化方法，属于电推进技术领域。本发明利用不同束电压，相同束流下最佳供气参数基本一致经验，将功率模式分解为几种束流模式，再同一束流下分解出不同束电压模式，通过两级分解实现所要求功率范围及其多模式工作点。通过采取本发明所描述的方法，可大幅简化宽功率范围多模式电推进系统复杂性，并且提高电推进系统可靠度。本发明还提供了利用上述工作点优化方法所获得工作模式进行离子推力器控制的方法，能够实现宽功率范围下离子推力器始终工作在最佳高效工作状态。

技术领域

本发明涉及推进技术领域，尤其涉及一种离子推力器宽功率范围多模式工作点优化方法和利用该工作点优化结果进行离子推力器控制的方法。

背景技术

在深空探测任务中电推进系统作为主推进，由于其高比冲、长寿命等特点，可以大大节省推进剂携带量，增加航天器有效载荷比例，具有很强的优势；甚至有些任务只有选择电推进系统才能完成。

深空探测任务需要高效率、高比冲的电推进系统，这就需要离子推力器工作在最佳工作点，以满足长距离的空间飞行，缩短探测周期。随着航天器离开太阳距离的增加，太阳能效率快速降低，要求推力器具备宽功率范围内高效工作能力，即需要在功率范围内划分多个工作点，每个工作点对应一个模式，每个工作点具有对应的控制参数，根据所需功率采用对应的控制参数进行离子推力器的控制，使其在各种模式下均工作在最佳工作点。

目前，已经出现了多模式的离子推力器，例如通信卫星平台采用的离子推力器为双模式，但是宽功率范围希望划分更多的模式，一般深空探测任务主推进离子推力器要求工作模式10个以上。但是，如果将宽功率范围划分为更多的工作点，则需要对每个工作点设计其电参数和气参数。其中，气参数一般不能实现宽范围的连续可调，电参数的调节则比较容易。如果希望气参数连续可调，则电推进系统的贮供单元则设计的比较复杂。其中，气参数为流率，包括阴极流率、阳极流率和中和器流率；电参数主要指束电压工作点。

可见，如果多工作点设计方法不当，将使离子电推进系统变得非常复杂，甚至无法实现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离子推力器宽功率范围多模式工作点优化方法，在气参数不容易实现宽范围连续可调的限制下，实现多工作点设计，简化贮供单元的复杂度，提高电推进系统可靠度。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种离子推力器宽功率范围多模式工作点优化方法，其特征在于，该方法将多工作点进行二级分解，包括：

步骤一、首先在离子推力器所能正常引出的束流范围，以及在电推进系统贮供单元最易调节的流率点限制下，确定多个束流点；

步骤二、确定每个束流点下的不同束电压点；束电压点和对应的束流点组成一个模式的工作点。

优选地，所述步骤一具体为：

步骤11、在离子推力器所能正常引出的束流范围内，根据电推进系统所能提供的最大功率和所要求的推力、比冲确定离子推力器的最大束流和最大束电压；根据电推进系统最小功率和所要求的推力、比冲确定离子推力器的最小束流和最小束电压；

步骤12、在最小束流和最大束流范围内，依据电推进系统贮供单元最易调节的流率点，将束流范围分解为多个束流点。

优选地，所述步骤二具体为：

步骤21、在不同束流点下通过阴极流率优化试验和放电损耗优化试验，确定每个束流点下的最佳流率；

步骤22、针对每个束流点，在对应的最佳流率下，通过调节屏栅电压，确定该束流点下出现过聚焦和欠聚焦的束电压，得到可允许的束电压范围；在可允许的束电压范围内，根据电推进系统所要求工作模式数，确定该束流点下的不同束电压点。