[发明专利]电推进航天器点火试验用板翅型氙泵、冷板及抽气系统

说明书

本发明公开了一种电推进航天器系统级点火试验用氙泵冷板，具有一体连接的板翅部分和倒圆锥体部分，外接倒圆锥体部分的圆弧面顶部进行切割面处理，切割面中心开设有供连接冷头的连接孔，冷板的板翅厚度采用渐变处理，越靠近冷头厚度越厚，越远离冷头厚度越薄。本发明也公开了一种具有该冷板的氙泵。本发明适合于以电推力器为动力的航天器点火试验，抽除工质氙气，保障容器压力要求。

技术领域

本发明属于真空获得设备技术领域，具体而言，本发明通过氦气压缩机与冷头配合工作来制冷冷板，冷板依靠低温冷凝吸附氙气，适用于电推进点火试验。电推力器试验过程中会喷出工质氙气，使真空容器压力上升，而电推力器正常工作需要容器压力低于4×10^-3Pa，为满足试验要求，会安装专门用来抽除氙气的抽气系统，本发明的两种冷板结构，根据使用场合、现场条件搭配选用可组成新型氙气抽气系统。

背景技术

推进技术在当前的太空活动中扮演越来越重要的角色，是具有战略意义的未来航天关键技术之一。特别是近年来，电推进正逐步代替传统的化学推进技术，受到越来越多的研究关注和应用。目前，世界各国的研究机构开发研制了多种用于姿态控制和航天器推进的电推进系统，广泛应用于地球同步轨道卫星南北位置保持和深空探测等任务。

由于姿态控制发动机及推进器工作在高空环境，其工作环境和参数的特殊性，给其性能和可靠性测试带来了极大难度，所以研究电推进技术的关键技术之一就是研究其地面环境试验技术。通过大量的环境试验了解在不同环境状态下推进系统的性能参数和使用情况，识别和消除潜在的风险，提高其有效性和可靠性。

电推进测试试验通常在空间环境模拟器内进行。电推进试验过程中，发动机会向容器内喷出大量的工质，多为氙气。高真空系统需要将喷出的氙气及时抽走，保证容器真空度优于4×10^-3Pa，一旦容器的真空度变坏，劣于4×10^-3Pa后发动机将无法正常工作，因此对真空系统抽速提出了较高的要求。相比于9.3～186m³/s的抽速，现有的高真空获得设备明显存在不足。分子泵抽速太小，造价高昂；扩散泵对氙气有良好的抽速，但是存在返油污染，对卫星及离子推进器不利。目前国内外大型空间环境模拟器高真空抽气系统均配置一定数量的具有大抽速(通常单台泵对氮气的名义抽速不小于5×10⁴L/s)的低温泵作为主抽气系统，此类低温泵安装在容器壁上，由插板阀将其与容器内部隔开，在需要低温泵抽气时将插板阀打开，不需要时关闭，此类低温泵后文称为传统低温泵。传统低温泵对氮气的抽速很大，但是对氙气的抽速受泵口障板、热沉及氙气分子量较大等因素的影响，其对氙气的抽速只有对氮气抽速的十分之一左右，有效抽速较小，因此需要研制专门的氙气抽气系统，满足电推进点火试验过程中的氙气抽气要求。其中，冷板是抽气系统中最为关键的部件，目前市场销售的氙泵冷板结构为圆盘型和翼型圆盘结构，如图1所示，该氙泵冷板结构抽速受容器壁面影响十分大。翼型圆盘较圆盘结构的变化在于使圆盘产生了一定的折角，其目的是增大圆盘背面进气量，降低容器壁面对冷板抽速的影响，但作用有限。圆盘型和翼型圆盘结构在容器壁面的影响下抽速降低30％以上，抽速下降十分明显。

发明内容

基于此，本发明的发明之一是提供一种电推进航天器系统级点火试验用电推进航天器系统级点火试验用的氙泵冷板结构，通过倒锥体圆弧面切割板翅型结构，使得氙泵抽速不受容器壁面影响，氙泵有效抽速大，板翅型冷板结构的主要抽气面为板翅内外表面，板翅垂直于容器内壁，冷板抽速不受容器壁面影响。

本发明的另一目的在于提供一种电推进航天器系统级点火试验用的氙泵，氙泵为用于抽除氙气的低温泵，需要冷板温度低于50K。

此外，本发明还提供了一种电推进航天器系统级点火试验用的氙气抽气系统，该系统根据冷板结构类型以及使用要求，针对性地进行氙泵的排布，实现点火试验的试验要求。

本发明采用了如下的技术方案。