[发明专利]空间推进系统

说明书

空间推进系统(1)，具有减小的大小，特别为小型化卫星应用而设计，但可以根据目标运载器的各种大小容易进行缩放，并且空间推进系统包括：燃烧室(10)，以下述方式实现：具有圆柱形壁(13)的圆柱形容器(11)，第一端(12)，至少设置有用于燃烧剂、燃料和/或它们的混合物的喷射导管(15)，用于根据与所述圆柱壁相切的方向喷射，以在燃烧室(10)中产生螺旋形燃烧路径，可能有的用于燃料或燃烧剂的附加垂直喷射导管(16)；以及相反端(14)，设置有排气导管(19)，根据与所述圆柱形壁(13)相切的方向布置，以接收和引导所述螺旋形路径，其中，在圆柱形壁的情况下，在其内部具有催化材料的沉积物，用于加速燃烧；以及超声波喷嘴(20)，其连接到排放导管(19)，用于排放燃烧室内的燃烧产物。

技术领域

本发明涉及一种空间推进系统，其类型特别适用于一系列小型空间卫星，在具体情况下，为小型化人工卫星，已知为术语“微卫星(microsatellite)”(10到100kg)，“纳米卫星(nanosatellites)”(1到10kg)和“皮卫星(picosatellites)”(100克到1kg)，其可以由低载荷发射器绕行，并且可需要推进系统，以纠正其位置和进行轨道改变，以及延长低轨道停留时间。

背景技术

可以使用推进系统于其上的卫星的示例是由加利福尼亚州立理工大学(CalPoly)和斯坦福大学为代表制造的CubeSat类的卫星，其提供的大小为边长为10cm的立方体，并且重量介于1.0kg至1.5kg之间，其可以单独使用，也可以在“低”地球轨道中成簇(星座)使用，其最大高度为700km，但甚至低于160km，由于地球大气的干扰，其经常可以快速轨道衰减。

重要的是要强调，如今，纳米-皮卫星沿着主有效载荷(经常是宏卫星)的释放轨道行进，并且它们基本上配备有用于定位的系统而不是推进系统，以便允许最佳搭配。这是由于纳米卫星的减小的大小使得难以创造大小非常小的有效推进系统。

然而，这不意味本发明受限于将结合具有减小大小的卫星和空间探测器使用，而是其甚至可以用于具有任何大小的航天器、用于宇航员进行舱外活动的装置的MMU(人工操纵单元)等的辅助或紧急推进装置。

适用于上述目的的推进系统的示例是已知的。美国专利No.5,932,940 A描述了一种用于卫星的高度计检查或用于诸如探测器之类的空间物体的推进系统，该推进系统包括诸如设有压缩机的气体微型涡轮机的旋转构件。

旋转部分的存在和气体燃料的使用，尽管它们可满足小型化卫星领域的一些需求，但使卫星结构复杂化并倾向于增加其整体重量，而没有其相应的自主性增益。

其他推力系统提供使用加压的液态惰性气体，但自主性受限且性能低下。

甚至已经提出电气系统，其中，在粒子带电荷的情况下，例如由于霍尔效应，实现粒子加速。这些系统需要较少量的推进流体，并且它们不需要运动部分，但是经常产生很低程度的推力。

作为对照的特征，基于化学的推进系统是已知的，其中，所需能量借助于燃料与氧化剂之间的燃烧反应获得。在这种情况下，可获得的推力没有限制，但必需的是在运载器的有效载荷中包括甚至确定量的燃料和燃烧剂以及相关的限制系统。

此外，出于明显的原因，如果与其被使用的卫星的大小相比，特别感到需要一种具有尽可能高的能量效率但是可以产生一定程度的推力的推进系统。

“Electrolysis Propulsion for Small-Scale Spacecraft”(Zeledon，R.A康奈尔大学，部分满足博士学位的学位的论文，2015年5月)分析了带有分离电解系统的水推进系统的潜力，但它使用具有电(火花)燃烧点火系统的低效率燃烧室。

利用水电解作为燃料和氧源的推进系统的其他示例在美国专利N.US 3,490,235A；N.US 4,345,729 A和N.US 3,517,508A中有所描述。

发明内容