[发明专利]空间推进系统及其推进方法

说明书

本发明提供了一种空间推进系统及其推进方法，所述空间推进系统作为超低轨道卫星或拥有大气层的行星探测器的推进系统，所述空间推进系统包括吸气装置、供气管路及纳米线阵列离子推力器，其中：所述吸气装置收集轨道中的气体作为推进剂；气体由所述供气管路提供至所述纳米线阵列离子推力器，被所述纳米线阵列离子推力器的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；所述纳米线阵列离子推力器的材料为氧化物。

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，特别涉及一种空间推进系统及其推进方法。

背景技术

电推进技术因其比冲高、质量轻、结构简单等优点，越来越多地应用于卫星的轨道保持和姿态控制，并开始作为深空探测器的主推进，执行轨道维持和轨道转移任务。然而，由于卫星地面发射时只能携带一定量的推进剂，卫星的寿命通常受推进系统的寿命所限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间推进系统及其推进方法，以解决现有的推力器携带推进剂重量有限影响其使用寿命的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空间推进系统，所述空间推进系统作为超低轨道卫星或拥有大气层的行星探测器的推进系统，所述空间推进系统包括吸气装置、供气管路及纳米线阵列离子推力器，其中：

所述吸气装置收集轨道中的气体作为推进剂；

气体由所述供气管路提供至所述纳米线阵列离子推力器，被所述纳米线阵列离子推力器的强电场电离，并被所述强电场加速喷出产生推力；

所述纳米线阵列离子推力器的材料为氧化物。

可选的，在所述的空间推进系统中，所述纳米线阵列离子推力器包括从上而下依次配合连接的栅极挡圈、栅极、绝缘支撑体、纳米线阵列组件和底座，其中：

所述栅极挡圈为绝缘材料构成的环状零件；

所述绝缘支撑体为环形结构，用于所述栅极和所述纳米线阵列组件之间的电绝缘；

所述纳米线阵列组件放置于所述底座上，所述绝缘支撑体将所述纳米线阵列组件箍紧，所述栅极放置于所述绝缘支撑体的上边沿，所述栅极挡圈固定于所述栅极的边缘，所述栅极卡在所述栅极挡圈中并被所述栅极挡圈压紧。

可选的，在所述的空间推进系统中，所述纳米线阵列组件为基底、纳米线阵列和流道构成的一体化构型；

所述基底为材料为硅、陶瓷或不锈钢的圆形薄片；

所述基底底面与所述栅极及所述底座平行；

所述纳米线阵列从所述基底上生长而成，包括但不限于氧化锌纳米线、氧化钨纳米线、氧化铜纳米线或二氧化钛纳米线；

所述流道为贯穿所述基底高度方向的均匀分布的孔；

所述流道的孔直径为10微米～100微米。

可选的，在所述的空间推进系统中，所述栅极的材料为钨、钼或碳，所述栅极的形状为圆形薄片结构，所述栅极上分布有贯穿所述栅极高度方向的栅极孔，所述栅极孔作为离子加速喷出的通道，所述栅极孔的孔直径为1毫米～5毫米；

所述纳米线阵列的尖端与所述栅极间的距离为50微米～500微米。

可选的，在所述的空间推进系统中，所述底座由绝缘材料形成一中间凹陷的圆柱形结构，且所述底座边缘形成第一凸台及第二凸台，所述第一凸台的高度低于所述第二凸台的高度，所述纳米线阵列组件放置于所述第一凸台上，所述第二凸台包围所述纳米线阵列组件的外侧壁；

所述纳米线阵列组件下表面与所述底座底面之间的距离为5毫米～10毫米；

所述底座底面上具有若干均匀分布且贯穿所述底座高度方向的供气孔，所述供气孔与所述供气管路连接；所述供气孔的孔直径为0.5毫米～2毫米。