[发明专利]低功率电弧喷射推进剂供给系统

说明书

本发明一般涉及很低流动速率的推进剂供给系统，特别是涉及将推进剂输送给低功率电弧喷射器的低功率电弧喷射推进剂供给系统。

为了把空间飞行器例如人造卫星送入并保持在对地同步和低地球轨道上而使用各种不同类型的推进器，以便实现保持飞行轨迹、飞行姿态控制和三角速度操纵，它有时被称之为反馈控制系统(RCS)功能。实现这些功能所使用的推进器通常包括消耗大量推进剂的常用的化学反应推进器或消耗较少推进剂以扩大化学反应推进器性能的高功率电弧喷射推进器。

现在使用高功率电弧喷射推进器通常是通过分解液态推进剂，产生气态推进剂进行工作的。接着，用电弧加热气态推进剂，并通过推进器的喷嘴喷出，提供推力。这种高功率电弧喷射推进器通常在大约1.0千瓦至25千瓦之间的功率范围内工作，并使用液态肼(N₂H₄)作为推进剂。分解液态肼并产生通常由氨、氢和氮组成的气态推进剂，并以每秒大约30克的高流动速率供给电弧喷射推进器。

这种高功率电弧喷射推进器比一般的化学反应推进器具有更强的比冲量(Isp)，比冲量被定义为由发动机每单位推进剂重量流动速率形成的推力。然而，下一代的电弧喷射推进器的改进需要降低功率，可是仍然保持比化学反应控制系统推进器高得多的比冲量(Isp)值。这样做由于使推进剂消耗量大大低于化学推进器的推进剂消耗量，从而提高较低功率的较小的空间飞行器的使用寿命。此外，也能减小空间飞行器的大小和重量，所以降低发射成本。为了达到上述效果，在下一代的电弧喷射器将是低功率和低流量的电弧喷射器。适用于电弧喷射的功率一般在400-800瓦范围内，而流动速率一般在每秒3至50毫克范围内。

在高功率电弧喷射器中用于供给低功率电弧喷射器的普通推进剂输送系统，其尺寸的减小，初看起来似乎是简单易行的，但是，在较严密的检验后，一些缺点和未预见到的问题出现了，特别是在普通高功率电弧喷射供给系统中，气体发生器直接连接在低功率电弧喷射器上，其使用中出现一些问题。

第一，常用的气体发生器太大，并且其提供的流动速率比低功率电弧喷射器所需的流动速率大得多。此外，不能单纯地缩减气体发生器的尺寸，因为那样将大大地缩减气体发生器的使用寿命。第二，直接来自气体发生器的气态推进剂的流动速率往往趋于脉动，这种脉动引起不稳定和改变压力，结果是流动速率不稳定，流动速率不稳定最终导致电弧喷射器的推力的无控制的不稳定。第三，在低流动速率情况下，只使用直接地连接在电弧喷射器上的气体发生器将引起流量不稳定。可是，对用于高功率电弧喷射器的高流动速率来说，由于抑制两电极间电弧的电传导，它容易“未启动”电弧喷射器(即抑制电弧的形成)，第四，在密闭系统中放气时对低功率电弧喷射器直接从气体发生器提供稳定连续的气体流动速率，如果不是不可能，那也是非常困难的。第五，低流动速率单向流动的气体发生器对供应到气体发生器的上游液体中的任何气泡是非常敏感的，这将引起电弧喷射器工作的不稳定状态并缩短电弧喷射器的寿命。最后，通过单纯地降低来自气体发生器的流动速率，各供给管道以及气体发生器自身将趋于发热，这最终可能导致在供给系统内部着火。

因此，所需要的将是没有上述缺点的低功率电弧喷射推进剂供给系统，这将与上游压力无关地为低功率电弧喷射器提供一个稳态的不受干扰的质量流动速率；还将在控制压力下为与气体发生器无关的电弧喷射器提供最佳流动速率；由于低流动速率，使供给系统消除了发热或点火；还提供一个可控制的流动速率，以便能根据需要动态地控制电弧喷射器的推力。并通过稳定的导电介质(即气体供给)能稳定地保持电弧。所以，本发明的目的是提供象这样的一种低功率电弧喷射推进剂供给系统。

根据本发明的技术内容，将揭示把推进剂输送给低功率电弧喷射器的低功率电弧喷射推进剂供给系统。低功率电弧喷射推进剂供给系统为低功率电弧喷射器提供基本连续和稳定的低流动速率的气态推进剂。这一基本连续和稳定的低流动速率能为低功率电弧喷射器提供精确的推力控制和稳定电弧喷射器的操作。此外，还能控制地调整基本连续和稳定的低流动速率，以便能根据需要在大范围内动态地变换低功率电弧喷射器的推力。