小孔陣列微型靜電式電推力器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小孔陣列微型靜電式電推力器，適用于微小衛星軌道轉移、姿態控制、動量輪卸載和大氣阻力補償等任務。
【背景技術】
[0002]目前，高功能集成度的微小衛星發展極為迅速，尤其是重量在I?1kg的微小衛星，如立方星(Cubesat)。立方星的標準外形是1cmX 1cmX 1cm的立方體，稱之為1U，質量I?2kg，根據衛星功能需要，可以將其擴展到2個單元(2U)或多個單元，執行遙感、通信、空間實驗、編隊飛行組網等任務。微小衛星由于研制周期短、研制和發射成本低、發射靈活、探測難度大，可組網和編隊飛行，以星座形式形成“虛擬大衛星”，完成大衛星因尺寸等問題不能完成的任務，如大范圍遙感等，受到了世界各國的高度重視，近年來發射數量快速上升。然而，常規的衛星推進系統，如化學推進、霍爾電推進、離子電推進等，目前的一個趨勢在向小型化發展，以滿足微小衛星的需求，但由于閥門等組件數量多、尺寸大，需要帶壓存儲推進劑的貯箱等，系統較為復雜，成本高，研制周期長，小型化困難很大，難以適應微小衛星嚴格的重量、尺寸、價格等限制要求。目前1kg以下的微小衛星中，絕大部分沒有配備推進系統，少數配備了比沖、總沖、推力調節能力等性能較低的微型冷氣推進系統(比沖約30?90s)、微型單組元化學推進系統(比沖約210s)、微型雙組元化學推進系統(比沖約260?300s)等，大大限制了微小衛星的機動性、姿態穩定度和壽命。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種用于微小衛星，特別是重量1kg以下微小衛星的小孔陣列微型靜電推力器，推力在微牛至毫牛量級。
[0004]為解決上述技術問題，本發明的實施例提供小孔陣列微型靜電式電推力器，包括相互連接的中和器和推力器主體，中和器發射與帶電液滴相反電性的粒子，中和噴出的帶電液滴，使衛星保持電中性。例如，推力器本體發射的是帶正電的液滴時，中和器噴射的可以是電子，也可以是帶負電的液滴(此時中和器結構同推力器本體，但電路連接極性與推力器本體相反，從而噴出的是帶負電的液滴)；如果推力器發射的是帶負電的液滴時，中和器要發射帶正電的液滴。推力器主體包括從上往下依次配合連接的柵極組件、小孔陣列組件和推進劑貯存室，所述小孔陣列組件由輸運板和小孔陣列板構成，輸運板安裝在小孔陣列板的下表面，用于吸附推進劑和將推進劑輸運至小孔陣列下表面，小孔陣列板上均勻分布有小孔陣列，所述柵極組件由引出柵、加速柵和絕緣支架組成，引出柵、加速柵、小孔陣列板通過絕緣支架依次相連，且引出柵、加速柵上開有與小孔陣列對應的同軸小孔，小孔陣列板下方設有相互配合的加熱器和推進劑，加熱器和推進劑均位于推進劑貯存室內。
[0005]其中，絕緣支架由陶瓷或其他材料制成，用于使柵極和發射體陣列的絕緣。液體推進劑由于毛細作用，順著小孔穿過小孔陣列板，并在引出柵和小孔陣列板形成的一定強度的靜電場的共同作用下突出小孔陣列板并形成錐形發射體，發射體頂端在一定強度的局部電場作用下形成泰勒錐，當電場達到足夠強度時，泰勒錐頂端的微量液體被吸出，形成帶電液滴，帶電液滴被引出柵吸引并通過引出柵，接著在加速柵和引出柵形成的靜電場作用下加速并從加速柵孔中噴出，產生推力。在某些應用下，為簡化推力器結構，也可省略加速柵
[0006]其中，所述小孔陣列板由導電材料制成，其上設有的小孔陣列為通孔。
[0007]其中，所述小孔陣列板、引出柵、加速柵互相絕緣，小孔陣列板與引出柵、加速柵電位相反，且加速柵電位絕對值高于引出柵。
[0008]其中，所述輸運板安裝在小孔陣列板下表面的小孔陣列旁，不遮擋小孔陣列，提高推進劑輸運效率；
[0009]為了提高輸運板對推進劑的吸附和輸運能力，所述輸運板為小孔陣列片、編織網片或多孔材料片。
[0010]所述加熱器用于加熱推進劑，使其在推力器工作時保持液態，且粘度滿足流動性要求，為金屬絲加熱器、正溫度系數(PTC)陶瓷加熱器、金屬陶瓷發熱體(MCH)加熱器中的一種。
[0011]其中，所述加熱器位于推進劑貯存室內部的底面或側面。
[0012]其中，所述推進劑采用飽和蒸氣壓低、無毒環保的導電溶液，如添加了氯化鋰溶質的甲酰胺溶液，或者離子液體，如[EMIm ] BF4、[ EMIm ] PF6等
[0013]本發明的上述技術方案的有益效果如下:
[0014](I)結構簡單，有利于提高可靠性；
[0015](2)用簡單的小孔陣列板和輸運板實現推進劑的輸運功能，不需要閥門等活動部件，推進劑不帶壓存儲；
[0016](3)比沖高，可達700?2000s，是微型冷氣推力器、微型單組元推力器、微型雙組元推力器的數倍至數十倍；
[0017](4)可以芯片形態封裝，作為標準的微推進模塊，易于批量化生產；
[0018](5)相對于使用毒性較強的肼類推進劑的微型單組元推力器和雙組元推力器，小孔陣列微型靜電推力器使用無毒的導電溶液或離子液體作為推進劑，符合環保要求。
[0019]除了應用于微小衛星，該小孔陣列微型靜電推力器還具有如下用途:
[0020](I)航天器的大型撓性結構(如大型天線、大型太陽電池陣)的振動消除裝置；
[0021](2)推力器本體可作為液態帶電粒子發射源，用于改變航天器電位，或用作地面環境下應用的帶電液滴發射源。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明小孔陣列微型靜電式電推力器的結構示意圖。
[0023]圖2為圖1的局部解剖圖。
[0024]圖3為本發明小孔陣列微型靜電式電推力器中小孔陣列組件的結構示意圖。
[0025]圖4為本發明實施例2的結構示意圖。
[0026]圖5為本發明實施例3的結構示意圖。
[0027]圖6為本發明實施例4的結構示意圖。
[0028]圖7為本發明實施例5的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0030]實施例1
[0031]如圖1-3所示，該實施方式的小孔陣列微型靜電推力器2采用引出柵32、加速柵31兩個柵極，輸運板8采用小孔陣列片輸運板，推進劑5為添加了氯化鋰溶質的甲酰胺溶液。絕緣支架33為一體式結構。小孔陣列板7上以陣列形式分布著6行6列共36個小孔71，小孔陣列板7下方是三塊輸運板8，兩塊相鄰的輸運板8之間相隔兩排小孔71。輸運板8上分布著小孔陣列，以提高毛細作用效果，通過毛細作用吸附和輸運推進劑。引出