一种立方星使用的液化气推进模块的制作方法

1.本发明涉及一种立方星使用的液化气推进模块，属于空间推进技术领域。


背景技术：

2.立方星，是一种采用国际通用标准的低成本微纳卫星，以“u”为单位，1u体积为10厘米
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10厘米
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10厘米。传统的冷气推进系统，存在体积大、集成化程度低、精度低的问题，难以适用于立方星。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种立方星使用的液化气推进模块，可以满足小体积、低功耗、高精度的微纳卫星推进需求。
4.为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种立方星使用的液化气推进模块，包含：
5.储箱，用于储存液化气工质；
6.与所述储箱连接的底座，用于对液化气推进模块中的阀门、传感器、微型控制器、控制开关、喷嘴进行集成安装。
7.可选地，所述阀门，包含用于将高压工质减压到指定低压的减压阀；
8.所述传感器，包含用于测量高压端压力的高压压力传感器，和用于测量低压端压力的低压压力传感器；
9.所述控制开关，包含推进模块回路的总开关，和控制喷嘴的喷嘴开关。
10.可选地，所述液化气推进模块通过将底座与不同高度的储箱连接，得到不同的工质储存容量；所述液化气推进模块的整体体积小于1u。
11.可选地，所述储箱与底座以焊接方式进行连接。
12.可选地，所述总开关包含总开关电磁阀；所述总开关电磁阀和喷嘴串联布置。
13.可选地，所述喷嘴通过喷出气体，产生推力；所述喷嘴开关包含喷嘴电磁阀，对喷嘴的开关进行控制，使其连续推力输出或者点动脉冲输出。
14.可选地，所述高压压力传感器安装在储箱内部。
15.可选地，所述低压压力传感器安装在减压阀流道处。
16.可选地，所述微型控制器与卫星平台通讯，兼容422和can通讯方式；
17.所述微型控制器用于控制所述控制开关动作，及采集所述传感器的信号。
18.可选地，所述液化气推进模块设有可作为供电和通讯接口的接插件，其与卫星平台的供电和通讯接口形成电连接和信号连接。
19.可选地，所述液化气推进模块设有充气接口，用于加注工质；
20.所述充气接口内部设置有入口单向阀。
21.本发明的液化气推进模块，具有以下的积极效果：
22.(1)采用模块化的设计理念，将阀门、传感器等几乎所有元器件集成设置在底座
上，模块体积小于1u，具有高度集成性，可方便地安装到立方星上。
23.(2)储箱和底座整体焊接；储箱可根据卫星需求改变高度来进行扩展，这样不需要更改内部结构，即可增加内部液化气存储量。
24.(3)内部集成微型控制器，可直接与卫星平台进行通讯，平台只需要提供供电和通讯接口，不需要提供控制信号。
25.(4)喷嘴可实现连续推力输出，也可以点动脉冲输出，可通过脉冲力形式实现平台的精确控制。
26.综上所述，本发明的液化气推进模块具有模块化、高精度、体积小、集成程度高的特点，满足立方星离轨、轨道保持与姿态精细调整需求；可以成为一种在未来微纳航天器技术领域具有广泛应用前景的模块化冷气推进器。
附图说明
27.图1为液化气推进模块的工作原理图；
28.图2为液化气推进模块的轴测图；
29.图3为液化气推进模块的仰视图；
30.图4为液化气推进模块去除接插件和储箱后的俯视图；
31.图中，1.接插件，2.储箱，3.底座，4.充气接口，5.喷嘴，6.高压压力传感器，7.入口单向阀，8.减压阀，9.低压压力传感器，10.减压阀流道，11.总开关电磁阀，12.喷嘴流道，13.喷嘴电磁阀，14.微型控制器。
具体实施方式
32.以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
33.本发明的液化气推进模块，可以采用四氟乙烷推进剂，通过喷管喷出推进剂产生推力，成为一种模块化冷气推进系统。该液化气推进模块的工作原理如图1所示，系统的主要部件有储箱2、减压阀8、总开关电磁阀11、喷嘴5、压力传感器、控制器电路等。储箱2用于储存液化气工质；高压压力传感器6安装在储箱2内部，用于测量高压端压力。减压阀8用于将高压工质减压到指定低压；低压压力传感器9安装在减压阀流道10位置(图4)，用于测量减压后的压力。总开关电磁阀11相当于截止阀，是控制整个回路的开关；喷嘴5内部的喷嘴电磁阀13控制喷嘴5的开关，可连续推力输出，也可点动脉冲输出，以脉冲力形式实现卫星平台的精确控制。其中，总开关电磁阀11和喷嘴5串联布置，减少工质泄露，提高了系统的可靠性。控制器采用了微型化的设计方案，可直接集成到推进模块中。
34.配合参见图2～图4的结构示意图，本发明基于模块化设计理念，提供了一款适用于立方星的液化气推进模块。该系统整体分为两部分：储箱2和底座3；高压压力传感器6，入口单向阀7，减压阀8，低压压力传感器9，总开关电磁阀11，喷嘴电磁阀13，微型控制器14等元器件均安装在底座3上，整体体积小于1u，可以大大减小系统所占的空间尺寸及重量。底座3内部开设有气体流道，可以将各部件连通。同时配置单向的充气接口4，方便系统重复验证，上天验证前可用堵头封死。
35.本发明的液化气推进模块的整体外观为长方体，储箱2和底座3组成的空间用来储存液化气工质及放置其他元器件。储箱2和底座3焊接在一起。储箱2可根据实际需求进行扩
展，长度和宽度不变，而高度改变。
36.接插件1是系统的供电和通讯接口。示例地，将该接插件1设置在储箱2顶部(见图2)。本系统可以使用四氟乙烷推进剂。当需要对系统加注工质时，可通过充气接口4进行加注；由于充气接口4内部设置入口单向阀7，因此只能从外侧加注，不会发生工质泄露。示例地，将充气接口4和喷嘴5设置在底座3的底部(见图3)。
37.微型控制器14可直接与卫星平台进行通讯，兼容422和can通讯；平台提供供电和通讯接口，无需提供控制信号。微型控制器14可以控制总开关电磁阀11和喷嘴电磁阀13动作，并采集高压压力传感器6和低压压力传感器9的压力信号。
38.喷嘴电磁阀13可长时间打开，也可以脉冲形式输出，频率和占空比由微型控制器14调节。因此，喷嘴5能够连续工作，或者点动脉冲工作，最短工作时间小于10ms，可实现精确控制。
39.当喷嘴5工作时，外部通过接插件1给系统上电；微型控制器14接收动作指令，控制总开关电磁阀11打开，工质由储箱2进入减压阀8减压，经过减压阀流道10进入总开关电磁阀11，然后进入喷嘴流道12。当收到喷嘴电磁阀13打开指令后，微型控制器14控制喷嘴电磁阀13打开，气体由喷嘴5喷出，产生推力。
40.本发明的液化气推进模块，是一种专为立方星设计的可变推力特种推力器。采用集成化和模块化设计方案，将阀门、传感器等元器件集成到底座中，整体体积小于1u，能在较大程度上降低推进系统的重量和体积，提高推进系统的有效比冲。具有模块化、高精度、体积小、集成程度高的优点，且能满足立方星功率、质量、体积、寿命等的应用需求，在航天器领域具有较为广泛的应用前景。
41.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，包含：储箱，用于储存液化气工质；与所述储箱连接的底座，用于对液化气推进模块中的阀门、传感器、微型控制器、控制开关、喷嘴进行集成安装。2.如权利要求1所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述阀门，包含用于将高压工质减压到指定低压的减压阀；所述传感器，包含用于测量高压端压力的高压压力传感器，和用于测量低压端压力的低压压力传感器；所述控制开关，包含推进模块回路的总开关，和控制喷嘴的喷嘴开关。3.如权利要求1所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述液化气推进模块通过将底座与不同高度的储箱连接，得到不同的工质储存容量；所述液化气推进模块的整体体积小于1u。4.如权利要求1或3所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述储箱与底座以焊接方式进行连接。5.如权利要求2所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述总开关包含总开关电磁阀；所述总开关电磁阀和喷嘴串联布置。6.如权利要求2所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述喷嘴通过喷出气体，产生推力；所述喷嘴开关包含喷嘴电磁阀，对喷嘴的开关进行控制，使其连续推力输出或者点动脉冲输出。7.如权利要求2所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述高压压力传感器安装在储箱内部；所述低压压力传感器安装在减压阀流道处。8.如权利要求2所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述微型控制器与卫星平台通讯，兼容422和can通讯方式；所述微型控制器用于控制所述控制开关动作，及采集传感器的信号。9.如权利要求8所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述液化气推进模块设有可作为供电和通讯接口的接插件，其与卫星平台的供电和通讯接口形成电连接和信号连接。10.如权利要求1所述立方星使用的液化气推进模块，其特征在于，所述液化气推进模块设有充气接口，用于加注工质；所述充气接口内部设置有入口单向阀。

技术总结
本发明涉及一种立方星使用的液化气推进模块，采用模块化的设计理念，将阀门、传感器、微型控制器、控制开关、喷嘴等集成安装在底座上，整体体积小，可以大大减小系统所占的空间尺寸及重量；同时与底座连接的储箱，可根据卫星需求扩展，通过改变高度来增加工质的存储量。采用微型控制器，直接与卫星平台进行通讯，无需卫星平台提供控制信号。喷嘴可连续工作，也可以点动脉冲工作。本发明的液化气推进模块具有模块化、高精度、体积小、集成程度高的特点，可以满足立方星离轨、轨道保持与姿态精细调整需求，在航天器领域具有较为广泛的应用前景。景。景。


技术研发人员：韩罗峰 朱康武 薛森文 于学文 黄文斌 鲁超 刘通 张辰乙 李航 韩飞
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/4/17