带有稳态等离子体推进器的电力推进系统的制作方法
【专利摘要】电力推进系统包括具有单个第一阴极(140A)、第一阳极(125A)和第一气体歧管的第一稳态等离子体推进器(111A)以及具有单个第二阴极(140B)、第二阳极(125B)和第二气体歧管(121B，141B)的第二稳态等离子体推进器(111B)。所述系统还包括第一和第二阴极(140A，140B)公共的电连接装置、带有用于供给气体的公共流体流动装置的第一和第二气体流速控制装置(180A，180B)以及用于在任何给定时刻仅激活与第一和第二阳极(125A，125B)的一个或另一个共同协作的第一和第二阴极(140A，140B)中的一个的选择性控制装置。
【专利说明】带有稳态等离子体推进器的电力推进系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有稳态等离子体推进器(也称为霍尔效应推进器)的电力推进系统。
【背景技术】
[0002]电力推进系统通常用于配合卫星，尤其是对地静止卫星，且电力推进系统尤其用于控制轨道。电子推进器还可以用于执行轨道转移操控(maneuver)。
[0003]由于可靠性问题，电力推进系统具有冗余设备。然而，稳态等离子体推进器的高成本阻碍其作为用于卫星的设备的发展。
[0004]因此,有必要简化这种电力推进系统的构造(architecture),并减轻其质量，同时保持令人满意的水平的冗余度和可靠性，并同时保持与将要配合这种推进系统的卫星的现有接口的兼容性。
[0005]图10示出霍尔效应推进器11的基本结构，该霍尔效应推进器11大致包括电离和放电通道24，该电离和放电通道24与阳极25及布置在电离和放电通道24的出口附近的阴极40相关联。电离和放电通道24具有由诸如陶瓷之类的绝缘材料制成的壁22。磁路34和电磁线圈31包围电离和放电通道24。来自连接到储气罐(未示出)的管道10的诸如氙气等的惰性气体经由管道21借助于与阳极25结合的气体歧管27注入到放电通道24的后部，并经由管道41进入阴极40。该惰性气体在电离和放电通道24中通过与阴极40发射的电子碰撞而电离。产生的离子通过阳极25与阴极40之间产生的轴向电场而加速并喷射。磁路34和电磁线圈31在通道24内建立磁场，该磁场大致为径向。
[0006]图10是示例性闭合电子漂移型霍尔效应推进器的示意性轴向剖视图。
[0007]在图10中，可以看到由诸如介电陶瓷等的绝缘材料制成的部分22限定的环形通道24、具有外部环形部分34和内部环形部分35的磁路、布置在推进器上游的磁轭、以及将环形部分34、35和磁轭连接在一起的中央芯(central core)。外部线圈31和内部线圈33用于在环形通道24中产生磁场。空心阴极40耦接到氙气供给装置，以在通道24的下游出口的前方形成等离子体云。阳极25布置在环形通道24中并与用于分配可电离气体(氙气)的环形歧管27相关联。推进器组件可以通过壳体来保护。阴极40可以具有加热器元件42、发射元件43和启动器元件44。气体供给管10、21和41都配合有电绝缘体元件12、
13。各个电缆51、52将阴极40的元件、阳极25以及线圈31、33连接到电源和控制电路(图10中未示出)。
[0008]尤其在下列文献中描述了霍尔效应推进器的示例:FR2693770A1 ；FR2743191A1 ；FR2782884A1 ;和 FR2788084A1。
[0009]诸如参照图10描述的霍尔效应推进器可具有与中心阳极相关联的单个阴极和用于控制向阴极供给氙气的速率的单个控制电路。因而，本实施例被简化并降低了质量。然而，这样没有了冗余，因而在阳极、阴极或控制电路发生故障的情况下不能保证可靠性。
[0010]因此，已经提出使用每个推进器包括两个阴极和两个控制电路的推进器对来提供冗余的电力推进系统，如图11和图12所示。
[0011]图11是可以类似于图10的推进器11的两个相同的霍尔效应推进器IlAUlB的正视图，但它们中的每个具有两个各自的阴极40A1、40A2或40B1、40B2和用于控制向阴极供给氙气的速率的两个电路(图11中未示出)。在图11中，每个推进器IlAUlB的构成元件被给予与在图10中相同的附图标记，但推进器IlA带有字母A并且推进器IlB带有字母B。因此不再次描述这些构成元件。
[0012]图12是用于控制图11的上述一对推进器IlAUlB的控制电路的框图，以示例的方式将所述控制电路配置为构成两个推进器组的北控制通道，以用于南北向轨道控制。
[0013]图12示出首先用于北控制通道并与外部推进器切换单元(ETSU) 70A相关联的电源处理器单元(Pro)60N。ETSU70A的北控制通道首先连接到电路80A1、80B1中的每个，用于控制与第一推进器IlA和第二推进器IlB的正常的阴极40A1、40B1相关联的氙气供给速率，其次用于电滤波器单元90A，该电滤波器单元90A用于首先将电力供给阳极25A并且其次将电力供给给第一推进器IlA的第一阴极40A1和第二阴极40B1用于北控制通道。第二PPU60S首先用于南控制通道，并且其与第二 ETSU70B相关联。ETSU70B的北控制通道首先连接到控制电路80A2、80B2中的每个，用于控制与第一推进器IlA和第二推进器IlB的冗余的阴极40A2、40B2相关联的氙气供给速率，并且其次连接到电滤波器单元90B，该电滤波器单元90B用于首先将电力供给阳极25A并且其次供给北控制通道的第二推进器IlB的第一阴极40A2和第二阴极40B2。由于完全复制了所有元件，所以如上文描述的第一 PPU60N和第二 PPU60S、第一 ETSU70A和第二 ETSU70B的北控制通道以及一组元件ION构成北控制通道的推进器IlAUlB完全冗余的组件。以类似的方式，由于复制了所有元件，与上文描述的元件类似但未再次描述的第一 PPU60N和第二 PPU60S、第一 ETSU70A和第二 ETSU70B的南控制通道以及一组元件IOS构成南控制通道的推进器IlAUlB完全冗余的组件。
[0014]虽然参照图11和图12描述的系统提供了完整的冗余，从而提供很高的可靠性，但是该系统昂贵、沉重并且无法简化系统的构造。此外，应该可以看到，当使用稳态等离子体推进器时，被称为阳极的放电电路连接到被称为阴极的、用于提取和中和离子的电路，从而将出现先验现象(priori)，难以简化诸如图11和图12的现有技术的系统之类的构造。
【发明内容】
[0015]本发明的一个目的是使用霍尔效应推进器或者封闭电子漂移型等离子体推进器改善现有技术电力推进系统的上述缺点，从而简化这种系统的构造并降低其成本，同时在系统的任何一个部件发生故障的情况下保持可靠性。
[0016]这些目的可通过一种带有稳态等离子体推进器的电力推进系统来实现，所述系统包括:至少一个用于在高压下调节气体输送的装置；第一和第二电源处理器单元(PPU);第一和第二外部推进器切换单元(ETSU);第一和第二电滤波器；以及并置的第一和第二稳态等离子体推进器；所述第一稳态等离子体推进器包括第一电离通道、布置在所述第一电离通道的出口附近的单个第一阴极、与所述第一电离通道相关联的第一阳极、第一气体歧管和用于围绕所述第一电离通道产生磁场的第一装置，并且所述第二稳态等离子体推进器包括第二电离通道、布置在所述第二电离通道的出口附近的单个第二阴极、与所述第二电离通道相关联的第二阳极、第二气体歧管和用于围绕所述第二电离通道产生磁场的第二装置；所述电力推进系统的特征在于其还包括:电连接装置，被所述第一阴极和所述第二阴极共用；第一和第二气体流速控制装置，分别与所述第一稳态等离子体推进器和第二稳态等离子体推进器中的每个相关联，带有用于将气体从所述用于在高压下调节气体输送的装置供给到所述第一阳极和所述第二阳极以及所述第一阴极和所述第二阴极的公共流体流动装置；以及用于选择性地控制在任何给定时刻仅激活与所述第一阳极和所述第二阳极中的一个共同协作的所述第一阴极和所述第二阴极中的一个的装置。
[0017]与每个稳态等离子体推进器(SPT)具有完全冗余的包括两个阴极的系统相比，这样的系统得到了简化，但因为存在两个阳极并因为一个SPT的故障阴极可以被另一个SPT的阴极取代，通过结构使这种协作变得可能，所以仍保持很高的可靠性。
[0018]本发明的系统带有两个不同的并置SPT的两个阴极公用的电气和流体流动连接，由此使得构造相比于具有两个阴极的SPT更简单，同时仍能以近似于完全冗余的方式交叉运行阴极，只要第一 SPT具有第一阳极Al和第一阴极K1，而第二 SPT具有第二阳极A2和第二阴极K2，从而可以使用以下四种运行配置中的任一种以保证即使在阳极Al和A2中的一个或另一个的运行发生故障同时阴极Kl和K2中的一个或另一个的运行发生故障的情况下仍能工作:
[0019]阳极Al+阴极Kl
[0020]阳极A2+阴极K2
[0021]阳极Al+阴极K2
[0022]阳极A2+阴极Kl
[0023]在第一具体实施例中，所述公共流体流动装置包括第一分支和第二分支，所述第一分支至少具有:第一控制进气阀；第一热致紧缩元件；以及第一组三个次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀(可控阀,controlled valve),并分别连接至所述第一阴极、所述第一阳极和所述第二阴极；并且所述第二分支至少具有:第二控制进气阀；第二热致紧缩元件；以及第二组三个次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀，并且分别连接到所述第一阴极、所述第二阴极和所述第二阳极。
[0024]在这种情况下，且有利地，所述第一气体流速控制装置具有用于控制所述第一控制进气阀的线圈，和用于控制所述第一组三个次级分支的各自的所述控制阀的选择性控制器，并且所述第二气体流速控制装置具有用于控制所述第二控制进气阀的线圈，和用于控制所述第二组三个次级分支的各自的所述控制阀的选择性控制器。
[0025]在第二个具体实施例中，所述公共流体流动装置包括第一分支和第二分支，所述第一分支至少具有:第一控制进气阀；第一热致紧缩元件；和第一组第一次级分支和第二次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀，该第一次级分支被连接到所述第一阳极，且该第二次级分支被首先经由第一附加控制阀连接到所述第一阴极，其次经由第二附加控制阀连接到所述第二阴极；并且所述第二分支至少具有:第二控制进气阀；第二热致紧缩元件；和第二组第一次级分支和第二次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀，该第一次级分支被连接到所述第二阳极，并且该第二次级分支被首先经由所述第一附加控制阀连接到所述第一阴极，其次经由所述第二附加控制阀连接到所述第二阴极。
[0026]在这种情况下，且有利地，所述第一气体流速控制装置具有并联连接的线圈，用于同时控制所述第一控制进气阀、所述第一分支的所述第一次级分支的控制阀以及所述第一分支的所述第二次级分支的控制阀，所述第二气体流速控制装置具有并联连接的线圈，用于同时控制所述第二进气控制阀、所述第二分支的所述第一次级分支的控制阀以及所述第二分支的所述第二次级分支的控制阀，所述第一气体流速控制装置和所述第二气体流速控制装置还具有公共控制线圈，用于控制所述第一附加控制阀和所述第二附加控制阀，使得所述第一附加控制阀和所述第二附加控制阀中的一个或另一个在任何给定时刻被打开。
[0027]在第三个可能的实施例中，所述公共流体流动装置包括第一分支和第二分支，所述第一分支至少具有:第一控制进气阀；第一热致紧缩元件；和第一组两个次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀，并分别连接至所述第一阴极和所述第一阳极；并且所述第二分支至少具有:第二控制进气阀；第二热致紧缩元件；和第二组两个次级分支，每个次级分支具有各自的控制阀，并分别连接到所述第二阴极和所述第二阳极。
[0028]在这种情况下，且有利地，所述第一气体流速控制装置具有线圈，用于分别控制所述第一控制进气阀和第一组两个次级分支的各自的控制阀，所述第二气体流速控制装置具有用于分别控制所述第二控制进气阀和第二组两个次级分支的各自的控制阀的线圈，并且，所述第一气体流速控制装置和所述第二气体流速控制装置与用于选择性地控制到所述线圈的电力供应的切换模块相关联。
[0029]所述至少一个过滤器可以与每个控制阀相关联。
[0030]本发明的系统还可以包括并置的第三稳态等离子体推进器和第四稳态等离子体推进器，其类似于上述并置的第一稳态等离子体推进器和第二稳态等离子体推进器，并且与所述至少一个用于在高压下调节气体输送的装置、所述第一 PPU和所述第二 PPU、所述第一切换单元和所述第二切换单元以及所述第一电滤波器和所述第二电滤波器协同工作。
[0031]因此，通过举例的方式，可以提供一种非常高水平可靠性的卫星的南北向控制，同时采用一种比一组四个稳态等离子体推进器(每个具有两个阴极)的结构更简单且花费更低廉的构造。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]通过下面参照附图对作为非限制性示例的特定实施例的描述，显示了本发明的其它特征和优点，在附图中:
[0033]图1是适于并入本发明的电力推进系统的一组单阴极稳态等离子体推进器的正视图；
[0034]图2是与根据本发明的一组稳态等离子体推进器相关联的一组控制和供给电路的方框图；
[0035]图3是图2的控制和供给电路的一部分的方框图，示出了一组单阴极稳态等离子体推进器的阴极的交叉电连接；
[0036]图4和图5是用于控制对本发明的电力推进系统的单阴极稳态等离子体推进器供给可电离气体的流速的电路的第一实施例的电路和流路图；
[0037]图6和图7是用于控制对本发明的电力推进系统的单阴极稳态等离子体推进器供给可电离气体的流速的电路的第二实施例的电路和流路图；
[0038]图8和图9是用于控制对本发明的电力推进系统的单阴极稳态等离子体推进器供给可电离气体的流速的电路的第三实施例的电路和流路图；[0039]图10是现有技术稳态等离子体推进器的示例的示意性剖视图；
[0040]图11是适于并入电力推进系统的现有技术的一组双阴极稳态等离子体推进器的正视图；以及
[0041]图12是与图11的现有技术的双阴极稳态等离子体推进器相关联的完全冗余的一组控制和供给电路的方框图。
【具体实施方式】
[0042]本发明使用与上文参照图10和图11描述的推进器具有相同的基本结构的霍尔效应推进器或稳态等离子体推进器(SPT)，但与完全冗余的现有技术的推进器不同的是，每个推进器仅具有一个阴极。
[0043]本发明还适用于类似类型的电力推进器，例如，诸如同轴型分级等离子体推进器(staged plasma thruster)。
[0044]图1是适于并入本发明的电力推进系统的一组两个并置的单阴极稳态等离子体推进器111A、11 IB的正视图。
[0045]在图1中，可以看出，对于每个SPT111A、111B，诸如电介质陶瓷等绝缘材料制成的部分122A、122B限定的环形通道124A、124B，具有外部环形部分134A、134B和内部环形部分135AU35B的磁路，布置在推进器上游的磁轭，以及将磁轭视情况连接到环形部分134A、135A或134B、135B的中央芯。外部线圈131A、131B和内部线圈133A、133B用于在环形通道124A、124B中产生磁场。在变型例中，借助于永磁体，也可以在环形通道中建立磁场。空心阴极140AU40B耦接到氙气供给装置，以便在通道124AU24B的下游出口的前方形成等离子体云。阳极125A、125B设置在环形通道124A、124B中并与用于分配可电离气体(氙气)的环形歧管相关联。推进器组件可以通过壳体来保护。
[0046]阴极140AU40B可以包括加热器、发射器和启动器元件。气体供给管配合有电绝缘元件。各个电缆将阴极140AU40B和阳极125AU25B以及线圈131A、131B和133AU33B连接到电源和控制电路(图1中未示出)。
[0047]图2是带有其控制模块的本发明的电力推进系统的一般构造的方框图。
[0048]第一主电源处理器单元(PPU) 160N与如在图1中所示的一对并置的稳态等离子体推进器111A、11IB相关联，并且例如可以用于控制卫星的南北定向。PPU160N与外部推进器切换单元(ETSU) 170N相关联，该ETSU170N包括用于在构成北控制通道的一个组IION和构成南控制通道的相同的一个组IlOS之间切换的北控制通道切换单元170A和南控制通道切换单元170' A0
[0049]以类似的方式，第二 PPU160S与类似于图1中所示的另一对并置的稳态等离子体推进器相关联，并且同样可以例如用于控制卫星的南北定向。PTO160S与ETSU170S相关联，该ETSU170S具有用于在构成北控制通道的一个组IION和构成南控制通道的相同的一个组IlOS之间切换的北控制通道切换单元170B和南控制通道切换单元17(V B。
[0050]两个PPU160N和160S的存在提供了控制电路中的冗余。
[0051]下面的描述本质上集中于第一通道(例如北控制通道110N)的构成元件，第二通道(南控制通道110S)的构成元件与之相同。
[0052]图2示出ETSU切换开关170N的北切换单元170A用于将第一 PPU160N连接到电滤波器190A，并为线圈131A、133A提供电力用于在第一 SPT111A的电离和放电通道124A和第一 SPTlIIA的阴极140A的阳极125A周围建立磁场。此外，在PPU160N与用于控制第一SPTlIIA的气体流速的装置180A之间经由ETSU170N的北控制通道切换单元170A的连接被用来控制装置180A。
[0053]PTO160N接收由诸如太阳能电池板等的外部源产生的电力，并将通常会以50伏或100伏的电压传递的此电力转换成几百伏数量级的更高的电压。
[0054]PPU160N特别包括用于产生施加到气体流速控制装置180A的模拟控制信号的电路。
[0055]Proi60N接收由与用于调节从储气罐(未示出)输送到气体流速控制装置180A的气体压力的模块(未示出)相关联的控制电路传送的数据。
[0056]因此，可电离气体(诸如氙气)的储气罐连接到压力调节模块，该压力调节模块本身连接到气体流速控制装置180A，用于经由软管分别向放电通道内与气体歧管结合的阴极140A和阳极125A供给。
[0057]与PPU160N相关联的控制电路接收关于传感器和气体压力调节模块中的阀的状态的信息，并且接收外部数据。由控制电路传输给PPU160N的数据使得能够生成施加到气体流速控制装置180A的模拟控制信号。
[0058]在一般情况下，根据本发明的一个重要特征，PPU160N由这样的电路构成，该电路首先用于提供低动力进给(power feed)给气体流速控制装置180A,其次提供高动力进给给电磁线圈131A、133A，给阴极140A以及给阳极125A，并且以可选择的方式经由交叉连接，提供给冗余SPT111B的阴极140B。
[0059]PPU160S类似于PPU160N。ETSU170S的北控制通道切换单元170B用于向冗余SPT111B的元件(即气体流速控制装置180B和供给线圈131B、133B)提供电力，并经由电滤波器190B、阳极125B和阴极140B，并且以可选择的方式经由交叉连接向额定SPTlll的阴极140A提供电力，从而同样构成本发明的重要特征。
[0060]图3更详细地示出带有切换单元170N、170S和电滤波器190A、190B的PPU160N、160S的示例性实施例以及在同一时间仅使两个阴极中的一个能够被激活的两个阴极140AU40B的交叉电连接线。
[0061]图3所示的PPU160N包括输入电容器201，用于将输入电压施加到转换器电路210，该转换器电路210可以包括分别供给变压器213A、213B的一次侧的逆变器。变压器213A的二次侧连接到用于阳极125A的电源模块221和用于电磁线圈133A的电源模块222。变压器213B的二次侧连接到用于阳极125A的电源模块、阴极140A的启动器模块223以及阴极140A的加热器模块224。
[0062]输入电压还施加到对DC-DC变压器212的一次侧供给的直流-直流(DC-DC)转换器，DC-DC变压器212的二次侧连接到用于控制热致紧缩(thermostriction)元件的控制模块225和用于控制电磁阀的控制模块226。
[0063]转换器210还可以包括用于选择性控制模块221到226的操作的定序器装置(sequencer device)。
[0064]转换器210还可以包括用于远程测量和远程控制的各种接口。
[0065]在一般情况下，PPU160N(以与PPU160S类似的方式)执行以下功能:对放电供电(SPT的阳极-阴极电压)，对SPT中存在的电磁线圈供电，启动并在需要时加热阴极，以及执行用于进气电磁阀和热致紧缩构件的辅助供电功能。
[0066]PPU160N(或160S)还特别合并了以下功能:电流限制；过压检测；定时；放电电流阈值检测；以及通过改变可电离气体的流速对放电电流的调节(热致紧缩)。本发明使得尤其可以保持所有这些功能，同时保持在SPT111A和IllB的阴极140A和140B的操作之间切换的可能性。
[0067]如在图3中可以看出，SPTlIIA的阴极140A通过线路191被永久地连接到SPTlIIB的阴极140B。阴极140B的加热器元件142B和阴极140B的启动器电极144B同样经由各自的线路193、192和切换单元170N选择性地分别连接到加热器模块224和启动器模块223。因此，在图3所示的正常情况下，加热器模块224连接到阴极140A的加热器元件，并且启动器模块223连接到阴极140A的启动器电极，但在阴极140A发生故障的情况下，切换单元170N使模块224和223经由线路193分别被切换到阴极140B的加热器元件142B以及经由线路192切换到阴极140B的启动器电极144B，从而使连接到阴极140A的阴极140B工作。启动器电极144A、144B是必不可少的，而加热器元件142A、142B有用但是可选的。
[0068]在图3中，示出切换单元170S在其正常工作位置，用于对南控制通道的SPT (未示出)供电，即，经由切换单元170N的北控制通道向北控制通道的正常的SPT111A供电，并且北控制通道的冗余SPTlIIB不投入使用，但准备好在SPT111A故障的情况下，仅通过将放置在模块223和224的输出端处的第一切换开关227、228进行切换，而经由切换单元170N的北控制通道投入使用。然而，在PPU160N的电路故障的情况下，Proi60S的北控制通道的电路、切换单元170S以及电滤波器190B可用于向SPTlIIB供电。
[0069]参照图4至图9，以下为气体流速控制装置180A和180B的流体流动和电气结构的三个可能的实施例的描述。
[0070]图4、图6和图8示出气体流速控制装置180A和180B的电气部分，而图5、图7和图9示出这些装置的公共流体流动装置300、300’、300’ ’，其中各种元件用于连接到储气罐的气体调节器装置的出口 310与SPT111A和IllB中的用于接收可电离气体的元件(S卩，分别与放电通道124AU24B中的电极125AU25B以及阴极140A、140B相关联的气体歧管)之间。
[0071]在图4和图5所示的实施例中，图5中示出公共流体流动装置300具有第一分支311和第二分支334，该第一分支311带有第一控制进气阀313、第一热致紧缩元件314、以及第一组三个次级分支320、327和333，每个次级分支具有各自的控制阀318、325和331并分别经由线路141AU21A和141B连接到第一阴极140A、第一阳极125A和第二阴极140B，该第二分支334带有第二控制进气阀门336、第二热致紧缩元件337以及第二组三个次级分支344、350和357，每个次级分支具有各自的控制阀342、348和355并分别经由线路141A、141B和121B连接到第一阴极140A、第二阴极140B和第二阳极125B。
[0072]过滤器312、315、317、319、322、324、326、328、330、332、335、339、341、343、345、347、349、352、354 和 356 可以与各种电磁阀 313、316、325、331、336、342、348 和 355 相关联。流速减速器316、323、329、340、346和353优选地与电磁阀318、325、331、342、348和355相关联。柔性软管可以介于分支327和357之间，以及还位于线路121A和121B之间。柔性软管还可以介于线路141A与汇合于点359的线路320和344之间。柔性软管还可以介于线路141B与汇合于点358的线路333和350之间。
[0073]图4中所示的第一气体流速控制装置180A具有并联连接的线圈413、425，用于同时控制第一控制进气阀313和连接到第一阳极1252A的次级分支327的控制阀325。用于控制次级分支320、333的各自控制阀318、331的线圈418、431与并联连接的线圈413和425串联连接，从而在任何给定情况下打开阀318、331中的一个或另一个。
[0074]未在图4中示出但与装置180A类似并与PPU160N协同工作的第二气体流速控制装置180B具有并联连接的线圈，以同时控制第二控制进气阀336和连接到第二阳极125B的次级分支357的控制阀355。用于控制次级分支344、350的各个控制阀342、348的线圈与上述并联连接串联连接，从而在任何给定情况下打开阀342、348中的一个或另一个。
[0075]在图4和图5的实施例中，包括四个电磁阀的气体流速控制装置180AU80B特别容易设置为简化的布线。
[0076]在图6和图7的实施例中，公共流体流动装置300’具有第一分支311，该第一分支311带有第一控制进气阀313、第一热致紧缩元件314以及第一组第一和第二次级分支327、333，每个次级分支具有各自的控制阀325、331。第一次级分支327通过线路121A连接到第一阳极125A，并且第二次级分支333连接到节点360，该节点360本身首先经由第一附加控制阀362连接到用于第一阴极140A的电源线141A，其次经由第二附加控制阀366连接到用于第二阴极140B的电源线141B。
[0077]公共流体流动装置300’具有第二分支334，该第二分支334带有第二控制进气阀336、第二热致紧缩元件337和第二组第一和第二次级分支357、350，每个次级分支都具有各自的控制阀355、348。第一次级分支357连接到用于第二阳极125B的电源线121B，并且与分支333类似地，第二次级分支350连接到公共节点360，该公共节点360本身首先经由第一附加控制阀362连接到用于第一阴极140A的电源线141A，其次经由第二附加控制阀366连接到用于第二阴极140B的电源线141B。
[0078]如同在图4和图5的实施例中，流速减速器323、329、346和353有利地与各个阀 325、331、348 和 355 相关联，并且过滤器 313、322、324、328、330、332、335、345、347、349、352、354、356、361、363、365和367与各种电磁阀相关联。
[0079]经由切换单元170N连接到PPU160N的第一气体流速控制装置180A包括并联连接的线圈513、525和531,用于同时控制第一控制进气阀313、第一分支311的第一次级分支327的控制阀325以及第一分支311的第二次级分支333的阀331。
[0080]经由切换单元170S连接到PPU160S的第二气体流速控制装置180B包括并联连接的线圈536、555和548，用于同时控制第二控制进气阀336、第二分支334的第一次级分支357的控制阀355以及第二分支334的第二次级分支350的控制阀348。
[0081]第一和第二气体流速控制装置180A、180B还具有公共线圈562、566，用于控制第一和第二附加控制阀363、366。诸如电开关或继电器571、572之类的少数部件与线圈562、566相关联，以将它们连接到PPU160N。在包含线圈562、566和部件571、572的并联连接的单元能够在配置上得到简化的条件下，图6和图7的实施例还构成相对于全冗余结构更简化的构造。
[0082]在图8和图9的实施例中，公共流体流动装置300’ ’具有第一分支311，该第一分支311带有第一控制进气阀313、第一热致紧缩元件314和第一组两个次级分支320、327，每个次级分支都具有各自的控制阀318、325并分别连接到用于第一阴极140A的电源线141A和用于第一阳极125A的气体歧管的电源线121A。公共流体流动装置300’’还具有第二分支334，该第二分支334带有第二控制进气阀336、第二热致紧缩元件337以及第二组两个次级分支350、357，每个次级分支都具有各自的控制阀348、355，并分别连接到用于第二阴极140B的电源线141B和用于第二阳极125B的电源线121B。
[0083]第一气体流速控制装置180A具有线圈613、625和618，分别用于控制第一控制进气阀313以及第一组两个次级分支320、327各自的阀318和325。
[0084]第二气体流速控制装置180B具有线圈636、648和655，分别用于控制第二控制进气阀336以及第二组两个次级分支350、357各自的控制阀348、355。
[0085]第一和第二气体流速控制装置180A、180B经由切换单元170N、170S分别连接到PPU160NU60S。然而，具有很少数量的部件(诸如电开关或继电器661到667)的切换模块660介于切换单元170N、170S与第一和第二气体流速控制装置180A、180B之间，以便可能在交叉模式中工作，即一个SPT的阳极和并置的另一 SPT的阴极。
[0086]借助于切换模块660，可以以单独方式分别控制热致紧缩元件314、337及其相关联的阀313、318、325和336、348、355，从而可以获得下列控制模式:
[0087]a)向线圈613、625和618供电以打开阀313、318和325，并应用热致紧缩314，即，使用第一阳极125A和第一阴极140A(经由切换开关661、662和663连接)。
[0088]b)向线圈613、625、636和648供电以打开阀313、325、336和348，并应用被电并联供电的热致紧缩314和337，即，使用第一阳极125A和第二阴极140B (经由切换开关664、665和667连接)。
[0089]c)向线圈636、648和655供电以打开阀336、348和355，并应用热致紧缩337，即，使用第二阳极125B和第二阴极140B(经由切换开关665、666和667连接)。
[0090]d)向线圈636、655、613和618供电以打开阀336、355、313和318，并应用被电并联供电的热致紧缩314和337，即，使用第二阳极125B和第一阴极140A(经由切换开关664、661,663 和 665 连接)。
[0091]图8和图9的实施例的结构同样易于设置且涉及最少的部件。在这种情况下，在使用交叉模式工作时，因为每个热致紧缩314、337仅与一个次级分支320或327或相应的350或357 —起使用，所以偶尔阴极工作而消耗少量额外的气体。
【权利要求】
1.一种带有稳态等离子体推进器的电力推进系统，所述系统包括: 至少一个用于在高压下调节气体输送的装置(310)； 第一电源处理器单元(PPU，160N)和第二电源处理器单元(160S)； 第一外部推进器切换单元(ETSU，170A)和第二外部推进器切换单元(170B)； 第一电滤波器(190A)和第二电滤波器(190B);以及 并置的第一稳态等离子体推进器(IllA)和第二稳态等离子体推进器(IllB)； 所述第一稳态等离子体推进器包括第一电离通道(124A)、布置在所述第一电离通道(124A)的出口附近的单个第一阴极(140A)、与所述第一电离通道(124A)相关联的第一阳极(125A)、第一气体歧管(121A，141A)和用于围绕所述第一电离通道(124A)产生磁场的第一装置(131A，133A)，并且所述第二稳态等离子体推进器包括第二电离通道(124B)、布置在所述第二电离通道(124B)的出口附近的单个第二阴极(140B)、与所述第二电离通道(124B)相关联的第二阳极(125B)、第二气体歧管(121B，141B)和用于围绕所述第二电离通道(124B)产生磁场的第二装置(131B，133B)； 所述电力推进系统的特征在于其还包括: 电连接装置(191至193)，被所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)共用； 第一气体流速控制装置(180A)和第二气体流速控制装置(180B)，分别与所述第一稳态等离子体推进器(IllA)和第二稳态等离子体推进器(IllB)相关联，带有用于将气体从所述用于在高压下调节气体输送的装置(310)供给到所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)以及所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)的公共流体流动装置(300 ；300’ ;300，，);以及 用于选择性地控制在任何给定的时刻仅激活与所述第一阳极(125A)和所述第二阳极(125B)中的一个共同协作的所述第一阴极(140A)和所述第二阴极(140B)中的一个的装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共流体流动装置(300)包括第一分支(311)和第二分支(334)，所述第一分支(311)至少具有:第一控制进气阀(313);第一热致紧缩元件(314);以及第一组三个次级分支(320，327，333)，所述第一组三个次级分支(320，327，333)中的每个次级分支具有各自的控制阀(318，325，331)，并分别连接至所述第一阴极(140A)、所述第一阳极(125A)和所述第二阴极(140B);并且所述第二分支(334)至少具有:第二控制进气阀(336);第二热致紧缩元件(337);以及第二组三个次级分支(344，350，357)，所述第二组三个次级分支(344，350，357)中的每个次级分支具有各自的控制阀(342，348，355)，并且分别连接到所述第一阴极(140A)、所述第二阴极(140B)和所述第二阳极(125B)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一气体流速控制装置(180A)具有用于控制所述第一控制进气阀(313)的线圈(413，425，418，431)，和用于控制所述第一组三个次级分支(320，327，333)各自的所述控制阀(318，325，331)的选择性控制器，并且，所述第二气体流速控制装置(180B)具有用于控制所述第二控制进气阀(336)的线圈，和用于控制所述第二组三个次级分支(344，350，357)各自的所述控制阀(342，348，355)的选择性控制器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共流体流动装置(300’)包括第一分支(311)和第二分支(334)，所述第一分支(311)至少具有:第一控制进气阀(313);第一热致紧缩元件(314);和第一组第一次级分支(327)和第二次级分支(333)，所述第一组第一次级分支(327)和第二次级分支(333)中的每个次级分支具有各自的控制阀(325，331)，该第一次级分支(327)被连接到所述第一阳极(125A)，且该第二次级分支(333)被首先经由第一附加控制阀(362)连接到所述第一阴极(140A)，其次经由第二附加控制阀(366)连接到所述第二阴极(140B);并且所述第二分支(334)至少具有:第二控制进气阀(336)；第二热致紧缩元件(337);和第二组第一次级分支(357)和第二次级分支(350)，所述第二组第一次级分支(357)和第二次级分支(350)中的每个次级分支具有各自的控制阀(355，348)，该第一次级分支(357)被连接到所述第二阳极(125B)，并且该第二次级分支(350)被首先经由所述第一附加控制阀(362)连接到所述第一阴极(140A)，其次经由所述第二附加控制阀(366)连接到所述第二阴极(140B)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一气体流速控制装置(180A)具有并联连接的线圈(513，525，531)，用于同时控制所述第一控制进气阀(313)、所述第一分支(311)的所述第一次级分支(327)的控制阀(325)以及所述第一分支(311)的所述第二次级分支(333) 的控制阀(331)，所述第二气体流速控制装置(180B)具有并联连接的线圈(536，555，548)，用于同时控制所述第二进气控制阀(336)、所述第二分支(334)的所述第一次级分支(357)的控制阀(355)以及所述第二分支(334)的所述第二次级分支(350)的控制阀(348)，并且，所述第一气体流速控制装置(180A)和所述第二气体流速控制装置(180B)还具有公共控制线圈(562，566)，用于控制所述第一附加控制阀(362)和所述第二附加控制阀(366)，使得所述第一附加控制阀(362)和所述第二附加控制阀(366)中的一个或另一个在任何给定的时刻打开。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共流体流动装置(300’’)包括第一分支(311)和第二分支(334)，所述第一分支(311)至少具有:第一控制进气阀(313);第一热致紧缩元件(314);和第一组两个次级分支(320，327)，所述第一组两个次级分支(320，327)中的每个次级分支具有各自的控制阀(318，325)，并分别连接至所述第一阴极(140A)和所述第一阳极(125A);并且所述第二分支(334)至少具有:第二控制进气阀(336);第二热致紧缩元件(337);和第二组两个次级分支(350，357)，所述第二组两个次级分支(350，357)中的每个次级分支具有各自的控制阀(348，355)，并分别连接到所述第二阴极(140B)和所述第二阳极(125B)。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一气体流速控制装置(180A)具有线圈出13，625，618)，用于分别控制所述第一控制进气阀(313)和所述第一组两个次级分支(320，327)的各自的控制阀(318，325)，所述第二气体流速控制装置(180B)具有用于分别控制所述第二控制进气阀(336)和所述第二组两个次级分支(350，357)的各自的控制阀(348，355)的线圈，并且，所述第一气体流速控制装置(180A)和所述第二气体流速控制装置(180B)与切换模块(660)相关联，用于选择性地控制到所述线圈的电力供应。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个过滤器与各自的控制阀相关联。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，还包括并置的第三稳态等离子体推进器和第四稳态等离子体推进器，所述第三稳态等离子体推进器和第四稳态等离子体推进器类似于所述并置的第一稳态等离子体推进器和第二稳态等离子体推进器，并且与所述至少一个用于在高压下调节气体输送的装置(310)、所述第一 PPU(160N)和所述第二PPU(160S)、所述第一切换单元(170A)和所述第二切换单元(170B)以及所述第一电滤波器(190A)和所述第二电滤波器(190B)协同工作 。
【文档编号】B64G1/42GK103917779SQ201280055390
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】安东尼·克劳得·博纳德·洛兰 申请人:斯奈克玛公司