固体冷气微推进系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体冷气微推进系统。包括依次连接的储气室、电磁阀、微型电阻加热器，所述的储气室设置有压力传感器和多个氮气生成器，所述的微型电阻加热器由硅片和加热电阻构成，其中，硅片内设置通气槽和拉瓦尔形喷口，通气槽进气端与电磁阀连接，通气槽出气端与拉瓦尔形喷口连接，加热电阻设置在玻璃基底上，所述硅片与玻璃基底键合。本发明以固体氮气生成器取代高压储气罐储存氮气，大大减少了整个系统的体积和质量；在氮气从喷口喷出之前经过微型电阻加热器加热，达到一定的温度后再喷出，增加了氮气喷出后所产生的推力，提高了整个微推进系统的推进效率，且推力小，精度高。
【专利说明】固体冷气微推进系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微推进系统，特别是一种固体冷气微推进系统，属于空间推进领域。
【背景技术】
[0002]近年来，为满足战略需求，各军事强国都在积极发展具备快速响应能力的微纳卫星。微纳卫星编队可实现传统大卫星的功能，如组成分布式SAR、通讯星座、导航星座、光学成像系统等，特别是在快速响应系统和应急系统中，其作用无可替代。微纳卫星编队飞行是指各卫星相互协同以实现单颗大卫星的功能。编队飞行卫星可以随时加入和退出，具有很高的自主性，系统具有很高的重构性、冗余性、安全可靠性，可降低对地球站的依赖。
[0003]微推进系统是微纳卫星的核心部件，用以实现微纳卫星的姿态控制、轨道转移和保持。微纳卫星的发展迫切需要配置能够提供高精度、小冲量、结构简单的微型推进系统，对整个微推进系统也提出了很多要求。一方面由于微纳卫星质量轻、体积小、高度集成化和自动化等特点，在一般的系统约束中，最明显的是质量和尺寸限制，因而为了适应微纳卫星的独特需求，必须显著降低推进系统的质量和尺寸。另一方面在微纳卫星完成某些特定任务时，要求实施控制的推进器单元能够在整个工作任务时间内稳定提供应有的控制精度和时长，且在工作期间具有高稳定度，能保持卫星精度的稳定控制。常规冷气推进系统一般由高压储气罐、放气阀、缓压储气罐、稳压组件、电磁阀、喷口和连接件等几部分组成，其工作原理是贮存在高压储气罐中的高压气体经过放气阀释放到缓压储气罐内经过稳压组件的减压和稳压，在控制系统给出指令后，电磁阀开启，气体经喷口喷出产生控制所需的推力。但是常规冷气推进系统配备有质量较大的高压储气装置，很难应用在一些微纳卫星上，并且气体储存在高压储气罐内，难以避免出现气体泄漏问题，因而不能应用于一些长期空间飞行任务。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种固体冷气微推进系统。
[0005]本发明的一种固体冷气微推进系统，包括依次连接的储气室、电磁阀、微型电阻加热器(Microresistojet)，所述的储气室内设置有压力传感器和多个氮气生成器，所述的微型电阻加热器由硅片和加热电阻构成，其中，硅片内设置通气槽和拉瓦尔形喷口，通气槽进气端与电磁阀连接，通气槽出气端与拉瓦尔形喷口连接，加热电阻设置在玻璃基底上，所述硅片与玻璃基底键合。
[0006]所述的氮气生成器包括壳体、点火装置、点火装药、氮气发生剂和气体处理装置，所述点火装药、氮气发生剂、气体处理装置自上而下依次设置在壳体的药室内，所述点火装置固定在壳体的帽壳内并设置在点火装药上方，帽壳与药室固定。
[0007]上述氮气生成器中，所述气体处理装置包括气体处理层和金属过滤网，所述氮气发生剂与气体处理层连接。[0008]上述氮气生成器中，所述氮气发生剂以重量百分数计，包括60-90%产气剂、5-20%粘结剂和5-20%化学冷凝剂，其中，产气剂为NaN3,粘结剂为碱金属硅酸盐，优选硅酸钠或硅酸钾，化学冷凝剂为LiF。
[0009]上述氮气生成器中，所述气体处理层由细沙层和活性炭层组成，所述氮气发生剂与细沙层连接，所述的细沙层占氮气发生剂质量的10-40%，优选33% ;所述的活性炭层占氮气发生剂质量的5-25%，优选17%。
[0010]上述氮气生成器中，所述气体处理层由2-3层微孔过滤网组成，微孔过滤网的孔径为50?300 μ m。
[0011]上述氮气生成器中，所述金属过滤网厚度为Imm,孔径为0.4mm。
[0012]上述微型电阻加热器中，所述通气槽的槽深为200 μ m，槽宽为100 μ m。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0014]1.以固体氮气生成器取代高压氮气储气罐，大大减少了整个系统的体积和质量；
[0015]2.气体量可通过调节氮气生成器数量、结构和氮气发生剂质量进行调控；
[0016]3.在氮气从喷口喷出之前经过微型电阻加热器加热，达到一定的温度后再喷出，增加了氮气喷出后所产生的推力，提高了整个微推进系统的推进效率。
[0017]4.设计出的推进系统所产生的推力小，精度高，一般为毫牛量级，也可达到微牛量级，并且质量轻寿命长，可应用于微纳卫星长期空间飞行任务中。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明固体冷气微推进系统结构示意图。
[0019]图2为本发明氮气生成器结构图。
[0020]图3为本发明微型电阻加热器结构图(其中，a为硅片，b为玻璃基底)。
[0021]图4为本发明氮气生成器外型尺寸示意图。
[0022]图5为本发明储气室外型尺寸示意图(其中，a为盖子，b为腔体)。
【具体实施方式】
[0023]本发明中氮气生成器I的壳体分为帽壳和药室两部分，点火装置6固定在帽壳内，点火装药7、氮气发生剂8、气体处理装置9自上而下依次放置在药室内，其结构如图2所
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[0024]点火装置6的选择可根据对所产气体纯度要求来选择，若对纯度要求不是很高，可选择一些烟火类点火装置(如点火头)，若对气体纯度要求较高，可选择电阻丝或半导体桥这类MEMS点火元件。
[0025]药室内，装药的最上层为点火装药7，点火装置6触发后，首先点燃点火装药7，使其分解产生大量热点燃下层氮气发生剂8，提高点燃氮气发生剂8的可靠性。为了避免产生杂质气体，点火装药7选择放热量高、产气量少的铝热剂，配方可以是Al/Cu0、Al/Fe203、Al/Mo2O3等。由于铝热剂感度高，在某些特殊情况下，为了降低点火装药7的感度、提高点火可靠性、提高氮气纯度，使用Al/Ni复合薄膜代替点火装药7。在Al/Ni复合薄膜两端连两根脚线，通电发火后可产生大量热，并且可通过调节Al/Ni复合薄膜的厚度来控制产热量的大小。该点火方式安全可靠，且薄膜所占体积小，这样便可适当增加氮气发生剂8的剂量。[0026]药室内，装药的第二层为氮气发生剂8，该层装药最重要的特点是氮气发生剂8为多孔装药，孔隙率在20~80%，优选在30~60%，孔隙率的计算公式:
[0027]
【权利要求】
1.一种固体冷气微推进系统，其特征在于，包括依次连接的储气室、电磁阀、微型电阻加热器，所述的储气室设置有压力传感器和多个氮气生成器，所述的微型电阻加热器由硅片和加热电阻构成，其中，硅片内设置通气槽和拉瓦尔形喷口，通气槽进气端与电磁阀连接，通气槽出气端与拉瓦尔形喷口连接，加热电阻设置在玻璃基底上，所述硅片与玻璃基底键合。
2.根据权利要求1所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述的氮气生成器包括壳体、点火装置、点火装药、氮气发生剂和气体处理装置，所述点火装药、氮气发生剂、气体处理装置依次设置在壳体的药室内，所述点火装置固定在壳体的帽壳内并设置在点火装药上方，帽壳与药室固定。
3.根据权利要求1或2所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述气体处理装置包括气体处理层和金属过滤网，所述氮气发生剂与气体处理层连接。
4.根据权利要求3所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述气体处理层由细沙层和活性炭层组成，所述氮气发生剂与细沙层连接，所述的细沙层占氮气发生剂质量的10-40% ;所述的活性炭层占氮气发生剂质量的5-25%。
5.根据权利要求3所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述气体处理层由2-3层微孔过滤网组成，微孔过滤网的孔径为50?300μπι。
6.根据权利要求3所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述金属过滤网厚度为Imm,孔径为0.4_。
7.根据权利要求2所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述氮气发生剂以重量百分数计，包括60-90%产气剂、5-20%粘结剂和5-20%化学冷凝剂，其中，产气剂为NaN3，粘结剂为碱金属硅酸盐，化学冷凝剂为LiF。
8.根据权利要求7所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述的粘结剂为硅酸钠或硅酸钾。
9.根据权利要求1所述的固体冷气微推进系统，其特征在于，所述通气槽的槽深为.200 μ m,槽宽为 100 μ m。
【文档编号】B64G1/40GK103921956SQ201410151931
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】朱朋, 刘旭辉, 沈瑞琪, 陈君, 叶迎华, 吴立志, 梁振华 申请人:南京理工大学