一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统

本发明涉及一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，属单组元推进。

背景技术：

1、立方星是采用国际通用标准的微纳卫星，以u为单位，1u体积为10cm×10cm×10cm，1u重量一般不超过1.33kg。根据任务的需要，可将立方体卫星扩展为2u(10cm×10cm×20cm)、3u、甚至16u或更大。自早期开发和用作大学科研训练工具以来，立方星越来越多地用于商业和军事目的以及美国宇航局的科学任务，截至2019年1月，人类已发射超过1000颗立方星，其中900多颗成功入轨。随着立方星技术及其应用领域的拓展，立方星对推进系统的要求也逐步提高，这些需求包括主动姿态控制、飞轮去饱和、轨道控制等。与冷气推进、电推进相比，化学推进具有较好的综合性能，比冲仅低于电推进，但机动性又好于电推进。

2、近年来，以adn、han为代表的无毒推进技术迅猛发展，提供了在立方星领域应用的可能性，其绿色无毒、可预包装等特性可满足立方星用户要求。而且由于立方星结构紧凑，对推进系统的结构包络、安装接口、系统供电等均提出严格要求，并要求推进系统可在整星框架内任意角度安装，对单组元推进系统而言，一旦安装角度出现倒置情况，存在单组元推进剂分解催化剂粉末顺推力器毛细管倒流至系统上游阀门内而导致阀门泄露等技术风险，而大大限制了单组元推进系统在立方星的应用。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，可以适应立方星对推进系统结构包络、任意角度安装等要求。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

3、一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，包括推进剂贮箱、液路保险阀、启动电磁阀、单组元推力室、压力传感器、隔热垫、充气口堵塞、加注口堵塞以及连接管路；推进剂贮箱为中心镂空的环柱形结构，在贮箱上设置有充气口、加注口、液路保险阀接口、压力传感器接口、单组元推力器接口以及与方星集成接口；单组元推力室结构包括喷注器、安装法兰、防倒置膜组件、催化床和热控组件，可任意角度安装及使用；

4、所述绿色单组元推进系统包络除推力室外，其余结构均在标准u星结构框架内，系统主体包络为u的整数倍，优选1u，推进系统可根据整星布局在u星集成框架内进行任意角度安装使用；

5、所述绿色单组元推进系统总冲不低于600n·s，可在系统出厂前、或整星出厂前完成推进剂加注、增压气体充气等操作，实现预包装。

6、可在系统出厂前、或整星出厂前完成推进剂加注、增压气体充气等操作，实现预包装。

7、绿色单组元推进系统各组件连接、密封方式如下：

8、a)液路保险阀通过螺纹与贮箱液路保险阀接口连接，采用o形圈与聚四氟乙烯垫片双密封结构；

9、b)压力传感器通过螺纹与贮箱压力传感器接口连接，采用o形圈与聚四氟乙烯垫片双密封结构；

10、c)充气口堵塞通过螺纹与贮箱充气口连接，采用双道径向o形圈密封结构；

11、d)加注口堵塞通过螺纹与贮箱加注口连接，采用双道径向o形圈密封结构；

12、e)启动电磁阀与单组元推力室通过螺纹连接，采用o形圈与聚四氟乙烯垫片双密封结构，依次放置启动电磁阀与单组元推力室组合体、隔热垫、贮箱单组元推力器接口通过螺钉连接固定；

13、d)连接管路为u形，两端均为60°球头、外套螺母结构，入口端与液路保险阀出口相连接，出口端与启动电磁阀相连接，密封方式均为锥面密封；

14、所述的绿色单组元推进系统与立方星框架连接方式如下：

15、推进系统与卫星通过立方星集成接口连接，m4螺钉固定，并在集成接口与立方星安装接口之间设置聚酰亚胺调整垫块；

16、所述绿色单组元推进系统包络除推力室外，其余结构均在标准u星结构框架内，系统主体包络为u的整数倍，优选1u，推进系统可根据整星布局在u星集成框架内进行任意角度安装使用；

17、所述推进剂贮箱为非金属隔膜贮箱，贮箱上方为气腔，下方为液腔；贮箱壳体材料与非金属隔膜材料均与推进剂i级相容；

18、所述液路保险阀可为直通式常闭电磁阀或自锁阀，与推进剂相接触的原材料相容性不低于ii级，阀门开关寿命不低于500次；

19、所述启动电磁阀为直通式常闭电磁阀，与推进剂相接触的原材料相容性不低于ii级，开关寿命不低于1万次；

20、所述隔热垫材料热导率不大于0.6w/(m·k)，厚度不小于2.0mm；

21、所述推力室安装法兰上设置数量不少于4个的螺纹孔，在隔热垫、贮箱单组元推力器接口上设置数量与位置一致的、并与螺纹孔相匹配的通孔；

22、所述立方星集成接口为位于环柱形贮箱外侧设置的安装耳上，安装耳数量为7个，并在安装耳上设置连接孔，包括6个φ4.2mm的通孔和1个m4的螺纹孔；

23、所述推进系统以落压模式工作，初始工作压力不高于2.5mpa，末期工作压力不低于0.4mpa，优选工作范围为2.0mpa～0.5mpa。

24、所述单组元推力室额定推力为0.2n～1n，优选额定推力为0.5n，优选落压工作推力范围为0.75n～0.25n；

25、所述推进系统工作介质为绿色无毒的adn基推进剂或han基推进剂，在轨使用寿命不低于1年。

26、本发明公开的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，该系统中所述单组元推力器集成防倒置功能膜，可实现推进系统在整星结构的任意角度安装。本发明满足了立方星对推进系统无毒化、模块化、预包装、可任意角度集成安装与发射的需求。

技术特征：

1.一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于包括：推进剂贮箱(1)、液路保险阀(2)、启动电磁阀(3)、单组元推力室(4)、压力传感器(5)、隔热垫(6)、充气口堵塞(7)、加注口堵塞(8)和连接管路(9)；

2.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：该系统总冲不低于600n·s，在系统出厂前、或整星出厂前完成推进剂加注、增压气体充气操作，实现预包装。

3.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述推进剂贮箱(1)为非金属隔膜贮箱，贮箱上方为气腔，下方为液腔，贮箱壳体材料与非金属隔膜材料均与推进剂i级相容。

4.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述液路保险阀(2)为直通式常闭电磁阀或自锁阀，与推进剂相接触的原材料相容性不低于ii级，阀门开关寿命不低于500次。

5.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述启动电磁阀(3)为直通式常闭电磁阀，与推进剂相接触的原材料相容性不低于ii级，开关寿命不低于1万次。

6.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述隔热垫(6)材料热导率不大于0.6w/(m·k)，厚度不小于2.0mm。

7.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述推力室安装法兰(17)上设置不少于4个的螺纹孔，在隔热垫(6)、贮箱单组元推力器接口(14)上设置数量、位置一致的并与螺纹孔相匹配的通孔。

8.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：该推进系统以落压模式工作，初始工作压力不高于2.5mpa，末期工作压力不低于0.4mpa。

9.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述单组元推力室(4)额定推力为0.2n～1n。

10.根据权利要求1所述的一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，其特征在于：所述推进系统工作介质为绿色无毒的adn基推进剂或han基推进剂，在轨使用寿命不低于1年。

技术总结
本发明公开了一种适用于立方星的模块化绿色单组元推进系统，结构包括推进剂贮箱、液路保险阀、启动电磁阀、单组元推力室、压力传感器以及连接管路；所述推进剂贮箱为环柱形贮箱，在贮箱上集成有增压气体充气口、加注口、液路保险阀接口、单组元推力器接口以及推进系统与立方星集成接口；所述的单组元推力器集成防倒置功能膜，可实现推进系统在整星结构的任意角度安装。本发明满足了立方星对推进系统无毒化、模块化、预包装、可任意角度集成安装与发射的需求。

技术研发人员：孙长存,王晓东,李涛,王智刚,杜家辉
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1