一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料及其制成的推进装置和莲子推进器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天空间推进技术领域，特别的，涉及一种可用于在失重状态下产生 持续推力的阿尔法粒子级联衰变的放射性材料，由这种材料制成的推进装置，以及由这种 推进装置形成的莲子推进器。
【背景技术】
[0002] 航天技术是一项复杂的系统工程，是世界各国竞争最激烈、发展最快的高科学技 术之一。而推进器是航天器最重要的分系统之一，随着卫星寿命的不断延长，规模的不断扩 大，适应载荷要求的卫星构型改变，再加上快速响应的新要求，推进系统面临着新的挑战， 必须不断创新和持续提高。
[0003] 目前国际主流的空间电推进器是基于网状阳极的高电压加速离子、微波回旋共振 加速离子、霍尔磁感应原理加速离子等技术，均需要高压电源、磁场、真空泵及其复杂的配 套装置以实现推进功能，体积大、重量大、分系统复杂易出故障，难以实现上百年的稳定推 进。
[0004] 为解决上述问题，现有技术采用的解决方案，但是这些方案本身存在如下缺陷：当 今，小卫星、微小卫星和纳星由于研发周期短、成本低、风险小、军事应用前景大等优点，已 成为当代卫星的发展趋势。它们的姿态和位置控制、无拖曳补偿、变轨等任务，需要发展微 推进技术，提供yN级推力。高能离子推进可以产生相应的推力，但是因为需要电源、磁场、 复杂的真空系统，不适合用在小卫星上。
【发明内容】
[0005] 目前国际主流的空间电推进器是基于网状阳极的高电压加速离子、微波回旋共振 加速离子、霍尔磁感应原理加速离子等技术，均需要高压电源、磁场、真空泵及其复杂的配 套装置以实现推进功能，体积大、重量大、分系统复杂易出故障，难以实现上百年的稳定推 进。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料，所述放 射性材料以下述物质为阿尔法粒子级联衰变的初始元素：核素鋦 242Cm或其阿尔法级联衰 变反应中的中间产物，所述核素鋦242Cm的阿尔法级联衰变反应方式为：
【主权项】
1. 一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料，其特征在于，所述放射性材料以下述物质 为阿尔法粒子级联衰变的初始元素： 核素鋦242Cm或其阿尔法级联衰变反应中的中间产物，所述核素鋦242Cm的阿尔法级联 衰变反应方式为：
核素钚236Pu或其阿尔法级联衰变反应中的中间产物，所述核素钚236Pu的阿尔法级联 衰变反应方式为：
2. -种具有阿尔法粒子级联衰变的放射性材料，其特征在于，所述的放射性材料为权 利要求1中所述放射性材料的至少两种的组合。
3. 根据权利要求1或2所述的放射性材料，所述放射性材料产生的总推力F(t)满足：
其中，q为材料种类，~为第i种核素单位面积的核子数，X,为第i种核素的衰变常 数，Eai为第i种核素的a衰变的粒子动能，S为表面积，n为沿平面的法向发射的比例系 数。
4. 一种推进装置，使用权利要求1-3中任一项所述放射性材料形成为放射性材料板， 其特征在于，所述放射性材料板的表面设置有多个凹部，每个凹部形成为凹曲面状，用于产 生大致垂直于凹部焦平面的推进力。
5. -种推进装置，使用权利要求1-3中任一项所述放射性材料形成为放射性材料板， 其特征在于，所述放射性材料板形成为平板或曲面板。
6. -种推进装置，使用权利要求1-2中任一项所述放射性材料形成为放射性材料板， 其特征在于，所述推进装置包括： 本体（1)，形成为凹曲面形状的放射性材料板； 边缘部（2)，设置所述本体（1)的开口处并与该本体（1)可活动的连接，所述边缘部 (2)具有多个折叠部。
7. 根据权利要求6所述的推进装置，其特征在于，所述本体（1)形成为抛物表面、球冠 表面或半球表面。
8. 根据权利要求6所述的推进装置，其特征在于，所述凹曲面满足下式：
其中，m和n确定单元函数包络中心的位置，c为三维周期正弦结构的深度，x、y、z为 三维周期结构口表面上点的横坐标、纵坐标、竖坐标，为旋转余弦曲面口面的特征宽度。
9. 一种使用权利要求3-8中任一项所述推进装置的莲子推进器，包括按照预定方式排 列的多个所述推进装置。
10.根据权利要求9所述的莲子推进器，所述莲子推进器形成为平板或曲面板，所述多 个推进装置按照预定方式排列在所述平板或曲面板上。
【专利摘要】本发明公开了一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料及其制成的推进装置和莲子推进器，所述推进装置使用放射性材料经过阿尔法衰变反应辐射高能粒子产生推进力，每克242Cm(半衰期163天)放射性元素可提供～3-5μN的冲力，每克238Pu(半衰期87年)放射性元素可提供～0.02μN的冲力。通过放射性材料形成的具有特定表面形状的推进装置可以实现特定方向的推进力，产生垂直于推进装置焦平面的推进力。本发明可提供上百年的稳定推进力，特别适合于微推进器，同时也适用于大功率推进器。
【IPC分类】B64G1-40
【公开号】CN104843198
【申请号】CN201510190326
【发明人】欧阳晓平, 常超, 夏彦, 张文武, 何世熠
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月21日