一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星发射技术领域，特别是指一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器。
【背景技术】
[0002]目前，高功能集成度的微小卫星成为现实，发展极为迅速，尤其是重量在1?50kg的微小卫星。微小卫星由于研制周期短、研制和发射成本低、发射灵活、探测难度大，可组网和编队飞行，以星座形式形成“虚拟大卫星”，完成大卫星因尺寸等问题不能完成的任务，如大范围遥感等，受到了世界各国的高度重视，近年来发射数量快速上升。然而，目前50kg以下的微小卫星中，大部分没有配备推进系统，一些配备了比冲、总冲、推力调节能力等性能较低的冷气推进系统或单组元化学推进系统等，大大限制了卫星的机动性、姿态稳定度和寿命ο
[0003]常规的卫星推进系统，如化学推进、霍尔电推进、离子电推进等，目前的一个趋势在向小型化发展，以满足微小卫星的需求，但由于组件数量多、尺寸大，系统较为复杂，成本高，研制周期长，即使小型化，也很难满足重量小于50kg的微小卫星的使用、成本等需求。
[0004]新型的场发射电推进技术，由于结构简单(不需要阀门、压力传感器等组件)、比冲高(4000?10000s)、元冲量小、推力小(微牛至毫牛量级)且大范围精确可调、效率高(可达90%以上)等优点，在航天器阻力补偿、精确姿态控制等任务中具有显著的优势。按发射体不同，目前研制成功的场发射电推力器可分为以发射针作为发射体的针式场发射电推力器和以窄缝作为发射体的窄缝式场发射电推力器。这两种推力器各有特点。
[0005]目前这两种场发射电推力器存在如下问题:
[0006](1)目前的针式场发射电推力器采用单个或多个发射针作为发射体，由于有效发射面积较小，导致推力较小(一般单个发射针产生的推力为20?50 μ N)。此外，由于发射针较长，需精细装配，导致推力器尺寸、重量较大，用于重量50kg以下微小卫星时困难较大，更难以执行轨道转移等需要较大推力的场合。
[0007](2)窄缝式场发射电推力器由于采用窄缝式发射体，有效发射面积较针式场发射电推力器大，因此推力大，但由于形成窄缝的结构件工艺复杂，且尺寸、重量较大，导致推力器尺寸、重量较大，用于重量10?50kg的微小卫星时存在重量、尺寸过大等问题，用于10kg以下卫星更为困难。
[0008]综上，目前的场发射电推力器结构难以小型化，很难满足重量50kg以下微小卫星的需求。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题是提供一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，实现场发射电推力器结构的小型化，满足重量50kg以下微小卫星的需求。
[0010]为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，包括相互连接的中和器和推力器主体，所述推力器主体包括从上往下依次配合连接的栅极、绝缘支架和推进剂贮存室，所述绝缘支架呈框型结构，所述绝缘支架内设有与栅极相配合的发射体阵列，所述发射体阵列下方设有相配合的加热器和推进剂，所述推进剂和加热器均位于推进剂贮存室内。
[0011]其中，所述栅极施加负电压，所述栅极呈平面结构，所述栅极上设有四个栅极孔。
[0012]其中，所述发射体阵列施加正电压，所述发射体阵列包括基体和固定在基体上的发射体，所述发射体呈刀片式结构，所述每个发射体分别对应一个栅极孔，所述发射体和基体呈一体结构，所述基体下表面与推进剂相接触。
[0013]其中，所述发射体阵列由整体的多孔金属材料制成。
[0014]其中，所述发射体阵列下表面为内凹面。
[0015]其中，所述加热器为金属丝加热器、正温度系数陶瓷加热器、金属陶瓷发热体加热器中任意一种。
[0016]其中，所述加热器设于推进剂下侧。
[0017]其中，所述加热器设于推进剂侧面。
[0018]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0019](1)尺寸小、结构紧凑、结构简单，可做成芯片状微型推力器，适用于微小卫星，特别是重量50kg以下的微小卫星；
[0020](2)采用多个栅极时，可根据任务所需的不同推力大小和推力轴线相对于航天器质心的力臂(以改变力矩)要求，选择不同的栅极工作模式，使不同组合的发射体发射金属离子，从而在较大范围内改变推力大小，并在一定范围内改变推力轴线相对于航天器质心的力臂。
[0021](3)由于采用了刀片式多孔材料发射体阵列，相对于目前的单发射针、多发射针场发射推力器，以及窄缝式场发射推力器，刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射推力器的推进剂发射密度高，推力密度高，即可在较小面积的条件下实现较大的推力，有利于减小推力器尺寸和重量。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器实施例的结构示意图。
[0023]图2为图1的爆炸示意图。
[0024]图3为图1的剖面图。
[0025]图4为图1中发射体阵列结构示意图。
[0026]图5为本发明第二种实施例的剖面图。
[0027]图6为本发明第三种实施例的剖面图。
[0028]图7为本发明第四种实施例的剖面图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0030]实施例1
[0031]本发明针对现有的不足提供一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，如图1、图2和图3所示，包括相互连接的中和器2和推力器主体1，所述中和器2发射电子对束流进行中和，所述推力器1主体包括从上往下依次配合连接的栅极3、绝缘支架5和推进剂贮存室6，所述绝缘支架5呈框型结构，所述绝缘支架5内设有与栅极3相配合的发射体阵列4，所述发射体阵列4下方设有相配合的加热器62和推进剂61，所述推进剂61和加热器62均位于推进剂贮存室6内。其中，栅极3施加负电压，所述栅极3呈平面结构，所述栅极3上设有四个栅极孔。
[0032]其中，绝缘支架5由陶瓷制成，用于是栅极3和发射体阵列4的绝缘。
[0033]如图4所示，所述发射体阵列4施加正电压，所述发射体阵列4包括基体42和固定在基体42上的四个发射体41，所述发射体41呈刀片式结构，所述四个发射体41分别对应四个栅极孔，所述发射体41和基体42呈一体结构。
[0034]所述基体42下表面与推进剂61相接触，且所述发射体阵列4由整体的多孔金属材料制成。
[0035]所述发射体阵列由钨多孔材料制成。
[0036]所述加热器62为金属丝加热器、正温度系数陶瓷加热器、金属陶瓷发热体加热器中任意一种。
[0037]所述推进剂61常温下为固态，安放在推进剂贮存室6中，通过加热器62加热至熔点以上的温度变成液态。发射体阵列4由整块金属多孔材料制成，通过毛细作用和表面张力作用吸附、输运液态推进剂，并将推进剂61输运至每个刀片式发射体41的顶端。
[0038]实施例2
[0039]本发明还提供了一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，如图5所示，所述发射体阵列下表面为内凹面。
[0040]本实施例中其他结构与实施例1相同，本实施例中不再进行具体的撰述。
[0041]实施例3
[0042]本发明还提供了一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，如图6所示，所述加热器62设于推进剂61下侧。
[0043]本实施例中其他结构与实施例1相同，本实施例中不再进行具体的撰述。
[0044]实施例4
[0045]本发明还提供了一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，如图7所示，所述加热器62设于推进剂61侧面。
[0046]本实施例中其他结构与实施例1相同，本实施例中不再进行具体的撰述。
[0047]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，包括相互连接的中和器和推力器主体，所述推力器主体包括从上往下依次配合连接的栅极、绝缘支架和推进剂贮存室，所述绝缘支架呈框型结构，所述绝缘支架内设有与栅极相配合的发射体阵列，所述发射体阵列下方设有相配合的加热器和推进剂，所述推进剂和加热器均位于推进剂贮存室内。2.根据权利要求1所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述栅极施加负电压，所述栅极呈平面结构，所述栅极上设有四个栅极孔。3.根据权利要求2所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述发射体阵列施加正电压，所述发射体阵列包括基体和固定在基体上的发射体，所述发射体呈刀片式结构，所述每个发射体分别对应一个栅极孔，所述发射体和基体呈一体结构，所述基体下表面与推进剂相接触。4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述发射体阵列由整体的多孔金属材料制成。5.根据权利要求4所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述发射体阵列下表面为内凹面。6.根据权利要求1所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述加热器为金属丝加热器、正温度系数陶瓷加热器、金属陶瓷发热体加热器中任意一种。7.根据权利要求1所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述加热器设于推进剂下侧。8.根据权利要求1所述的一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，其特征在于，所述加热器设于推进剂侧面。
【专利摘要】本发明公开了一种刀片式多孔材料发射体阵列微型场发射电推力器，包括相互连接的中和器和推力器主体，所述推力器主体包括从上往下依次配合连接的栅极、绝缘支架和推进剂贮存室，所述绝缘支架呈框型结构，所述绝缘支架内设有与栅极相配合的刀片式的发射体阵列，所述发射体阵列下方设有相配合的加热器和推进剂，所述推进剂和加热器均位于推进剂贮存室内，从而实现场发射电推力器结构的小型化，满足重量50kg以下微小卫星的需求。
【IPC分类】F03H1/00
【公开号】CN105402098
【申请号】CN201510894972
【发明人】杭观荣, 张岩, 梁伟, 乔彩霞, 薛伟华, 戴佳, 康小录, 康小明, 郭登帅
【申请人】上海空间推进研究所
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月7日