由于小卫星应用领域的发展,脉冲等离子体推力器(PPT)正在寻找其新的用户。鉴于PPT推进系统结构简单,质量轻,且比冲高,因此它很适合于小卫星的应用。PPT系统采用特氟隆(Teflon)固体燃料推进剂,可构成自主的惰性稳定推进系统。PPT功耗仅0.1～150W,且最小冲量I_(bit)很小(50～80μN·s),因此PPT技术可认为是一种革命性的姿态控制系统(ACS)方案,它可以在质量和功率要求较严的条件下为航天器提供稳定精确的指向控制,而在此之前只能用反作用飞轮才能实现上述控制。NASA刘易斯研究中心(LeRc)和Olin航空航天公司(OAC)正在携手合作研制一种先进的PPT系统,其总冲为以前最佳PPT系统的二倍,而质量仅为以往的50%。实现上述这些目标的两个关键要素是:1)大大提高推力效率,即推力功率与输入电功率之比;2)提高能量密度和贮能电容器的寿命。一般情况下,PPT的效率较低,例如林肯实验卫星LES8/9所用的PPT其效率几乎只有70%。OAC已经试验了PPT各种结构配置的参数,可使PPT效率提高50%～100%。为了实现LeRc的目标,贮能电容器必须在40J的能量水平下能脉冲工作2000万次,且其理论质量不大于1kg。为了验证电容器技术,LeRc和OAC分二步进行了试验:先在OAC进行半敞开式试验,然后在开发阶段再在LeRc进行PPT/贮能电容器的综合寿命试验。该开发计划将提供一个上天飞行PPT的设计、制造和鉴定单元,拟于1999年初在空军菲利浦实验室的"强力"卫星(Mighty Sat Ⅱ.1)上进行升轨机动飞行验证。第二个单元预定在1999年中期发射的NASA新盛世计划EO-1卫星上作为姿态控制功能部件进行飞行验证。由于为航天应用领域开发的PPT其重量轻、性能高,因此可以考虑用PPT代替卫星上的动量轮。典型的动量轮姿态控制系统(包括其动量卸载装置)功耗约10W,重量约占卫星整星重量的10%,本文给出的飞行任务分析表明,PPT在姿态控制系统中很有竞争力,它有许多优点,如成本低,质量轻,PPT姿态控制系统有能力推广应用到极小型(纳米)卫星上,它结构简单,因此可替代飞轮及其卸载装置。
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