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“太极一号”卫星微牛级射频离子电推进技术在轨验证成功

作者:贺建武 2019-10-16 15:01 来源:
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  2019831日,中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项首发星“太极一号”卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。“太极一号”是以空间引力波探测任务所涉及的关键技术验证为任务目标的技术验证星,将对航天器平台高微重力水平控制技术以及空间超高精度测距技术进行在轨验证。在卫星6大主要载荷中(图1),中国科学院力学研究所微重力实验室负责激光干涉仪和射频离子微推进系统两项有效载荷的研制,其中射频离子微推进系统是一种基于射频等离子体自持放电原理的电推进技术,具有推力动态范围宽、比冲高和寿命长等特点,是一种适宜微牛级推力输出的电微推进技术,在空间引力波探测任务中具有明显优势。该技术可应用于航天器姿轨控和无拖曳控制等任务,如空间引力波探测和其它需超高微重力水平的空间科学任务。在“太极一号”空间科学实验任务中,射频离子微推进系统则作为超高精度无拖曳控制系统的主份执行机构,主要用以补偿卫星所受非保守力。 

图1 卫星系统六大主要载荷

  中国科学院力学研究所(康琦课题组)联合中国科学院国家空间科学中心、中国航天员科研训练中心、清华大学和深圳市绿航星际太空科技研究院等单位,在不到10个月的时间里完成了射频离子微推进系统载荷的研制任务。研制团队不忘初心、勇担重任、全力以赴,突破现有航天工程常规研制规范,最终按期交付正样飞行件产品,并实现微牛级射频离子电推进技术的首次在轨验证。同时,也是国内首次在轨验证基于碳纳米管场发射的电中性控制技术,并助力“太极一号”卫星顺利完成国内首次无拖曳控制功能验证。 

图2 “太极一号”卫星模型和射频离子微推力器簇

  截至目前,射频离子微推进系统各单机状态正常,各项功能测试结果正常,顺利完成了第一阶段在轨功能测试任务,正在按计划有序开展在轨性能测试。在轨初步实验数据分析结果表明:四个射频离子微推力器的推力分辨能力均达到亚微牛量级(约为蚂蚁重量的万分之一),推力范围也达到任务考核指标要求。载荷研制任务期间,研制团队针对微推力器地面标定的需求,研发了一套亚微牛级弱力测量装置(背景噪声优于0.1uN/Hz),保障了“太极一号”无拖曳控制射频离子微推进系统和姿态控制冷气微推进系统模样件、鉴定件和飞行件产品的各项地面推力参数标定,为空间实验的成功打下了良好的基础。 

图3 射频离子微推电控箱单机

  虽然研究团队在不到十个月的时间里,完成了空间载荷产品研制从零到一的突破,但要完全达到空间引力波探测任务对微推进系统的需求还需要在“太极计划”的“双星”和“三星”的研制过程中攻克诸多关键技术难题。我们将一路攻坚克难、勇于创新,研制完全满足未来空间引力波探测技术指标需求的微推进产品。同时,也为其他基于超高精密测量物理的空间科学任务和重大基础科学前沿研究,包括地球重力场反演、超高精度惯性导航等奠定坚实基础。 

图4 团队合影

 

 

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