一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统及卫星

本发明涉及空间推进，尤其是涉及一种应用于空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统及微小卫星。

背景技术：

1、水基推进系统具有安全无毒、对技术人员无害、易于运输、便于加注，同时，在随小卫星入轨时不会危害到星上有效载荷等诸多优点，使得其成为未来宇航推进系统中最具潜力的推进技术之一。美国航天局、momentus space公司和tethers unlimited等研究机构对水基推进技术的在轨应用开展了相关研究以及工程实践。水作为一种理想的推进剂，可以直接用于太阳能热、核或电热发动机内，同时也可以分解成氢气和氧气，从而成为燃料。另外，由于目前在太空中逐渐发现有大量的水(冰)的存在，使得水作为推进剂，在太空容易获取，而无需返回地球进行加注补充，使得水基推进系统成为了未来空间摆渡飞行器重要的潜在推进系统。

2、中国专利申请201910389491.6公开了一种应用于高轨卫星的水基推进系统及方法；该方案存在以下缺点：1.高能耗：需要将水电离，对卫星的能源供应造成较大压力；2.危险系数高：氢气氧气混合系统容易发生爆炸，对重要卫星载荷系统不友好；3.尺寸较大，不能独立安装于卫星系统外部，集成性和便利性较低。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、作为本发明的第一方面，提供一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统及卫星，所述系统包括：供液装置、超声波推进装置以及供电装置；

4、所述供液装置包括：压力水箱，所述压力水箱连接设置有排气阀，压力水箱内填充有气体并内置有可伸缩水囊袋，所述可伸缩水囊袋内设置有推进剂；所述可伸缩水囊袋通过液体管路向超声波推进装置供液；

5、所述超声波推进装置包括：压电陶瓷组、变幅杆以及发射片，所述变幅杆的一端链接压电陶瓷组另一端链接发射片；所述供液管路与发射片连接；

6、所述压电陶瓷组用于在通电后产生振动从而形成超声波，所述变幅杆用于将压电陶瓷组产生振动放大并传递至发射片，所述发射片将供液管路中流至的推进剂震碎并喷出。

7、进一步的，所述压力水箱内还设置有

8、加热丝，用于调节气体和液体的温度；

9、温度传感器，用于实时记录压力水箱中的温度数据，当温度过低时，所述加热丝开始工作，使得压力水箱的温度保持在设定范围。

10、进一步的，所述压力水箱内还设置有气压传感器，用于实时记录压力水箱中的气压数据。

11、进一步的，所述压力水箱，内设置气体为惰性气体。

12、进一步的，所述供液装置还包括排水阀，用于为水囊袋注入以及排出推进剂。

13、进一步的，所述供液管路上设置有流量控制阀，用于控制液体管路中的推进剂流量。

14、进一步的，所述推进系统还包括蓄电池，用于为整个超声波水基推进系统提供电能。

15、进一步的，所述蓄电池外接卫星电源主接线，用于为蓄电池补充电能。

16、进一步的，所述超声波推进装置还包括设置在发射片外侧的羽流喷口，用于在一定区域约束羽流角。

17、作为本发明的第二方面，提供一种微小卫星，所述卫星载荷外部模块化安装有如上任一所述的超声波水基推进系统。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1)本发明通压电陶瓷片、变幅杆、发射口和羽流喷口的组合设计，高效的产生大振幅的超声波，并且将超声波聚焦于发射片，从而将液体震碎，形成雾化喷出；羽流喷口的设计可以通过内壁的冷凝回流作用，提高液体的使用率，在一定程度上解决了空间微推进系统寿命短的问题；

20、2)本发明通过压力水箱和水囊的设计，减小了供液系统的体积，同时，不需要额外使用水泵就可以为供液系统供液；同时，通过调节压力水箱中的气体压力和水囊中的液体压力，可以调节压力水箱的出水流量，解决了空间微推进系统供液困难的问题；

21、3)通过一体化设计，高效集成了供液系统、超声波发生系统以及电源系统，使得整个超声波水基推进系统小型化，可以方便独立安装于卫星外部，从而能够高效完成微小卫星的多角度姿轨调控，解决了目前卫星平台多角度姿轨调控困难的难题。

技术特征：

1.一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述系统包括：供液装置、超声波推进装置以及供电装置；

2.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述压力水箱(3)内还设置有：

3.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述压力水箱(3)内还设置有气压传感器(4)，用于实时记录压力水箱(3)中的气压数据。

4.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述压力水箱(3)，内设置气体为惰性气体。

5.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述供液装置还包括排水阀(6)，用于为水囊袋注入以及排出推进剂。

6.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述供液管路上设置有流量控制阀(8)，用于控制液体管路中的推进剂流量。

7.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述推进系统还包括蓄电池(9)，用于为整个超声波水基推进系统提供电能。

8.根据权利要求7所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述蓄电池(9)外接卫星电源主接线(10)，用于为蓄电池(9)补充电能。

9.根据权利要求1所述的一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统，其特征在于，所述超声波推进装置还包括设置在发射片(13)外侧的羽流喷口(14)，用于在一定区域约束羽流角。

10.一种微小卫星，其特征在于，所述卫星载荷外部模块化安装有如权利要求1-9任一所述的超声波水基推进系统。

技术总结
本发明涉及一种空间微小卫星姿态调控的超声波水基推进系统及卫星，系统包括：供液装置和超声波推进装置；其中供液装置包括：压力水箱，压力水箱连接设置有排气阀，压力水箱内填充有气体并内置有可伸缩水囊袋，可伸缩水囊袋内设置有推进剂；可伸缩水囊袋通过液体管路向超声波推进装置供液；超声波推进装置包括：压电陶瓷组、变幅杆以及发射片，变幅杆的一端链接压电陶瓷组另一端链接发射片；供液管路与发射片连接；压电陶瓷组用于在通电后产生振动从而形成超声波，变幅杆用于将压电陶瓷组产生振动放大并传递至发射片，发射片将供液管路中流至的推进剂震碎并喷出。与现有技术相比本发明提供的超声波水基推进系统具有大推力、小体积、低功耗等优点。

技术研发人员：贺伟国,张顺琦,王翔,郑华东,于赢洁,胡坚强
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19