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    长期以来NASA都在寻求一种经济高效的太空动力系统

    来源:www.dfsbp.com    发布于:2019-4-21 9:10:32    点击量:

    2019/04/22 08/24/02  【丹佛斯变频器 www.dfsbp.com】SEP技术的发展有可能提高太空运输效率,从而实现深空运输。

      NASA的太阳能电力推进项目正在开发一些关键技术,以扩展其雄心勃勃的新科学项目和探索任务的距离和能力。这种系统可将氙离子加速到英里/小时以上,并在一段时间内提供足够的力来移动货物并进行轨道转移。光束中离子的排气速度基于施加到光学器件的电压。两者都采用轻质结构和柔韧的毛毯材质技术,以保证其足够耐用,可在地球轨道上长时间运行或穿过恶劣的空间环境,例如范艾伦辐射带。太空系统LORAL和DEPLOYABLE SPACE SYSTEMS符合12.5千瓦的ROSA标准,因此ROSA可以用于LORAL等商业卫星。通过星载太阳能电池阵列的电力供应,电动推进系统只需要使用比传统化学推进系统少10倍的推进剂,减少燃料质量将能为飞行器提供强大的动力,能够推动飞行器和载人飞行任务远远超出低地球轨道——将深空探测航天器送往遥远的目的地,或者将货物运送到目的地星球及从目的地运回货物,为新的深空探索任务或重新补给已经开展的探索任务奠定基础。一个最近在国际空间站进行的ROSA飞行试验成功完成其科学目标,首次验证了ROSA的在轨测量结构动力学和发电性能。在离子推进器中,离子通过静电力加速。

      霍尔推进器

      SEP项目将使用带有先进磁屏蔽的静电霍尔推进器(HALL THRUSTERS),而不是使用传统化学推进剂的火箭发动机。商用航天器通过使用30-50KW级SEP将变得更轻,FALCON 9运载火箭甚至可以同时发射两变频器维修枚这种卫星。该项目由NASA太空技术任务理事会(STMD)赞助,由美国宇航局格伦研究中心管理。虽然化学火箭的最高速度受到火箭喷嘴的热能力的限制,但离子推进器的最高速度受到施加到离子光学器件的电压的限制(理论上无限制)。格伦研究中心制造了测试引擎的核心电离室,AEROJET ROCKETDYNE设计并制造了离子加速组件。

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      使用NEXT-C动力前往火星的假想图

      对商业航天工业的好处

      通过使用SEP,地球静止通信卫星(GEOCOMSATS)每年平均可以产生5000万至1.5亿美元的收入,其运行寿命将从7-8年提高到12-15年。

      主要参考资料:

      [1] NASA’S EVOLUTIONARY XENON THRUSTER–COMMERICAL (NEXT–C)

      [2] NASA’S DEVELOPING SOLAR ELECTRIC POWER AND PROPULSION SYSTEMS FOR EFFICIENT TRAVEL BEYOND LOW EARTH ORBIT

      [3] NASA’S HALL EFFECT THRUSTER TECHNOLOGIES

      原文链接:

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      高端装备产业研究中心

      首都太阳谷咨询有限公司(高端装备产业研究中心)立足于国防军工行业,面向高端装备产业,致力于成为国内首选高端装备产业研究与市场调查咨询机构。太阳能电力推进(SEP)项目就是其中之一。

      正在进行调试的NEXT-C

      化学火箭的最高速度受到火箭喷嘴的热能力的限制,但离子推进器的最高速度只受到施加到离子光学器件的电压的限制(理论上无限制)。面对将来,我们将始终围绕国防军工技术与装备领域开展精细化研究工作,为战略决策、项目管理、规划论证、技术探索、产品开发、型号研制、市场拓展、课题研究等提供整体咨询解决方案与智力支撑。每组孔都用作透镜,通过光学器件将离子电聚焦。实际应用时可以组合几个霍尔推进器来增加SEP航天器的功率。

      NASA位于克利丹佛斯夫兰的格伦研究中心负责太阳能电力推进项目,并正准备进行系统级飞行演示。

      太阳能电池阵列

      SEP项目需要开发大型、灵活、抗辐射的太阳能电池阵列,在这之前,NASA准备先开发一些小巧、轻便、具有成本效益的设计方案。前两个航班将于2019年初上市。每组电极,称为离子光学器件或网格,包含数千个同轴孔径。由于离子是在高正区域产生的,加速器网格的电位是负的,离子被吸引向加速器栅格并通过孔聚焦在放电室外,产生数千个离子射流,所有离子射流聚集在一起形成离子束。与DISCOVERY,NEW FRONTIERS,MARS EXPLORATION和旗舰外行星探测任务的化学和其他电力推进技术相比,NEXT提供更大的交付有效载荷,更小的运载火箭尺寸和其他任务增强。

      预计NEXT的强度是DAWN和DEEP SPACE 1太空船上使用的NSTAR的三倍。光束中离子的排气速度基于施加到光学器件的电压。

      太阳能电动推进发动机的霍尔推进器

      霍尔推进器将电子在磁场中捕获并利用它们将机载推进剂(一般为惰性气体氙)电离成等离子体的尾气羽流,从而加速航天器的前进。

      ◆ SEP提供了极高的燃料经济性,它使深空飞行任务所需的推进剂数量减少了90%。

      MEGAFLEX太阳能电池阵列

      SEP项目与轨道ATK航空航天部(现已被诺斯罗普格鲁门公司收购)和可部署空间系统公司合作,建造并测试了两种太阳能电池阵列设计:一种可以像风扇一样折叠(ATK MEGAFLEX),另一种可以像窗帘一样展开(DSS ROSA)。长期以来NASA都在寻求一种经济高效的太空动力系统,以应用于其登陆月球和火星的任务,并且NASA在不断探索新的方法,以缩短这些变革性技术的研发周期,以便可以在短时间内提高美国的太空实力,支持各种商业航天活动来保证NASA的资金运转。光束中离子的排气速度基于施加到光学器件的电压。

      其他重要事实

      ◆ SEP可以使太空运输任务携带更多货物并使用较小的运载火箭,同时降低任务成本。在SEP中,大型太阳能电池阵列将收集的太阳变频器维修能转换为电能,这种能量被输送到这种特别节能的推进器中,在整个任务期间提供温和但不间断的推力。

      ◆ SEP项目开发的太阳能电池阵列比现有的太阳能电池阵列更轻、更坚固、更紧凑、更便宜。随着高功率SEP的引入,当更高功率的太阳能电池阵列和电力推进系统可用时,卫星制造商在其整个航天器队中采用这种动力的几率越来越大。

      NEXT-C

      NASA的离子推进器使用双电极系统,其中上游电极(称为屏栅)充电为高电位,下游电极(称为加速栅)充电为低电位。

      网格式离子推进器(NEXT-C)

      NASA的进化氙气推进器(NEXT)是一种网格式离子推进器。

      使用SEP动力的通信卫星概念图

      给太空探索带来的好处

      高功率SEP是NASA人类探索计划的基础,NASA的该计划是将载有深空探测所需的大型货物,有效载荷和其他航天器元件移到行星际空间的低地球轨道上,并且建设可扩展的空间基础设施。

      测试中的霍尔推进器

      在2015年,NASA研究人员成功测试了一个新的12.5千瓦霍尔推进器,该推进器采用磁屏蔽,使其能够连续运行多年,这一性能对于深空探测任务非常重要。推力是上游离子和加速器格栅之间产生的力。

      大功率SEP的任务需要该项目开发一系列先进技术,包括大型轻型太阳能电池阵列、磁屏蔽离子推进推进器、以及高压电源处理单元。

      太阳能阵列ROSA

      两个阵列均实现了所有最先进的相关指标,包括四倍的辐射容限,1.7倍于单位质量的功率(KW/KG),四倍于存储体积效率和二十倍以上的展开强度。用于加速的电场由位于推进器下游端的电极产生。该太阳能电池阵列技术此后的商业用途包括搭载MEGAFLEX的天鹅号货运飞船前往国际空间站。虽然化学火箭的最高速度受到火箭喷嘴的热能力的限制,但离子推进器的最高速度受到施加到离子光学器件的电压的限制(理论上无限制)。这是因为60%的大型通讯卫星的总质量通常与用于从地球静止转移轨道(GTO)到地球静止轨道(GEO)转移的双推进剂化学推进系统有关,即使是目前最大的商用航天器,使用SEP也可以获得变频器维修30-50KW的机载功率,足以实现合理的GTO-GEO行程时间,因此可以实现额外的可创收有效载荷,以满足日益增长的卫星电视需求(目前卫星电视占所有卫星服务收入的比例超过90%)。

      ◆ SEP将使低地球轨道以外的太空发射任务成本大大降低

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