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“太極一號”衛星微牛級射頻離子電推進技術在軌驗證成功

作者:賀建武 2019-10-16 15:01 來源:
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  2019831日,中國科學院空间科学(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大主要載荷中(圖1),中國科學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

  中國科學院力学研究所(康琦课题组)联合中國科學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單位,在不到10個月的時間裏完成了射頻離子微推進系統載荷的研制任務。研制團隊不忘初心、勇擔重任、全力以赴,突破現有航天工程常規研制規範,最終按期交付正樣飛行件産品,並實現微牛級射頻離子電推進技術的首次在軌驗證。同時,也是國內首次在軌驗證基于碳納米管場發射的電中性控制技術,並助力“太極一號”衛星順利完成國內首次無拖曳控制功能驗證。 

图2 “太极一号”卫星模型和射频离子微推力器簇

  截至目前,射頻離子微推進系統各單機狀態正常,各項功能測試結果正常,順利完成了第一階段在軌功能測試任務,正在按計劃有序開展在軌性能測試。在軌初步實驗數據分析結果表明:四個射頻離子微推力器的推力分辨能力均達到亞微牛量級(約爲螞蟻重量的萬分之一),推力範圍也達到任務考核指標要求。載荷研制任務期間,研制團隊針對微推力器地面標定的需求,研發了一套亞微牛級弱力測量裝置(背景噪聲優于0.1uN/Hz),保障了“太極一號”無拖曳控制射頻離子微推進系統和姿態控制冷氣微推進系統模樣件、鑒定件和飛行件産品的各項地面推力參數標定,爲空間實驗的成功打下了良好的基礎。 

图3 射频离子微推电控箱单机

  雖然研究團隊在不到十個月的時間裏,完成了空間載荷産品研制從零到一的突破,但要完全達到空間引力波探測任務對微推進系統的需求還需要在“太極計劃”的“雙星”和“三星”的研制過程中攻克諸多關鍵技術難題。我們將一路攻堅克難、勇于創新,研制完全滿足未來空間引力波探測技術指標需求的微推進産品。同時,也爲其他基于超高精密測量物理的空間科學任務和重大基礎科學前沿研究,包括地球重力場反演、超高精度慣性導航等奠定堅實基礎。 

图4 团队合影

 

 

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