一种用于微纳卫星的丙烷微推进系统

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1、第38卷第1期火箭推进Vo1．38．No．12012年2月JOURNALOFROCKETPROPULSIONFeb．2012一种用于微纳卫星的丙烷微推进系统晋晓伟，童飞，马键，李平(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：介绍了一种应用于某微纳卫星的丙烷微推进系统，该推进系统利用换热模块，在不额外消耗星上电能的情况下实现“液一气”的可靠转化，利用自身的稳压模块和控制模块，系统可实现50mN推力的快速精确控制。通过轻量化设计技术，系统总重仅2．5kg。关键词：液化气；微推进；丙烷；微纳卫星中图分类号：V439—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2012)O1—

2、0017—05PropanemicropropulsionsystemusedinmicroandnanosatelliteJINXiao—wei，TONGFei，MAJian，LiPing(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Apropanemicropropulsionsystemusedinamicroandnanosatelliteisintroduced．Withthissystem，the“liquid—gas”transformationwasachievedwithoutanye

3、xtraconsumptionofen-ergyonsatellitebyaheatexchangemodule．Thepropulsionsystemcanrealizeafastandaccuratecontrolforthethrustof50mNbytheaidofpressure—stabilizingmoduleandcontrolmoduleinthemicropropulsionsystem．Thedrymassofthesystembasedontheminiaturizationtechnologyisonly2．5kg．Keywords：liquefiedg

4、as；micropropulsion；propane；microandnanosatellite级为微卫星(Microsatellite)，1～10kg量级为纳0引言卫星(Nanosatellite)。从国外统计情况看，小型卫星更具有成本上的优势。微型航天器一直是空间应用领域一个重要的微纳卫星具有重量轻、体积小、成本低、研分支。从国内外发展情况来看，卫星走了一条从制周期短及可批量生产的特点，具有较好的适应小到大，又从大到小的道路。卫星的大小分类，性，便于实现空间组网形成星座或星群，是未来经过多年发展基本形成以下共识：10～100kg量航天领域的一个重要方展方向，在军用、民用及收稿

5、日期：2011-11-07；修回日期：2011-12—06基金项目：国家航天高技术项目(2007AA70540)作者简介：晋晓伟(1982一)，男，工程师，研究领域为液体推进系统18火箭推进2012年2月科研领域均具有广阔的发展空间。与此配套的轻表1几种常用液化气推进剂性能Tab．1Propertiesoftypicalliquefiedgaspropellants量化且低成本的微推进系统也将大量应用。在微纳卫星推进系统中，目前技术成熟的有化学推进、冷气推进和电推进等技术；在研的有固体推进、胶体推进和微机电系统微推进等技术。从工程应用情况看，其中只有冷气推进和电推进技术适用于要求

6、微小推力(毫牛量级)调节的微型航天器。1微纳卫星对推进系统要求微纳卫星一般对重量、体积、功耗和推力量级有着严格的要求。微纳卫星一般对推进系统有以下技术要求：1)重量轻；2)功耗低，减小卫星电源负荷；3)推力小，推力从几毫牛到几十毫牛量级；4)推力精确，以满足高精度控制要求。此外，某些微纳卫星要求推进系统具有较宽——～1000lI+丙烷I一．的工作温度范围。本研究中，微纳卫星总质量大约10，推400f。。1—·——．_进系统干重要求不大于3kg，长期功耗要求不大《200于5_3W，推力50mN。温度／。C2推进剂比较图1丙烷、丁烷和氨的气化热Fig．1Evaporationheat

7、ofpropane，butaneandammonia由于微纳卫星对推进系统的功耗限制，微推进系统选择冷气推进较为合适。冷气推进包括压缩气推进和液化气推进。液化气推进是指推进剂一凸一以液态贮存，通过加热或气化装置使液态推进剂＼＼气化，再通过推力器喷射产生推力的推进方式。液化气推进系统以低成本、低功耗、高可靠性和小型化的优点，适应了低成本微型航天器要求，越来越受到国内外航天推进研究机构的重视。目前已实际应用的几种液化气推进剂有丙图2丙烷、丁烷和氨的蒸气压烷、丁烷、氨和一氧化二氮等，性