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原文传递一种应用于高轨卫星的水基推进系统及方法

专利名称：	一种应用于高轨卫星的水基推进系统及方法
摘要：	本发明公开了一种一种应用于高轨卫星的水基推进系统及方法，其中，该系统包括电源、水箱、静态供水质子交换膜电解池、氢氧管理系统、百牛级气氢气氧轨控发动机、牛级气氢气氧姿控发动机。本发明解决了氢氧气体在空间环境难以长期管理的问题和当量混合比氢氧气体难以高效利用的问题，提高了氢氧推进系统在空间飞行平台的工程实用性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京控制工程研究所
发明人：	林震;尹文娟;唐飞;王猛杰;宋涛;焦焱;李泽
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910389491.6
公开号：	CN110127089A
代理机构：	中国航天科技专利中心
代理人：	高志瑞
分类号：	B64G1/40(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	100080 北京市海淀区北京2729信箱
主权项：	1.一种应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于包括：电源(1)、水箱(5)、静态供水质子交换膜电解池(2)、氢氧管理系统(3)、百牛级气氢气氧轨控发动机(4)和牛级气氢气氧姿控发动机(6)；其中，电源(1)、水箱(5)分别与静态供水质子交换膜电解池(2)相连，静态供水质子交换膜电解池(2)的氢气路和氧气路分别与氢氧管理系统(3)的氢气入口和氧气入口相连，氢氧管理系统(3)氢气路和氧气路出口分别与百牛级气氢气氧轨控发动机(4)的氢气入口和氧气入口相连，氢氧管理系统(3)氢气路和氧气路出口分别与牛级气氢气氧姿控发动机(6)的氢气入口和氧气入口相连；电源(1)为静态供水质子交换膜电解池(2)供电；水箱(5)为静态供水质子交换膜电解池(2)供低压去离子水；静态供水质子交换膜电解池(2)利用电能将低压去离子水直接电解成高压氢气和高压氧气分别供给到氢氧管理系统(3)；氢氧管理系统(3)将高压氢气和高压氧气存储到高压气瓶中，将高压氢气调理成预设压力和预设流量后分别供给到百牛级气氢气氧轨控发动机(4)和牛级气氢气氧姿控发动机(6)，将高压氧气调理成预设压力和预设流量后分别供给到百牛级气氢气氧轨控发动机(4)和牛级气氢气氧姿控发动机(6)；百牛级气氢气氧轨控发动机(4)根据调理后的高压氢气和调理后的高压氧气产生稳态轨控推力；牛级气氢气氧姿控发动机(6)根据调理后的高压氢气和调理后的高压氧气产生脉冲姿控推力。 2.根据权利要求1所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：所述氢氧管理系统(3)包括氢气直接充填模块(7)、氢气泵增压模块(8)、高压氢气瓶(9)、氢路压力流量控制模块(10)、氧气直接充填模块(12)、氧气泵增压模块(11)、高压氧气瓶(13)和氧路压力流量控制模块(14)；其中，静态供水质子交换膜电解池(2)的氢气路分成两路分别与氢气直接充填模块(7)和氢气泵增压模块(8)相连；氢气直接充填模块(7)与氢气泵增压模块(8)并联后与高压氢气瓶(9)相连；高压氢气瓶(9)与氢路压力流量控制模块(10)相连；静态供水质子交换膜电解池(2)的氧气路分成两路分别与氧气直接充填模块(12)和氧气泵增压模块(11)相连；氧气直接充填模块(12)与氧气泵增压模块(11)并联后与高压氧气瓶(13)相连；高压氧气瓶(13)与氧路压力流量控制模块(14)相连。 3.根据权利要求1所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：静态供水质子交换膜电解池(2)接受水箱(5)提供的0.1MPa低压去离子水，电源(1)的电能直接电解出3MPa以上高压氢气和高压氧气。 4.根据权利要求2所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：静态供水质子交换膜电解池(2)电解出高压氢气，当需要高压氢气瓶(9)存储压力不超过静态供水质子交换膜电解池(2)能够电解的最高压力的氢气时，选择经过氢气直接充填模块(7)直接充填到高压氢气瓶(9)中；当需要高压氢气瓶(9)存储压力超过静态供水质子交换膜电解池(2)能够电解的最高压力的氢气时，选择通过氢气泵增压模块(8)，经过进一步增压后充填到高压氢气瓶(9)中。 5.根据权利要求2所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：静态供水质子交换膜电解池(2)电解出高压氧气，当需要高压氧气瓶(13)存储压力不超过静态供水质子交换膜电解池(2)能够电解的最高压力的氧气时，选择经过氧气直接充填模块(12)直接充填到高压氧气瓶(13)中；当需要高压氧气瓶(13)存储压力超过静态供水质子交换膜电解池(2)能够电解的最高压力的氧气时，选择通过氧气泵增压模块(11)，经过进一步增压后充填到高压氧气瓶(13)中。 6.根据权利要求2所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：高压氢气瓶(9)和高压氧气瓶(13)容积比为2：1。 7.根据权利要求1所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：百牛级气氢气氧轨控发动机(4)为混合比8：1的涡流冷却气氢气氧轨控发动机，以稳态点火为主要工作形式。 8.根据权利要求1所述的应用于高轨卫星的水基推进系统，其特征在于：牛级气氢气氧姿控发动机(6)为混合比8：1的气膜加辐射冷却气氢气氧姿控发动机，以脉冲点火为主要工作形式。 9.一种应用于高轨卫星的水基推进方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：利用电源(1)为静态供水质子交换膜电解池(2)供电；利用水箱(5)为静态供水质子交换膜电解池(2)供低压去离子水；静态供水质子交换膜电解池(2)利用电能将低压去离子水直接电解成高压氢气和高压氧气分别供给到氢氧管理系统(3)；氢氧管理系统(3)将高压氢气和高压氧气存储到高压气瓶中，将高压氢气调理成预设压力和预设流量后分别供给到百牛级气氢气氧轨控发动机(4)和牛级气氢气氧姿控发动机(6)，将高压氧气调理成预设压力和预设流量后分别供给到百牛级气氢气氧轨控发动机(4)和牛级气氢气氧姿控发动机(6)；百牛级气氢气氧轨控发动机(4)根据调理后的高压氢气和调理后的高压氧气产生稳态轨控推力；牛级气氢气氧姿控发动机(6)根据调理后的高压氢气和调理后的高压氧气产生脉冲姿控推力。 10.根据权利要求9所述的应用于高轨卫星的水基推进方法，其特征在于：所述氢氧管理系统(3)包括氢气直接充填模块(7)、氢气泵增压模块(8)、高压氢气瓶(9)、氢路压力流量控制模块(10)、氧气直接充填模块(12)、氧气泵增压模块(11)、高压氧气瓶(13)和氧路压力流量控制模块(14)；其中，静态供水质子交换膜电解池(2)的氢气路分成两路分别与氢气直接充填模块(7)和氢气泵增压模块(8)相连；氢气直接充填模块(7)与氢气泵增压模块(8)并联后与高压氢气瓶(9)相连；高压氢气瓶(9)与氢路压力流量控制模块(10)相连；静态供水质子交换膜电解池(2)的氧气路分成两路分别与氧气直接充填模块(12)和氧气泵增压模块(11)相连；氧气直接充填模块(12)与氧气泵增压模块(11)并联后与高压氧气瓶(13)相连；高压氧气瓶(13)与氧路压力流量控制模块(14)相连。
所属类别：	发明专利