胡帼杰,李健,刘百麟

中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094

地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计与优化

胡帼杰*,李健,刘百麟

中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京100094

LIPS-300离子电推力器工作时产生的大量热耗会严重影响其工作性能,因此推力器的热控设计和在轨温度预计是推力器设计的关键技术之一。文章首先提出了地球静止轨道LIPS-300离子电推力器热设计,建立了离子电推力器热分析有限元模型。然后,针对典型的地球静止轨道位保工况开展了LIPS-300离子电推力器的在轨热分析,得到了LIPS-300离子电推力器重点部件在轨工作时的温度预计:下极靴、阳极筒、屏栅、下磁钢为主要的高温位置,且下磁钢温度可能超出材料温度上限。最后,基于热分析的结果结合离子电推力器的特点提出适当增加外壳散热面积是离子电推力器优化设计的有效方向,而增强阳极筒、极靴与屏栅筒间的内部换热是无效的设计优化方向。

地球静止轨道;离子电推力器;热设计;在轨热分析;优化设计

Key words:geosynchronous orbit;ion thruster;thermal design;thermal analysis in orbit; optimization design

离子电推进技术是先进的空间推进技术,其比冲比常规化学燃料发动机高出数倍,大大提高了卫星的有效载荷质量,延长了卫星在轨工作寿命。随着航天器在轨应用需求的不断增加,对离子电推进系统也有了更高的要求。大推力、高比冲、长寿命及高可靠性已经成为目前离子电推力器技术发展的趋势[1-2]。

中国兰州空间技术物理研究所研制的20 cm口径LIPS-200离子电推力器已经于2012年进行了飞行演示试验[3],得到了成功验证。……