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星辰空间300W氙气霍尔推进系统及多项首创技术在轨成功验证

星辰空间300W霍尔电推进系统6月28日在轨成功点火,系统各参数正常,是国内唯一化推和电推首飞均一次成功的商业航天公司。

     北京星辰空间科技有限公司(简称:星辰空间)300W氙工质霍尔推进系统随天仪研究院研制的TY26星于2023年6月7日成功发射入轨,6月28日开始在轨点火验证,首先完成了管路除气、阴极激活等预处理工作,6月29日完成了基于压传流量闭环控制下的正常点火,点火过程圆满顺利,推进系统各参数正常和地面测试数据吻合。

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图 1 星辰空间300W霍尔电推进

     图 2分别给出了WGS84系下卫星TY26轨道位置和电推进系统阳极点火过程的放电电流实时遥测数据。

     在6月30日分别完成了基于压传流量闭环控制和基于阳极电流流量闭环控制点火,尤其是在轨验证了国内首创的阳极电流闭环控制的霍尔电推进系统点火。

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图 2 实时遥测数据

     图 3给出了基于阳极电流的流量闭环控制点火部分遥测数据。

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图 3  基于阳极电流流量闭环控制点火的星上电气及控制参数

     与地面单独推力的性能点火实验测试结果比对,可知在阳极电压250V和阳极电流0.76A时(为本次在轨电推进系统小推力工作模式),推力为10.5mN,再结合对应点火前后GNSS轨道数据和整星重量值,上述推力器性能指标与GNSS轨道反算推力结果吻合。

     点火过程中基于阳极电流的比例阀小流量控制,其计算控制误差小于0.01(如图 2所示),其实测阳极电流控制标准偏差为0.006157155,由地面标定结果反算到推力稳态精度则优于1%,可满足诸如SAR卫星等管道等高精度轨道控制场景需求。

     截止7月2日共计霍尔电推完成了15次在轨点火,均一次成功,累计点火时长超60分钟,初步验证了星辰空间300W霍尔推进系统在轨工作的稳定性和可靠性。此次霍尔电推在轨成功点火,使星辰空间成为国内唯一化推和电推在轨首飞均一次成功的商业航天公司。

     星辰空间的氙气电推进系统采用霍尔推进技术,产品创新和满足航天质量要求并举,创新的目标在满足产品性能、可靠性和成本达成了统一,此次在轨点火成功也验证了公司诸多首创技术。

     (1) 作为国内首个单线圈磁屏蔽霍尔推力器,其结构简单、重量轻、技术指标性能达到了国际先进水平;

     (2) 国内首次在轨成功验证了比例阀小流量连续闭环控制和阳极电流闭环控制,实现了推力一定范围内的连续实时可调,极大地提高了推力稳态精度,流量控制具有压传闭环和阳极电流闭环等多种冗余控制方式,进一步提高了系统可靠性。

     (3) 电推进系统软件具备在轨重构能力和智能化,针对在轨单粒子效应,实现了创新的软备份功能,可对用户进行透明式切换执行;对于在轨阳极打火问题采用了独创的扩张状态微分观测器进行阳极电流变化实时预估,可实现大浪涌预警处理,确保整星用电安全。

     此外,星辰空间300W氪工质霍尔推进系统计划于9月份搭载某末子级入轨,该系统包含2台300W氪气推力器,2台贮供,1台PPCU,1个气瓶。预计可在轨验证2台不同技术状态的300W氪工质推力器点火状态、性能和稳定性;这次飞行任务,同时还要验证25MPa氪气贮供系统通过机械调压的流量控制、压传闭环的流量控制和阳极电流闭环的流量控制,为后续各型号氪工质霍尔推进系统在轨使用打下坚实基础。

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图 4 某末子级300W氪工质霍尔推进系统布局

     北京星辰空间科技有限公司成立于2019年12月25日,公司目前完全自主研发的产品覆盖了霍尔推进、离子推进、化学推进和冷气推进等,其中霍尔产品谱系丰富覆盖了100W、200W、300W、600W和1700W等不同功率霍尔电推产品,可满足30~1500kg级卫星在轨长期机动和长寿命需求,其中200W以上(含)霍尔电推可采用氙/氪两种工质,具有在轨飞行经历,其性能指标均处于国际先进水平。公司多款霍尔电推已经为国家多个重大型号进行配套。

     化学推进产品包括0.25N、0.5N、1N、5N、10N和20N等单组元和双组元推进,产品成熟可靠,具有在轨飞行经历,可适用于微纳星到大卫星的快速机动和轨控需求。此外公司还研发出mN级低成本电阻式推进,可满足低成本商业应用需求。

     公司是目前唯一自主掌握600W以上中高功率霍尔电推进、300~1700W 霍尔氪气电推进、阴极和低功率离子射频电推进等核心关键技术的商业推进公司。

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