一種阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料及其制成的推進裝置和蓮子推進器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天空間推進技術(shù)領(lǐng)域，特別的，涉及一種可用于在失重狀態(tài)下產(chǎn)生 持續(xù)推力的阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料，由這種材料制成的推進裝置，以及由這種 推進裝置形成的蓮子推進器。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是世界各國競爭最激烈、發(fā)展最快的高科學(xué)技 術(shù)之一。而推進器是航天器最重要的分系統(tǒng)之一，隨著衛(wèi)星壽命的不斷延長，規(guī)模的不斷擴 大，適應(yīng)載荷要求的衛(wèi)星構(gòu)型改變，再加上快速響應(yīng)的新要求，推進系統(tǒng)面臨著新的挑戰(zhàn)， 必須不斷創(chuàng)新和持續(xù)提高。
[0003] 目前國際主流的空間電推進器是基于網(wǎng)狀陽極的高電壓加速離子、微波回旋共振 加速離子、霍爾磁感應(yīng)原理加速離子等技術(shù)，均需要高壓電源、磁場、真空泵及其復(fù)雜的配 套裝置以實現(xiàn)推進功能，體積大、重量大、分系統(tǒng)復(fù)雜易出故障，難以實現(xiàn)上百年的穩(wěn)定推 進。
[0004] 為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)采用的解決方案，但是這些方案本身存在如下缺陷：當(dāng) 今，小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星和納星由于研發(fā)周期短、成本低、風(fēng)險小、軍事應(yīng)用前景大等優(yōu)點，已 成為當(dāng)代衛(wèi)星的發(fā)展趨勢。它們的姿態(tài)和位置控制、無拖曳補償、變軌等任務(wù)，需要發(fā)展微 推進技術(shù)，提供yN級推力。高能離子推進可以產(chǎn)生相應(yīng)的推力，但是因為需要電源、磁場、 復(fù)雜的真空系統(tǒng)，不適合用在小衛(wèi)星上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 目前國際主流的空間電推進器是基于網(wǎng)狀陽極的高電壓加速離子、微波回旋共振 加速離子、霍爾磁感應(yīng)原理加速離子等技術(shù)，均需要高壓電源、磁場、真空泵及其復(fù)雜的配 套裝置以實現(xiàn)推進功能，體積大、重量大、分系統(tǒng)復(fù)雜易出故障，難以實現(xiàn)上百年的穩(wěn)定推 進。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料，所述放 射性材料以下述物質(zhì)為阿爾法粒子級聯(lián)衰變的初始元素：核素鋦 242Cm或其阿爾法級聯(lián)衰 變反應(yīng)中的中間產(chǎn)物，所述核素鋦242Cm的阿爾法級聯(lián)衰變反應(yīng)方式為：
【主權(quán)項】
1. 一種阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料，其特征在于，所述放射性材料以下述物質(zhì) 為阿爾法粒子級聯(lián)衰變的初始元素： 核素鋦242Cm或其阿爾法級聯(lián)衰變反應(yīng)中的中間產(chǎn)物，所述核素鋦242Cm的阿爾法級聯(lián) 衰變反應(yīng)方式為：
核素钚236Pu或其阿爾法級聯(lián)衰變反應(yīng)中的中間產(chǎn)物，所述核素钚236Pu的阿爾法級聯(lián) 衰變反應(yīng)方式為：
2. -種具有阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料，其特征在于，所述的放射性材料為權(quán) 利要求1中所述放射性材料的至少兩種的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放射性材料，所述放射性材料產(chǎn)生的總推力F(t)滿足：
其中，q為材料種類，~為第i種核素單位面積的核子數(shù)，X,為第i種核素的衰變常 數(shù)，Eai為第i種核素的a衰變的粒子動能，S為表面積，n為沿平面的法向發(fā)射的比例系 數(shù)。
4. 一種推進裝置，使用權(quán)利要求1-3中任一項所述放射性材料形成為放射性材料板， 其特征在于，所述放射性材料板的表面設(shè)置有多個凹部，每個凹部形成為凹曲面狀，用于產(chǎn) 生大致垂直于凹部焦平面的推進力。
5. -種推進裝置，使用權(quán)利要求1-3中任一項所述放射性材料形成為放射性材料板， 其特征在于，所述放射性材料板形成為平板或曲面板。
6. -種推進裝置，使用權(quán)利要求1-2中任一項所述放射性材料形成為放射性材料板， 其特征在于，所述推進裝置包括： 本體（1)，形成為凹曲面形狀的放射性材料板； 邊緣部（2)，設(shè)置所述本體（1)的開口處并與該本體（1)可活動的連接，所述邊緣部 (2)具有多個折疊部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的推進裝置，其特征在于，所述本體（1)形成為拋物表面、球冠 表面或半球表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的推進裝置，其特征在于，所述凹曲面滿足下式：
其中，m和n確定單元函數(shù)包絡(luò)中心的位置，c為三維周期正弦結(jié)構(gòu)的深度，x、y、z為 三維周期結(jié)構(gòu)口表面上點的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、豎坐標(biāo)，為旋轉(zhuǎn)余弦曲面口面的特征寬度。
9. 一種使用權(quán)利要求3-8中任一項所述推進裝置的蓮子推進器，包括按照預(yù)定方式排 列的多個所述推進裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓮子推進器，所述蓮子推進器形成為平板或曲面板，所述多 個推進裝置按照預(yù)定方式排列在所述平板或曲面板上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阿爾法粒子級聯(lián)衰變的放射性材料及其制成的推進裝置和蓮子推進器，所述推進裝置使用放射性材料經(jīng)過阿爾法衰變反應(yīng)輻射高能粒子產(chǎn)生推進力，每克242Cm(半衰期163天)放射性元素可提供～3-5μN的沖力，每克238Pu(半衰期87年)放射性元素可提供～0.02μN的沖力。通過放射性材料形成的具有特定表面形狀的推進裝置可以實現(xiàn)特定方向的推進力，產(chǎn)生垂直于推進裝置焦平面的推進力。本發(fā)明可提供上百年的穩(wěn)定推進力，特別適合于微推進器，同時也適用于大功率推進器。
【IPC分類】B64G1-40
【公開號】CN104843198
【申請?zhí)枴緾N201510190326
【發(fā)明人】歐陽曉平, 常超, 夏彥, 張文武, 何世熠
【申請人】湘潭大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月21日