用于離子推進系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)的制作方法
【專利摘要】包括兩個功率控制器、四個離子推進器和兩個開關(guān)組件的柵極式離子推進系統(tǒng)。一個開關(guān)組件被聯(lián)接到兩個功率控制器和四個離子推進器中的兩個。另一個開關(guān)組件被聯(lián)接到兩個功率控制器和四個離子推進器中的另外兩個。每個開關(guān)組件具有第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)，其可以使功率控制器中的任何一個能提供電能至四個離子推進器中的任何一個。每個開關(guān)組件包括各自的可移動主體和各自的多重開關(guān)，當(dāng)主體改變位置時，多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)。例如，可移動主體可以是由步進電機驅(qū)動的可旋轉(zhuǎn)空心軸。
【專利說明】用于離子推進系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于優(yōu)化離子推進器陣列的操作的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離子推進通常涉及使用穿過帶電柵極被電加速的電離氣體以產(chǎn)生推進。電加速的粒子能夠獲得非常高的速度。使用的氣體典型是惰性氣體，比如氙。由離子推進系統(tǒng)提供的優(yōu)于常規(guī)化學(xué)推進系統(tǒng)的主要優(yōu)點是其具有非常高的效率。例如，用相同數(shù)量的燃料質(zhì)量，離子推進系統(tǒng)能夠獲得的最終速度比用化學(xué)推進系統(tǒng)可獲得的速度高十倍。盡管它們是高效的，但是當(dāng)與化學(xué)推進系統(tǒng)相比較時，離子推進系統(tǒng)產(chǎn)生非常低的推力。這個事實已經(jīng)使得離子推進應(yīng)用的范圍變窄。然而，離子推進系統(tǒng)非常適合于空間應(yīng)用，其中低的推力通常是可接受的并且燃料效率是決定性的。包括衛(wèi)星和探險飛行器的許多飛行器使用離子推進系統(tǒng)。
[0003]例如，比如通信衛(wèi)星的飛行器現(xiàn)在通常使用離子推進以用于工作站的保持和其他的功能。離子推進器使用由衛(wèi)星的太陽能電池產(chǎn)生的電功率來提供能量到推進劑以產(chǎn)生推進。在典型的衛(wèi)星離子推進器中，通過在推進室的一端通過一系列柵極電極加速正離子來產(chǎn)生推力。所述電極被稱為離子引出組件，其產(chǎn)生成千上萬的微小推電波。通過外部的電子發(fā)射中和器，阻止所述電波被電吸引回至推進器。功率控制器是用于提供電控制和功率以驅(qū)動離子推進器的裝置，其包括控制放電和中和器陰極內(nèi)的發(fā)射電流。
[0004]眾所周知，使用氙離子推進系統(tǒng)(XIPS)以提供用于軌道保持和轉(zhuǎn)移衛(wèi)星軌道的推力。XIPS使用來自太陽和工作氣體的電以通過帶電離子加速提供推進。傳統(tǒng)的衛(wèi)星使用四個離子推進器(兩對)并且具有四個單獨的功率處理單元(PPU)以便所有四個推進器能夠被同時開動。因此，這顯著地增加了驅(qū)動離子推進器陣列所需要的質(zhì)量。
[0005]美國專利號6948305公開了一種XIPS，其包括具有減少質(zhì)量的功率處理系統(tǒng)。該功率處理系統(tǒng)允許單個PPU用推進器的某些元件共有的可調(diào)電壓電源驅(qū)動在一個陣列內(nèi)的多個離子推進器。(可調(diào)電流電源具有單個輸出以便提供期望的受控電流至陽極、保持器和加熱器)。這種方法的優(yōu)點在于可調(diào)電壓電源的質(zhì)量節(jié)省和整個封裝質(zhì)量的顯著下降。
[0006]進一步已知的，給衛(wèi)星裝備有兩個多余的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)均包括連線到兩個離子推進器的一個PPU。所述兩個子系統(tǒng)是完全獨立的，但是如果例如一個子系統(tǒng)有推進器問題并且另一個子系統(tǒng)有PPU問題則會使兩個子系統(tǒng)都不起作用。為了解決這個問題，XIPS繼電器單元(XRU)被加到離子推進器和PPU之間。這個XRU允許其他多余的子系統(tǒng)的離子推進器和PI3U被使用。因此，任何一個PI3U均能夠點火四個推進器中的一個。XRU的增加允許了 PPU和推進器的多個故障，且同時保持子系統(tǒng)工作。維持飛行器控制所需的只是來自一個推進器的推力。每個XRU包括由繼電器驅(qū)動電路操作的繼電器組。離子推進器和PPU被接線成得到最大多余度。
[0007]已知的XRU設(shè)計使用高達36個繼電器以運行轉(zhuǎn)換功能。該XRU在尺寸上大并且所述36個轉(zhuǎn)換元件必需全部運行以轉(zhuǎn)換單個的18個電路。孤立任何一對推進器的能力在使用繼電器的XRU中是不能得到的。
[0008]需要一種更加可靠的轉(zhuǎn)換功能，且其比XRU顯著地更輕便、具有更小的包線并且花費更少，并且允許推進器中的任何一對被孤立。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]公開了一種柵極離子推進系統(tǒng)，其具有兩個XIPS功率控制器(XPC)、兩個旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件(RSA)和四個離子推進器。通過合適的配置RSA和XPC，四個離子推進器中的每個都能夠由任一 XPC點火。另一種陳述方式是，系統(tǒng)將允許任意推進器被任一 XPC點火。當(dāng)一次只點火一個推進器時這將在工作站完成。然而，如果合適的衛(wèi)星操作需要兩個推進器同時被點火，則公開的系統(tǒng)通過使用單個可移動的主體(例如，可旋轉(zhuǎn)的空心軸(也就是卷筒))允許兩個XPC中的任何一個點火四個推進器中的任何兩個。所述系統(tǒng)能夠通過合理地配置RSA和XPC選擇哪兩個推進器點火并且隨后決定哪個XPC將點火哪個推進器。一個XPC —次只能夠操作一個推進器。因此只要需要同時點火兩個推進器，就必需使用兩個XPC。
[0010]按照一個實施例，通過使用旋轉(zhuǎn)開關(guān)(或者如下面所描述的其他類型的開關(guān))而不是繼電器以選擇哪個離子推進器由哪個XPC點火的系統(tǒng)來實現(xiàn)前面的轉(zhuǎn)換功能。在XPC與離子推進器之間使用專用高壓高可靠性的旋轉(zhuǎn)開關(guān)允許衛(wèi)星上的兩個XPC中的任何一個點火四個推進器中的任何推進器。按照不同的實施例，每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)使用一個共同的轉(zhuǎn)換元件(即單個轉(zhuǎn)子)來切換所有的18個電路?；蛘咚鼈?nèi)哭D(zhuǎn)換或者它們?nèi)坎晦D(zhuǎn)換，從而有助于更加可靠的轉(zhuǎn)換功能。另外，通過使用證明的高可靠性轉(zhuǎn)子和電刷組件，每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)能夠具有緊湊設(shè)計。另外，旋轉(zhuǎn)開關(guān)概念允許推進器被孤立以為了附加的操作靈活性。一對RSA的存在允許XPC和離子推進器二者中的多個故障。保持飛行器控制所需的僅是來自一個推進器的推力。
[0011]按照一個實施例，每個RSA均具有18個接觸環(huán)并且每個接觸環(huán)具有三個電刷。按照一個可替代的實施例，RSA中每個接觸環(huán)四個電刷，由此將所需接觸環(huán)的數(shù)量減少至9個。在可替代的實施例中，減少接觸環(huán)的數(shù)量允許RSA的尺寸和質(zhì)量被減少。在兩種旋轉(zhuǎn)開關(guān)的實施例中，每個RSA包括帶有分段滑環(huán)和周向電刷的旋轉(zhuǎn)電接觸環(huán)組件，其同時接通與斷開聯(lián)接到RSA的所有XPC和所有推進器的電聯(lián)接。RSA的所有環(huán)被同時旋轉(zhuǎn)以便聯(lián)接的混合狀態(tài)是不可能的。RSA的轉(zhuǎn)子由帶有冗余繞組的步進電機驅(qū)動。RSA被設(shè)計以在真空或者地面測試環(huán)境中高壓運行。
[0012]盡管下面詳細描述的實施例使用旋轉(zhuǎn)開關(guān)，但是其他類型的共同切換的開關(guān)能夠被用于轉(zhuǎn)換聯(lián)接電源到一對離子推進器的各個電路。這樣的可替代的開關(guān)系統(tǒng)可以包括板簧類型接觸，其通過旋轉(zhuǎn)接觸臂或者線性可移動接觸板被打開/關(guān)閉，其中成對彈簧被接觸以形成多級開關(guān)。其他的板簧設(shè)計概念包括旋轉(zhuǎn)的搖臂和線性螺旋桿。雖然后面的可替代的開關(guān)系統(tǒng)避免了燒結(jié)電刷和模壓軸組件的采購，但是它們具有更大的包線、更大的重量和更高的轉(zhuǎn)矩。
[0013]文中公開的主題的一個方面是離子推進系統(tǒng)，其包括第一和第二功率控制器、第一和第二離子推進器和具有至少第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)的開關(guān)組件，其中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙β士刂破鏖_啟時，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)組件在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，第一和第二離子推進器經(jīng)由第一開關(guān)組件分別接收來自第一和第二功率控制器的功率，并且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)組件在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，第一和第二離子推進器經(jīng)由開關(guān)組件分別接收來自第二和第一功率控制器的功率。開關(guān)組件包括可移動的主體和多重開關(guān)，當(dāng)主體改變位置時所述多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)。當(dāng)主體在第一位置時，開關(guān)組件在第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并且當(dāng)主體在第二位置時，開關(guān)組件在第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)。另外，當(dāng)主體處于第三位置時，第一和第二離子推進器通過開關(guān)組件與第一和第二功率控制器電絕緣。在一個實施例中，主體包括中心軸，并且開關(guān)組件進一步包括附接到中心軸的多個接觸板和多重電刷，各組三個或四個電刷與每個接觸板的相應(yīng)外表面接觸，每個外表面包括導(dǎo)電接觸部段和不導(dǎo)電部段。
[0014]按照一個實施例，主體包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸并且第一和第二位置分別是中心軸的第一和第二角度位置。步進電機可操作地聯(lián)接到中心軸以改變其角度位置。開關(guān)組件進一步包括附接到中心軸的多個接觸板和多重電刷。
[0015]所述系統(tǒng)進一步包括計算機系統(tǒng)，其被編程以發(fā)送脈沖序列，其步進地驅(qū)動步進電機并且提供由步進電機需要的運行步進功能的功率。所述計算機系統(tǒng)被進一步編程，以便保持第一或第二離子推進器穩(wěn)定運行，選擇地開啟或關(guān)閉由第一或第二功率控制器提供的電源。
[0016]按照另一個方面，離子推進系統(tǒng)被提供，其包括第一和第二功率控制器、第一到第四離子推進器以及第一和第二開關(guān)組件，所述第一開關(guān)組件連接至第一和第二功率控制器并且連接至第一和第二離子推進器，并且所述第二開關(guān)組件連接至第一和第二功率控制器并且連接至第三和第四離子推進器。第一和第二開關(guān)組件中的每個均具有第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)，其能夠被選擇以使得第一和第二功率控制器中的任一能提供電力至第一到第四離子推進器中的任何一個。第一開關(guān)組件包括可移動的第一主體和第一多重開關(guān)，當(dāng)?shù)谝恢黧w改變位置時，所述第一多重開關(guān)共同地改變狀態(tài)，并且第二開關(guān)組件包括可移動的第二主體和第二多重開關(guān)，當(dāng)?shù)诙黧w改變位置時，所述第二多重開關(guān)一致地改變位置。
[0017]仍然另一個方面是用于從第一和第二功率控制器中的選定一個提供電力至衛(wèi)星上機載的第一和第二離子推進器中的選定一個的方法，其包括:(a)電連接第一和第二離子推進器以及第一和第二功率控制器至開關(guān)組件，該開關(guān)組件包括可移動的主體和多重開關(guān)，當(dāng)主體從第一位置改變位置至第二位置時所述多重開關(guān)一致地改變位置，其中在所述第一位置時所述第一和第二離子推進器中的所述選定一個未連接至所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個，在所述第二位置時所述第一和第二離子推進器中的所述選定一個借助于所述開關(guān)連接至所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個；(b)引起所述主體從第一位置改變其位置到第二位置；和((3)在主體處于第二位置的同時，開啟所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個。按照一些實施例，主體包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸并且第一和第二位置分別是中心軸的第一和第二角度位置。
[0018]進一步的方面是用于從選定的功率控制器提供功率至衛(wèi)星上機載的選定離子推進器的方法，所述方法包括:Ca)在所述選定的功率控制器關(guān)閉時，旋轉(zhuǎn)包括多個接觸板的組件從第一角度位置至第二角度位置；和(b)在軸組件處于第二角度位置的同時，開啟所述選定的功率控制器。
[0019]本發(fā)明能夠涉及一種離子推進系統(tǒng)，其可以包括第一和第二功率控制器、第一和第二離子推進器以及具有至少第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)的第一開關(guān)組件，其中當(dāng)所述第一和第二功率控制器開啟時，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)組件處于所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，所述第一和第二離子推進器經(jīng)由所述第一開關(guān)組件分別接收來自所述第一和第二功率控制器的功率，并且當(dāng)所述第一開關(guān)組件處于第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，所述第一和第二離子推進器經(jīng)由所述第一開關(guān)組件分別接收來自所述第二和第一功率控制器的功率，并且其中所述第一開關(guān)組件包括可移動的第一主體和第一多重開關(guān)，當(dāng)所述第一主體改變位置時，所述第一多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，當(dāng)所述第一主體處于第一位置時，所述第一開關(guān)組件處于所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并且當(dāng)所述第一主體處于第二位置時，所述第一開關(guān)組件處于第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)。所述第一主體可以包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸并且所述第一和第二位置分別是所述中心軸的第一和第二角度位置。所述系統(tǒng)還可以包括步進電機，其可操作地聯(lián)接至所述中心軸以改變所述中心軸的角度位置。所述系統(tǒng)還可以包括計算機系統(tǒng)，其被編程以發(fā)送脈沖序列，從而步進地驅(qū)動步進電機并且提供由步進電機所需的運行步進功能的功率。所述計算機系統(tǒng)可以被進一步編程以選擇地開啟或關(guān)閉由所述第一或第二功率控制器提供的電源以保持所述第一或第二離子推進器的穩(wěn)定運行。所述第一開關(guān)組件還可以包括附接到所述中心軸的多個接觸板和多重電刷，相應(yīng)一組三個電刷與每個接觸板的相應(yīng)外表面接觸，每個外表面包括導(dǎo)電接觸部段和不導(dǎo)電部段。第一開關(guān)組件還可以包括附接到所述中心軸的多個接觸板和多重電刷，相應(yīng)一組四個電刷與每個接觸板的相應(yīng)外表面接觸，每個外表面包括一對導(dǎo)電接觸部段和一對不導(dǎo)電部段。當(dāng)所述主體處于第三位置時，第一和第二離子推進器可以由所述第一開關(guān)組件與第一和第二功率控制器電隔離。所述第一主體可以包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸，并且所述第一、第二和第三位置分別是所述中心軸的第一、第二和第三角度位置。所述系統(tǒng)還可以包括第三和第四推進器以及具有至少第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)的第二開關(guān)組件，其中當(dāng)所述第一和第二功率控制器開啟時，當(dāng)所述第二開關(guān)組件處于所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，所述第三和第四離子推進器經(jīng)由所述第二開關(guān)組件分別從第一和第二功率控制器接收功率，當(dāng)所述第二開關(guān)組件處于所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，所述第三和第四離子推進器經(jīng)由所述第二開關(guān)組件分別從第二和第一開功率控制器接收功率，并且其中所述第二開關(guān)組件包括可移動的第二主體和第二多重開關(guān)，當(dāng)所述第二主體改變位置時，所述第二多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，當(dāng)所述第二主體處于第一位置時，所述第二開關(guān)組件處于所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并且當(dāng)所述第二主體處于第二位置時，所述第二開關(guān)組件處于第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明能夠涉及一種離子推進系統(tǒng)，其可以包括第一和第二功率控制器、第一到第四離子推進器以及第一和第二開關(guān)組件，所述第一開關(guān)組件連接到所述第一和第二控制器并且連接到所述第一和第二離子推進器，并且所述第二開關(guān)組件連接至所述第一和第二功率控制器以及所述第三和第四離子推進器，其中所述第一和第二開關(guān)組件中的每個均具有第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)，其能夠被選擇以使得所述第一和第二功率控制器中的任一能夠供應(yīng)功率至所述第一到第四離子推進器中的任何一個，所述第一開關(guān)組件包括可移動的第一主體和第一多重開關(guān)，當(dāng)所述第一主體改變位置時，所述第一多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，并且所述第二開關(guān)組件包括可移動的第二主體和第二多重開關(guān)，當(dāng)所述第二主體改變位置時所述第二多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)。第一主體可以包括可旋轉(zhuǎn)的第一中心軸，并且所述第二主體包括可旋轉(zhuǎn)的第二中心軸。權(quán)利要求12所引用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包括:可操作地連接至所述第一中心軸以改變所述第一中心軸的角度位置的第一步進電機；和可操作地連接至所述第二中心軸以改變所述第二中心軸的角度位置的第二步進電機。所述系統(tǒng)還可以包括計算機系統(tǒng)，其被編程以選擇地發(fā)送脈沖序列，來步進地驅(qū)動所述第一或第二步進電機并且提供由所述第一或者第二步進電機所需的運行步進功能的功率。所述計算機系統(tǒng)可以進一步被編程以選擇地開啟或者關(guān)閉所述第一或者第二功率控制器以保持所述第一、第二、第三或第四離子推進器穩(wěn)定運行。第一開關(guān)組件還可以包括附加到所述第一中心軸的第一組多個接觸板以及第一多重電刷，相應(yīng)一組電刷與每個接觸板的相應(yīng)外表面接觸，每個外表面包括至少一個導(dǎo)電接觸部段和至少一個不導(dǎo)電部段。
[0021]本發(fā)明能夠涉及一種用于從第一和第二功率控制器中的選定一個提供功率至衛(wèi)星上機載的第一和第二離子推進器中的選定一個的方法，所述方法包括:Ca)連接第一和第二離子推進器以及第一和第二功率控制器至開關(guān)組件，開關(guān)組件包括可移動的主體和多重開關(guān)，當(dāng)主體從第一位置改變至第二位置時，所述多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，其中在第一位置，第一和第二離子推進器中的所述選定一個未連接至所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個，在第二位置，所述第一和第二離子推進器中的所述選定一個借助于開關(guān)連接至所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個；(b)使得主體從所述第一位置改變其位置至所述第二位置；和((3)在主體處于所述第二位置的同時，開啟所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個。主體可以包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸，并且所述第一和第二位置分別是所述中心軸的第一和第二角度位置。步驟(b)可以包括步進地驅(qū)動可操作地聯(lián)接至主體的步進電機。
[0022]本發(fā)明可以涉及用于從選定的功率控制器提供功率至衛(wèi)星上機載的選定離子推進器的方法，所述方法可以包括(a)在所述選定的功率控制器關(guān)閉的同時，旋轉(zhuǎn)包括多個接觸板的組件從第一角度位置至第二角度位置jP(b)在所述組件處于所述第二角度位置的同時，開啟所述選定的功率控制器。所述第一和第二功率控制器中的每個可以包括相應(yīng)的電源總線和相應(yīng)的穩(wěn)壓二極管，所述穩(wěn)壓二極管連接至所述相應(yīng)的下端電源總線以允許所述相應(yīng)的下端電源總線相對于飛行器電勢負浮動以實現(xiàn)引起電子流來均衡離子束的電勢。所述第一和第二離子推進器中的每個可以包括相應(yīng)的放電陽極和相應(yīng)的放電陰極，并且所述第一和第二功率控制器中的每個包括相應(yīng)的電源總線，其使得放電電源、放電保持器電源、放電加熱器電源以及屏柵極參照放電電子源，所述放電電源連接至相應(yīng)的放電陽極以提供致電離能力至燃料和連接至相應(yīng)放電陰極的屏電源以驅(qū)動主要離子束。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示出借助于旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件(RSA)將一個XPC連接至一個推進器的框圖。
[0024]圖2示出按照一個實施例的RSA單元的等距視圖。為了清晰，RSA單元的一些部件已經(jīng)被省略。
[0025]圖3示出按照一個實施例的RSA單元的軸組件和其他部件的截面圖。(步進電機54不是以截面被示出)
[0026]圖4-7示出圖1-3描述的類型的一對RSA的一些(但不是全部)模式，包括正常模式(圖4)、交叉捆扎模式(圖5)、隔離正常模式(圖6)和隔離交叉捆扎模式(圖7)。
[0027]圖8示出旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的截面圖，其中每個環(huán)四個電刷并且具有不同于圖3所示的軸組件。
[0028]圖8A、圖8B和圖8C示出在正常配置(圖8A)、開放配置(圖8B)和交叉捆扎配置(圖SC)中的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的截面圖。這種旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件中每個環(huán)四個電刷并且具有的軸組件與圖3所示相同。
[0029]圖9A和圖9B示出一組九個電源連接的示意圖，其用于旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件和在圖8A中部分描述的正常配置。
[0030]圖10和圖11示出具有兩組共軸接觸環(huán)(例如每組九個接觸環(huán))的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的示意性等距視圖，其中每個接觸環(huán)三個電刷。
[0031]圖10示出在交叉捆扎配置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件。
[0032]圖11示出在正常配置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件。
[0033]圖12A和圖12B示出按照圖10和圖11中部分描述的實施例的每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件中的所有電源連接。
[0034]圖13示出根據(jù)在下文中公開的實施例的XIPS的基本部件框圖。
[0035]在下文中，附圖將被參考，其中不同的附圖中相似的元件具有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實施方式】
[0036]衛(wèi)星上使用的離子推進器的基本結(jié)構(gòu)和操作是眾所周知的并且將在這里僅作簡要介紹。每個離子推進器包括離子引出組件、形成電離室的外殼、被置于電離室內(nèi)的放電電子源和電極系統(tǒng)、也置于電離室內(nèi)的磁場產(chǎn)生裝置和置于相鄰于離子引出組件的中性器。離子推進器聯(lián)接到包含可電離氣體(例如氙)的容器和電源系統(tǒng)。
[0037]在離子推進器的基本操作中，容器的可電離氣體經(jīng)由閥被提供到電離室并且初級電子被從電子源噴射到氣體內(nèi)。供應(yīng)到電子系統(tǒng)的放電電壓將這些電子加速成與氣體原子碰撞以產(chǎn)生等離子體。磁場產(chǎn)生裝置典型地包括環(huán)形永磁體并且被配置為產(chǎn)生接近至外殼的磁通線。這些磁通線沿著延伸的路徑引導(dǎo)電子并且因此增強等離子體的產(chǎn)生。按照一個實施例，離子引出組件具有屏柵極、加速器柵極和減速器柵極(減速器柵極是可選的)。來自電源系統(tǒng)的電功率被供應(yīng)到柵極以引起離子引出組件從等離子體引出離子束并且加速其離開推進器。離子束在其附接的離子推進器和飛行器上產(chǎn)生力。
[0038]如果沒有另外的補償，則離子束的正電荷流動將在離子推進器上產(chǎn)生負電荷，其將降低推進器的力。相應(yīng)地，中和器噴射電子流至離子束附近以抵消其電荷耗盡效應(yīng)。電子流也部分地中和離子束的正的空間電荷以防止過度的束流發(fā)散。
[0039]圖1示出XIPS的部件，其包含上面描述類型的離子推進器。更具體地，圖1示出安裝在XIPS功率控制器(XPC) 10和推進器12之間的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件(RSA) 14。推進器12包括放電陽極102、放電陰極106、放電保持器電極104、放電加熱器108、中和器陰極110、中和器保持器電極112、中和器加熱器114、屏柵極116和加速器柵極118以及減速器柵極120。
[0040]圖1示出運行推進器12所需的九種不同的電路，每個電路包括在RSA14內(nèi)部的相應(yīng)電連接15。盡管在優(yōu)選的實施例中的每個RSA具有用于兩個XPC的輸入和用于兩個推進器的輸出，不過圖1只示出了從一個XPC至一個推進器的連接。當(dāng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件(RSA) 14的軸組件被旋轉(zhuǎn)至預(yù)定角度位置時形成電連接15 (如后面將參照圖8A-8C更加詳細地描述)。
[0041]XPClO包括屏電源16、加速器電源18和減速器電源20，其中每個都是可調(diào)電壓的電源。XPClO進一步包括放電電源22、放電保持器和加熱器電源24、26以及中和器保持器和加熱器電源28、30，其中所有均為可調(diào)電流的電源。[0042]推進器12的放電電子源包括放電陰極106、放電保持器電極104和放電加熱器108，當(dāng)合適的電連接已經(jīng)被形成時放電加熱器108接收來自XPClO的放電加熱器電源36的電流。XPClO的放電保持器電源24將正電壓加于推進器保持器電極104上以引發(fā)等離子體放電并且提供電子到電離室。推進器的電極系統(tǒng)進一步包括放電陽極102。放電電壓被XPClO的放電電源22加于推進器12的電子源和放電陽極102兩端上以加速初級電子穿過可電離氣體。加速器電源18加速離子離開推進器。推進器中和器包括中和器陰極110、中和器保持器電極112和中和器加熱器114，它們基本上與被置于電離室內(nèi)的放電陰極106、放電保持器電極104和放電加熱器108 —樣。XPClO的中和器加熱器電源30聯(lián)接在中和器加熱器114兩端上以產(chǎn)生電子源，并且XPClO的中和器保持器電源28在中和器保持器電極112上施加正電壓以引發(fā)作為電子束源的等離子體。
[0043]仍然參照圖1，XPC10包括下端電源總線32和上端電源總線34。下端電源總線32被參考成飛行器“地電位”并且這些電源總線的電勢由屏電源16的電壓差電氣隔離。下端電源總線32參照中和器保持器電源28、中和器加熱器電源30、加速其電源18和減速器電源20。連接到下端電源總線32的穩(wěn)壓二極管8允許下端電源總線相對于飛行器電勢負浮動，從而實現(xiàn)導(dǎo)致電子束來均衡離子束的電勢。上端電源總線34將放電電源22、放電保持器電源24、放電加熱器電源26和屏柵極116參照至放電電子源。放電電源22被聯(lián)接到放電陽極102以提供電離能力至燃料(例如，氙)并且屏柵極16被聯(lián)結(jié)到放電陰極106以驅(qū)動主要束。
[0044]上面描述的在XPClO與推進器12之間的所有電氣連接15通過RSA14的軸組件(見圖1)被形成和破壞。圖2和圖3示出按照一個實施例的單個RSA的一些部件(為了清晰，一些部件已經(jīng)被省略)。圖2所示的RSA14包括外殼46，其由被四個導(dǎo)軌48聯(lián)接的一對安裝板50a、50b構(gòu)成。兩組電刷塊(每組四個電刷塊)被緊固到導(dǎo)軌48以形成兩個方形的封罩，其被置于在安裝板之間彼此相鄰。只有第一組電刷塊的電刷塊84b、84c和84d和第二組電刷塊的電刷塊85b、85c和85d在圖2中是可見的。這些方形的封罩包圍軸組件(在圖2中不可見)。第一組中的每個電刷塊被配置為支撐一排五個電刷，而第二組中的每個電刷塊被配置為支撐一排四個電刷。八個電刷塊共同支撐四排電刷，每排由與相應(yīng)接觸環(huán)接觸的九個電刷構(gòu)成。電刷塊可以由聚醚酰亞胺組成，比如Ultem聚醚酰亞胺樹脂。
[0045]如圖2可見，每個電刷塊具有由夾鉗78被附接到其上的接觸板82。附接到任意電刷塊的接觸板82的數(shù)量等于由那個電刷塊連續(xù)支撐在一排內(nèi)的電刷的數(shù)量(也就是，在這個實施例中四個或者五個)。圖2中所描繪的用于本實施例中接觸板的總數(shù)為36。
[0046]圖8示出由相應(yīng)成對夾鉗78夾持到四個電刷塊84a_84d的四個接觸板82的截面圖。在圖8中沒有示出在接觸板82前方和后方的其他接觸板。每個接觸板82是由導(dǎo)電金屬(例如鍍銀銅)構(gòu)成的板且?guī)в秀~焊至其上的焊柱(solder post)(參見圖8的項目87)。接觸板82為若干電源線(在圖8中未示出)提供公共電接頭，所述若干電源線隨后被電氣地聯(lián)接至被分別安裝到電刷塊84a-84d的電刷組件70、72、74、76 (下文中“電刷”)的接觸柱(contact post)。電刷可以由鍍銅或者包括鑰、銀、石墨以及其他成分的金屬合金組成。
[0047]再次參照圖3，軸組件40被安裝板50a、50b經(jīng)由相應(yīng)的球軸承組件62和64可旋轉(zhuǎn)地支撐。軸組件40的旋轉(zhuǎn)被步進電機54通過齒輪頭56被驅(qū)動，齒輪頭56被可旋轉(zhuǎn)地安裝到安裝板50a。另一安裝板50b支撐四個高壓連接器60 (在圖3中只有其中的兩個是可見的)，其承載由電源系統(tǒng)提供的高電壓電力。四個連接器60中的每個均被電氣地聯(lián)接至相應(yīng)一組電刷(在圖2和圖3中未示出)。如前面所解釋，四個連接器中的第一個被聯(lián)結(jié)至第一 XPC ;第二連接器被聯(lián)結(jié)至第一推進器；第三連接器被聯(lián)結(jié)至第二 XPC ;并且第四連接器被聯(lián)結(jié)至第二推進器。
[0048]仍然參照圖3，按照一個實施例，軸組件40包括多個接觸環(huán)44，每個接觸環(huán)44具有兩個導(dǎo)電弧形部段66和68以及基本上不導(dǎo)電的分離盤42。分離盤42防止鄰近接觸環(huán)44的不希望的電干涉。額外的隔離元件可以被置于分離盤之間以進一步隔離鄰近的環(huán)，并且防止碎片從一個接觸環(huán)移動至另一個。
[0049]接觸環(huán)44可以由鑄造環(huán)氧樹脂制成。導(dǎo)電部段66、68可以由銀或者鍍銅制成。
[0050]可以通過旋轉(zhuǎn)軸組件直到導(dǎo)電電刷接觸到安裝在接觸環(huán)外表面上的導(dǎo)電接觸部段66、68來形成在XPC與推進器之間的電連接。按照圖3描繪的實施例，一共有九個接觸環(huán)。軸組件40包括中心軸80，分離盤42和接觸環(huán)44被安裝在中心軸80上。中心軸80相對于外殼46的角度位置確定RSA14的模式。
[0051]圖4-7是示出一對RSA (RSA A和RSA B)的一些(但不是全部)模式的視圖，所述一對RSA被布置成允許各種推進器被連接至兩個XPC以便額外的冗余。在圖4-7中的每個圖中，下面的連接是固定的=XPCl的連接器Jl被連接至RSA A的連接器Jll ；XPC1的連接器J2被連接至RSA B的連接器Jll ；XPC2的連接器Jl被連接至RSA A的連接器J22 ；XPC2的連接器J2被連接至RSA B的連接器J22 ；RSA A的連接器Jl被連接至推進器I ;RSA A的連接器J2被連接至推進器2 ；RSA B的連接器Jl被連接至推進器3 ;并且RSA B的連接器J2被連接至推進器4。
[0052]圖4示出一種正常模式，其中RSA的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致每個RSA的輸入連接器Jll和J22分別被聯(lián)結(jié)至輸出連接器Jl和J2的角度位置，作為其結(jié)果，推進器I和3能夠接收來自XPCl的功率并且推進器2和4能夠接收來自XPC2的功率。
[0053]圖5示出一種交叉捆扎模式，其中RSA的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致每個RSA的輸入連接器Jll和J22分別被連接至輸出連接器J2和Jl的角度位置，作為其結(jié)果，推進器I和3能夠接收來自XPC2的功率并且推進器2和4能夠接收來自XPCl的功率。
[0054]另外，一個RSA在正常配置并且另一個在交叉捆扎配置是可能的。
[0055]圖6示出一種隔離正常模式，其中RSA A的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致RSA A的輸入連接器Jll和J22分別被連接至輸出連接器Jl和J2的角度位置，而RSA B的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致RSA B的輸入連接器Jll和J22不連接至輸出連接器Jl和J2的角度位置。在這種隔離模式中，推進器3和4隔離于XPC。通過顛倒圖4所示的RSA的模式，XPC能夠被聯(lián)結(jié)至推進器3和4并且與推進器I和2隔離。
[0056]圖7示出一種隔離交叉捆扎模式，其中RSA A的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致RSA A的輸入連接器Jll和J22分別被連接至輸出連接器J2和Jl的角度位置，而RSA B的軸組件被旋轉(zhuǎn)至導(dǎo)致RSA B的輸入連接器不被連接至輸出連接器Jl和J2的角度位置。在這種隔離模式中，推進器3和4與XPC隔離。通過顛倒圖7所示的RSA的模式，XPC能夠被連接至推進器3和4而與推進器I和2隔離。
[0057]圖8示出一種旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的截面圖，其中每個環(huán)四個電刷(項目70、72、74、76)并且具有與圖3所示不同的軸組件81。在圖3中，不導(dǎo)電的分離盤42和軸80是分離的部件。在圖8中，這些部件已經(jīng)被集成以形成具有兩個直徑對置的弧形的凹槽的軸81，其中由導(dǎo)電材料制成的一對周向放置的弧形的接觸部段66和68安放在所述凹槽中。這些導(dǎo)電的接觸部段被軸81的外表面的相應(yīng)基本不導(dǎo)電部段分隔開。
[0058]如圖8可見，每個電刷塊84a_84d被附接到外殼46的縱向?qū)к?8以形成大體方形電刷支撐外殼。每個電刷塊84a-84d支撐相應(yīng)一排五個電刷組件。如圖8所示，針對每對接觸部段66和68，有四個電刷70、72、74、76。由于軸組件被旋轉(zhuǎn)，這些電刷可滑動地接觸軸組件81的外表面，由此選擇地提供與接觸部段66、68電接觸。
[0059]現(xiàn)在仍然參照圖8，每個電刷組件包括由導(dǎo)電材料制成的相應(yīng)電刷70、72、74、76、延伸通過在相應(yīng)電刷塊84a-84d的相應(yīng)開口的相應(yīng)接觸柱52 (也是由導(dǎo)電材料制成)以及被布置在接觸柱52的凸緣和相關(guān)聯(lián)的接觸板82之間以推動相應(yīng)電刷接觸到導(dǎo)電部段66和68的電刷預(yù)加載彈簧86。如前面所描述，四個電刷塊84a-84d被緊固于四個導(dǎo)軌48以形成方形封罩。電刷70、72、74、76沿著相應(yīng)徑向軸線可移置，所述相應(yīng)徑向軸線以90度角度互相分隔開。
[0060]圖8A、圖8B和圖8C示出旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件截面圖，其中每個環(huán)四個電刷70、72、74、76并且具有與圖3所示相同的軸組件40。旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件被示出以正常配置(圖8A)、開放配置(圖8B)和交叉捆扎配置(圖8C)。
[0061]在圖8A-8C描繪的實施例中，一個XPC至一對推進器中的一個推進器以及另一個XPC至同一對推進器中的另外一個的選擇連接是通過旋轉(zhuǎn)中心軸80至一個角度位置被實現(xiàn)，在該角度位置，相鄰電刷中的一對與接觸部段66接觸并且相鄰電刷中的另一對與接觸部段68接觸。實際上，在兩個角度位置中的任一位置，每個接觸部段均在一對導(dǎo)電電刷之間形成橋接。當(dāng)中心軸沿任一方向旋轉(zhuǎn)45°角時，對置電刷均接觸到位于接觸部段66和68之間的不導(dǎo)電部段，因此打開由相應(yīng)接觸部段橋接的成對相鄰電刷所形成的“開關(guān)”。以這種方式，軸組件40相對于外殼46的角度位置確定RSA14的模式。
[0062]圖8A示出在正常配置的RSA，其中推進器I被連接到XPCl并且推進器2被連接到XPC2。在這種配置中，中心軸80在0°的角度位置，在該角度位置電刷70和72與接觸部段66接觸，并且電刷74和76與接觸部段68接觸。
[0063]圖8B示出開放狀態(tài)的RSA，其中推進器I和推進器2均不被連接到XPCl或XPC2。在這種狀態(tài)中，中心軸80在45°的角度位置，在該角度位置，電刷70與接觸部段66接觸，電刷72與接觸環(huán)44的一個不導(dǎo)電部段相接觸，電刷74與接觸部段68接觸，并且電刷76與接觸環(huán)44的另一個不導(dǎo)電部段接觸。
[0064]圖8C示出交叉配置的RSA，其中推進器I被連接到XPC2并且推進器2被連接到XPC1。在這種配置中，中心軸80在90°的角度位置，在該角度位置電刷70和76與接觸部段66接觸并且電刷72和74與接觸部段68接觸。
[0065]圖9A和圖9B示出如圖8A所部分描繪的正常配置中用于旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的一組九個電源連接。然而圖8A示出一個接觸環(huán)的狀態(tài)，圖9A和圖9B示出具有每個接觸環(huán)四個電刷的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的九個接觸環(huán)的狀態(tài)。盡管為了說明的目的，這九個接觸環(huán)在圖中不同的位置被描繪，不過需要被理解的是這九個接觸環(huán)是共軸的并且被安裝到公共中心軸上。在圖9A和圖9B描繪的正常配置中，連接器Jll被電氣聯(lián)接至連接器J1，而連接器J22被電氣聯(lián)接至連接器J2。[0066]圖10和圖11示出具有兩組共軸接觸環(huán)(例如每組九個接觸環(huán))的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件示意性等距視圖，其中每個接觸環(huán)三個電刷。點劃線指示出公共中心軸的軸線。圖10示出在交叉捆扎配置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件；圖11示出在正常配置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件。每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的一個圓形接觸環(huán)在圖10和圖11中由相應(yīng)橢圓描繪。然而，需要理解的是，每個旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件通過在中心軸(在圖10和圖11中未示出)上裝配一系列交替的接觸環(huán)和分離盤(例如，10個接觸環(huán))被實現(xiàn)。在這個實施例中，每個接觸環(huán)(例如90和90a)在其外表面具有不導(dǎo)電部段(例如92和92a)。外表面的剩余部分是導(dǎo)電的。例如，每個接觸環(huán)可以包括帶有包含絕緣材料的外部弧形部段的固體導(dǎo)電金屬。當(dāng)電刷在絕緣體上行進時，該電刷與接觸環(huán)電隔離并且其他的電刷接觸該接觸環(huán)。在操作中，在任何時刻只有一個推進器和一個XPC被連接。當(dāng)離子推進系統(tǒng)關(guān)閉時，RSA只被轉(zhuǎn)換至不同的配置。
[0067]在圖10和圖11所描繪的實施例中，RSA具有18個接觸環(huán)，其可被一致地旋轉(zhuǎn)。接觸環(huán)中的九個將XPCl連接至推進器I或者推進器2中的任一，并且相反地，另外九個接觸環(huán)將XPC2連接至推進器2或者推進器I中的任一。在這個實施例中，18個接觸環(huán)中的每個接觸環(huán)具有與其關(guān)聯(lián)的三個電刷(例如94、96、98以及94a、96a、98a)，所述電刷是彈簧預(yù)加載的(彈簧未示出)并且可以沿著以120°角度分隔開(將這個與圖8所描繪的實施例比較，其中電刷之間的角度為90° )的相應(yīng)徑向軸線移置。第二 RSA (在圖10和圖11中未示出)能夠被布置成選擇性地連接XPC至第三和第四推進器(在圖10和圖11中未示出)。
[0068]圖10示出在交叉捆扎配置的第一 RSA，其中推進器2被連接到XPCl并且推進器I被連接到XPC2。在這種配置中，中心軸(未示出)在0°的角度位置。在0°的角度位置，電刷94和96接觸接觸環(huán)90的外表面的導(dǎo)電部分，而電刷98接觸接觸環(huán)90的不導(dǎo)電部段92 ;并且電刷94a和96a接觸接觸環(huán)90a的外表面的導(dǎo)電部分，而電刷98a接觸接觸環(huán)90a的不導(dǎo)電部段92a。
[0069]圖11示出在正常配置的第一 RSA，其中推進器I被連接到XPCl并且推進器2被連接到XPC2。在這種配置中，中心軸(未示出)在120°的角度位置。在120°的角度位置，電刷94和98接觸接觸環(huán)90的外表面的導(dǎo)電部分，而電刷96接觸接觸環(huán)90的不導(dǎo)電部段92 ;并且電刷94a和98a接觸接觸環(huán)90a的外表面的導(dǎo)電部分，而電刷96a接觸接觸環(huán)90a的不導(dǎo)電部段92a。
[0070]每個接觸環(huán)三個電刷的實施例還使得當(dāng)電刷94和94a分別接觸不導(dǎo)電部段92和92a時，推進器I和2能夠電隔離。
[0071]圖12A和圖12B示出圖10所部分描繪的正常配置中的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的一組18個電源連接。圖10示出兩個接觸環(huán)的狀態(tài)，而圖12A和圖12B示出每個接觸環(huán)三個電刷的旋轉(zhuǎn)開關(guān)組件的18個接觸環(huán)的狀態(tài)。盡管為了說明的目的，在圖中這18個接觸環(huán)被描繪在不同的位置，不過需要理解的是，這18個接觸環(huán)是共軸的并且被安裝到公共中心軸上。在圖12A和圖12B所描繪的正常配置中，連接器JlI被電氣聯(lián)接至連接器Jl，而連接器J22被電氣聯(lián)接至連接器J2。
[0072]圖13示出按照上面公開的實施例的XIPS的基本部件。描繪的部件只包括兩個XPClO中的一個、兩個RSA14中的一個、四個推進器12中的一個和兩個步進電機54中的一個。每個步進電機54均由(例如，在衛(wèi)星上機載的)中央計算機36控制。對于圖13所示的部件，中央計算機36發(fā)送出脈沖序列,其步進地驅(qū)動步進電機54。脈沖序列是步進電機54的唯一輸入并且提供步進的信號以及運行步進功能所需要的動力/功率。也就是說，步進電機不需要單獨的電源；只是需要來自中央計算機36的一根控制線。
[0073]仍然參照圖13，給推進器12加電的電源由XPClO提供。從XPClO傳動到推進器12的4.5千瓦動力由RSA14轉(zhuǎn)換。來自XPClO的動力由中央計算機36開啟和關(guān)閉，但是為了保持推進器的運行穩(wěn)定，對輸出功率的緊密調(diào)整在XPClO內(nèi)部地完成；中央計算機36只命令XPClO起動和停止推進器動力。
[0074]每個上面描述的系統(tǒng)提供推進器連接性以便任一 XPC能夠點火四個推進器中的任何一個。按照一些實施例，連接性被提供通過分段滑環(huán)。使用可靠的電刷和滑環(huán)技術(shù)，分段滑環(huán)和電刷取向在所有時刻只允許一個推進器和一個XPC被聯(lián)接，也就是，兩個推進器不能夠被聯(lián)接到一個XPC并且兩個XPC不能夠被聯(lián)接到一起。這些布置允許推進器中的任意一對被隔離。當(dāng)在隔離模式時，推進器將不被連接到XPC并且因此，將不通過XPC接地。然而，對于這種隔離情況，接地的電阻(例如20兆歐)被加到RSA的每個電路，其在開關(guān)的推進器一側(cè)，以便推進器將在隔離模式保持接地，因此避免靜電放電或者接地問題。
[0075]進一步，為了非?？煽坎僮?，公開的系統(tǒng)在RSA中使用單個旋轉(zhuǎn)元件。可替代的，單個可移置元件可以被用于不同開關(guān)配置中。也就是，其他類型的一致切換的開關(guān)能夠被用于切換聯(lián)接功率控制器至離子推進器的各個電路。這樣的可替代開關(guān)系統(tǒng)可以包括板簧類型的接觸，其通過旋轉(zhuǎn)接觸臂或者線性可移動接觸板被打開/關(guān)閉，其中，成對彈簧接觸以形成多極開關(guān)。其他的板簧設(shè)計概念包括旋轉(zhuǎn)搖臂和線性螺旋桿。提供具有單個公共轉(zhuǎn)換元件(例如旋轉(zhuǎn)的中心軸)的開關(guān)組件，根據(jù)中心軸的角度位置(第一或者第二角度位置)，允許兩個XPC中的任一點火兩個推進器中的任一。在中心軸的第三角度位置，相同的兩個推進器能夠與兩個XPC電隔離。
[0076]離子推進系統(tǒng)優(yōu)選地被設(shè)計成允許高達2000伏的電壓且相關(guān)聯(lián)的高達25安的電流的轉(zhuǎn)換。合理設(shè)計的系統(tǒng)是小的并且緊湊的、易于裝配并且具有低的重現(xiàn)成本。
[0077]雖然已經(jīng)參照特定的實施例描述了離子推進器，不過本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解不同的變化可以被生成并且等價物可以替代其中元件而不背離本教導(dǎo)的范圍。另外，可以做出許多修改來調(diào)試本教導(dǎo)中的具體情節(jié)，而不背離其實質(zhì)性范圍。因此，其意圖是，所附權(quán)利要求不被局限于公開的實施例。
[0078]如權(quán)利要求中所使用，詞語“計算機系統(tǒng)”應(yīng)被寬泛地詮釋為包括具有至少一個計算機或者處理器的系統(tǒng)，并且其可以具有通過網(wǎng)絡(luò)或者總線通信的兩個或者更多個自主的計算機或者處理器。
【權(quán)利要求】
1.一種離子推進系統(tǒng)，包括第一和第二功率控制器、第一和第二離子推進器以及具有至少第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)的第一開關(guān)組件，其中當(dāng)所述第一和第二功率控制器開啟時，當(dāng)所述第一開關(guān)組件在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)時所述第一和第二離子推進器經(jīng)由所述第一開關(guān)組件分別從所述第一和第二功率控制器接收動力，并且當(dāng)所述第一開關(guān)組件在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)時所述第一和第二離子推進器經(jīng)由所述第一開關(guān)組件分別從所述第二和第一功率控制器接收動力，并且其中所述第一開關(guān)組件包括可移動的第一主體和第一多重開關(guān)，當(dāng)所述第一主體改變位置時所述第一多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，當(dāng)所述第一主體在第一位置時所述第一開關(guān)組件在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并且當(dāng)所述第一主體在第二位置時所述第一開關(guān)組件在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一主體包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸，并且所述第一和第二位置分別是所述中心軸的第一和第二角度位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進一步包括步進電機，其可操作地聯(lián)接到所述中心軸以改變所述中心軸的角度位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進一步包括計算機系統(tǒng)，其被編程以發(fā)送步進地驅(qū)動所述步進電機的脈沖序列并且提供所述步進電機所需的運行步進功能的動力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述計算機系統(tǒng)進一步被編程成選擇性地開啟和關(guān)閉所述第一或第二功率控制器提供的動力以保持所述第一或第二離子推進器運行穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一開關(guān)組件進一步包括附接到所述中心軸的多個接觸板和多重電刷，相應(yīng)一組三個電刷接觸每個接觸板的相應(yīng)外表面，每個外表面包括導(dǎo)電接觸部段和不導(dǎo)電部段。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一開關(guān)組件進一步包括附接到所述中心軸的多個接觸板和多重電刷，相應(yīng)一組四個電刷接觸每個接觸板的相應(yīng)外表面，每個外表面包括一對導(dǎo)電接觸部段和一對不導(dǎo)電部段。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第一主體在第三位置時，所述第一和第二離子推進器通過所述第一開關(guān)組件與所述第一和第二功率控制器電隔離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第一主體包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸并且所述第一、第二和第三位置分別為所述中心軸的第一、第二和第三角度位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括第三和第四離子推進器以及具有至少第一和第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)的第二開關(guān)組件，其中當(dāng)所述第一和第二功率控制器開啟時，當(dāng)所述第二開關(guān)組件在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)時，所述第三和第四離子推進器經(jīng)由所述第二開關(guān)組件分別接收來自所述第一和第二功率控制器的動力，并且當(dāng)所述第二開關(guān)組件在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)時所述第三和第四離子推進器經(jīng)由第二開關(guān)組件分別接收來自所述第二和第一功率控制器的動力，并且其中所述第二開關(guān)組件包括可移動的第二主體和第二多重開關(guān)，當(dāng)所述第二主體改變位置時所述第二多重開關(guān)一致地改變狀態(tài)，當(dāng)所述第二主體在第一位置時所述第二開關(guān)組件在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，并且當(dāng)所述第二主體在第二位置時所述第二開關(guān)組件在所述第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
11.用于提從第一和第二功率控制器中的選定一個提供動力至衛(wèi)星上機載的第一和第二離子推進器中的選定一個的方法，該方法包括: (a)連接所述第一和第二離子推進器以及所述第一和第二功率控制器至開關(guān)組件，該開關(guān)組件包括可移動的主體和多重開關(guān)，當(dāng)所述主體從第一位置改變位置至第二位置時所述多重開關(guān)一致地改變位置，在所述第一位置時所述第一和第二離子推進器中的所述選定一個未被連接到所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個，在所述第二位置時所述第一和第二離子推進器中的所述選定一個借助于所述開關(guān)被連接到所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個； (b)使所述主體從所述第一位置改變其位置到所述第二位置；和 Ce)當(dāng)所述主體在所述第二位置時，開啟所述第一和第二功率控制器中的所述選定一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述主體包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸，并且所述第一和第二位置分別是所述中心軸的第一和第二角度位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(b)包括步進地驅(qū)動被可操作地聯(lián)接到所述主體的步進電機。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二功率控制器中的每個均包括相應(yīng)電源總線和相應(yīng)穩(wěn)壓二極管，所述相應(yīng)的穩(wěn)壓二極管被連接至所述相應(yīng)下端電源總線以允許所述相應(yīng)下端電源總線相對于飛行器電勢負浮動以實現(xiàn)引起電子流來平衡離子束的電勢。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二離子推進器中的每個均包括相應(yīng)放電陽極和相應(yīng)放電陰極，并且所述第一和第二功率控制器中的每個均包括相應(yīng)電源總線，其將放電電源、 放電保持器電源、放電加熱器電源和屏柵極參照至放電電子源，所述放電電源被聯(lián)接到相應(yīng)放電陽極以向燃料提供電離能力并且屏電源被聯(lián)接到相應(yīng)放電陰極以驅(qū)動主要束。
【文檔編號】F03H1/00GK103835904SQ201310545903
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】J·F·斯迪克梅爾, J·扎夫拉斯, J·M·珀金斯, K·B·克賴納, G·N·卡普林, B·K·史密斯, P·S·勞恩施泰因 申請人:波音公司