微推进器

(10x10x2.5 mm)
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats • 可安装在CubeSat卫星上，可为之提供 各个方向的推进工作。 • 加电压后，推进器中的液体推进剂通过 微型喷嘴发射离子流，驱动卫星前进。 • 在这种太阳能离子喷射推进系统下，4 个推进器就能为普通的1UCubeSat提 供不同位置的控制和主要推动力。 • 1U CubeSat卫星本身尺寸为10 cm x 10 cm x 10cm，约4英寸，重2.2磅（ 约998g）。
Benefits from iEPS technology
• Removal of orbital debris • Formation flying: collaborative architectures • Servicing missions: inspection, docking, assembly and repair • Satellite de-orbit at the end of mission • 3-axis attitude control (including ultra-precise pointing) • Desaturation of reaction wheels • Change orbital elements • Counteract atmospheric drag at LEO • Interplanetary exploration: thrusting to the moon, asteroids and beyond
Schematic cross section of the ILIS arrays using porous nickel emitter substrates fabricated using the electrochemical etching process.
Electrochemical Etching Process
Thank you!
Microthruster
etched under pulsed voltage
SEM Images
Arrays
of individual emitters and arrays
Individual emitter 高度：150～170μm 顶部圆角：5 ～20μm
工艺待改进之处
• 部分样品刻蚀后存在残渣；
• 工艺成功率不高，50%
研究背景
• 大卫星造价高、风险大、重量大 • 微小卫星有效载荷尺寸小、功能密度高 （MEMS） • 传统推进系统笨重，需要微型化 • 微小卫星星座的分布特性可完成更多任务
工作原理
工作原理
• 推进剂效率衡量指标： 比冲（specific impulse） • 单位：秒（s）
工作原理
Chemical
工作原理
Electr脉冲等离子体推进器（Pulsed Plasma Thruster，PPT）
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 霍尔推进（Hall thruster）：
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 场效应离子推进（Field Emission Electric Propulsion，FEEP）：
Samples of 200-μm-diameter masks on porous nickel created using a DuPont Riston FX515 dry film resist.
Improvements
due to pulsed voltage etching
etched at a constant voltage
forms plateaus
smoothly round the emitter tips
Emitters are formed using a two-step electrochemical etching process.First, through-mask machining forms plateaus. Second, the plateaus are rounded with the etch mask removed.
• 冷气推进： 惰性气体作为推进剂 推进剂储箱→减压阀→电磁阀→拉瓦尔喷管 • 单工质： 工质经催化分解产生高温气体 • 双工质： 氧化产生高温气体 • 固体： 固体燃烧产生高温产物
工作原理
Electrical
电增强（Electrically Augmented） • 电加热（resisto-jet）：对冷气和单工质 • 电弧喷射（arc-jet）：
Leaders
• Manuel MartinezSanchez
• PROFESSOR OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS • FORMER DIRECTOR, SPACE PROPULSION LAB
• Paulo Lozano
• ASSOCIATE PROFESSOR OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS • DIRECTOR, SPACE PROPULSION LAB
Etching Apparatus
刻蚀仪器
Schematic of the etching station
样品电接触布局
Sample support and electrical contact configuration used in these experiments.
Dry Film Lithography
（the presented etches have occurred at a 50% duty cycle）
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats
Ionic liquid ion sources (ILIS) arrays
thruster
工作原理
Electrical
静电类（Electrostatic） • 胶体推进（Colloid thruster）：
研究机构
• MIT Space Propulsion Lab, Department of Aeronautics and Astronautics, Massachusetts Institute of Technology
ion Electrospray Propulsion System (iEPS) for CubeSats
a 1U CubeSat prototype with 4 iEPS thruster modules and PPU electronics
应用于航天器的平面阵列的MEMS微推进器 推进器重5g 集成502个单个的推进器组成阵列 能够产生13μN的推进力
主要研究工作
2000
5%-10%LiCl 和甲酰胺
1999
Martinez-Sanchez 重新提出
2004
EMI-BF4，表面润湿； 二维阵列（MEMS）
2008
多孔镍内部润湿， 一维阵列
2012
多孔镍，改进工艺， 二维阵列
Ionic liquid ion sources (ILIS) arrays
Microthruster
微推进器
2013.12.30
Contents
• • • • • • 研究背景 工作原理 研究机构与工作 最新推进器阵列 工艺待改进 iEPS简介
研究背景
• 卫星分类（质量）
卫星分类 大卫星 中型卫星 小卫星 微型卫星 纳卫星 皮卫星 飞卫星 >1000 500-1000 100-500 10-100 1-10 0.1-1 <0.1 质量/kg