面向空间引力波探测任务的微推进技术研究进展

微推力器是实现空间引力波探测中无拖曳控制任务的关键。本文在分析空间引力波探测无拖曳控制系统对微推力器要求基础上,通过微推进技术原理开展分析,梳理出了满足要求的微推力器,包括冷气推力器、波电离离子推力器、会切磁场型霍尔推力器和场致发射推力器4种备选方案,并介绍了4种推力器以及基于推力器的无拖曳控制国内外相关研究现状。在此基础上,本文介绍了天琴计划开展以来针对这几种微推力器的研制进展,并对后续应用于引力波探测的微推进技术研究方向进行展望。

天琴计划简介

天琴计划预期于2035年左右发射并部署边长约17万公里的等边三角形卫星星座,构成一个引力波天文台—天琴。天琴将对10^(-4)~1 Hz频段的引力波进行探测,为人类描绘一幅更全面的宇宙图景。在本文中,我们对天琴计划的背景和提出过程、天琴的主要探测对象和主要科学目标、天琴需要攻克的核心关键技术问题、天琴计划技术路线图及进展等进行介绍,以方便更多人加入这一项富有挑战而又激动人心的工作。

电喷推力器稳定域研究与性能测试

电喷推力器在立方星变轨、离轨以及编队飞行等方面具有良好的应用前景,尤其可以在空间引力波探测等无拖曳控制任务中发挥重要作用。使用微针作为电喷推力器发射极,通过调控压力对工质流量进行主动控制,实现了以流量和电压为变量的推力调控策略。面向我国引力波探测任务需求,针对微牛顿量级电喷推力器开展研制工作,重点研究微针发射极类型电喷推力器的推力调控特性,对研制的单发射极毛细管电喷推力器发射原理试验系统的稳定工作范围(稳定域)、电压、流量调控特征以及推力范围、推力噪声、推力分辨率、推力变化响应时间等关键性能参数进行了研究与测试。试验结果表明,该推力器的推力范围为0.5~8.5μN,推力噪声小于0.1μN/Hz^(0.5),推力分辨率小于0.1μN,推力随电压变化响应时间小于10 ms。