官長斌，沈 巖，魏延明，王兆立，扈延林，惠歡歡，南 柯，韓 亮

(北京控制工程研究所，北京 100094)

0 引 言

隨著人類探索宇宙空間的深度大大拓展，各國競相出臺新的太空政策，人類又掀起了新一輪以深空探測為標(biāo)志的太空探索熱潮。為了適應(yīng)多元化的空間任務(wù)發(fā)展要求，具有高比沖、連續(xù)可控推力等優(yōu)點(diǎn)的電推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并在軌道轉(zhuǎn)移、位置保持、軌道交會及深空探測等諸多任務(wù)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

電推進(jìn)系統(tǒng)的執(zhí)行器稱為電推力器，其原理為將氣體工質(zhì)電離，并通過外部強(qiáng)電場將離子加速噴出而產(chǎn)生推力。電推力器的最理想工質(zhì)為惰性氣體氙氣(Xe)，因?yàn)槠渚哂蟹肿恿看?、電離能低、無毒且易于貯存的優(yōu)點(diǎn)[2]。氙氣供給系統(tǒng)承擔(dān)著氙氣工質(zhì)的貯存、壓力調(diào)節(jié)和流量控制等功能，是電推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，屬于高精度流體控制領(lǐng)域。氙氣供給系統(tǒng)流量控制精度不但影響電推力器的推力精度，還影響其在軌工作可靠性和壽命。

為了適應(yīng)電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展需求，各國在氙氣供給技術(shù)方面都開展了大量的研究和工程實(shí)踐，但是尚未有全面的綜述性文章對其進(jìn)行梳理和分析，無法清晰地呈現(xiàn)氙氣供給技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)。本文首先介紹了氙氣供給系統(tǒng)的組成和分類。然后，按照此分類原則對傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)和先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)進(jìn)行了梳理，并概括了其關(guān)鍵技術(shù)及研究現(xiàn)狀。最后，對氙氣供給系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進(jìn)行了總結(jié)，并對我國氙氣供給技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 氙氣供給系統(tǒng)的組成和分類

1.1 系統(tǒng)組成

氙氣供給系統(tǒng)包括如下三部分：一是高壓氣瓶，用于氙氣工質(zhì)的高壓貯存；由于氙氣為超臨界氣體(臨界壓力5.84 MPa，臨界溫度289.85 K)，隨著貯存壓力升高，其密度會急劇增加，高壓可實(shí)現(xiàn)高密度貯存。二是壓力控制模塊，其利用減壓元件將氙氣瓶中的高壓氙氣減壓并穩(wěn)定在較低的壓力值(一般0.1 MPa～0.3 MPa之間，壓力控制精度一般在±2%～±5%)。三是流量控制模塊，其通過具有超高流阻的節(jié)流元件實(shí)現(xiàn)微小流量的精確控制并供給電推力器的陽極、陰極或中和器(量程一般在0.01 mg/s～10 mg/s，精度一般在±2%以內(nèi))；為了提高流量穩(wěn)定性和精度，節(jié)流元件一般采用熱控裝置，構(gòu)成所謂的“熱節(jié)流元件”。

圖1 氙氣供給系統(tǒng)的組成圖Fig.1 Composition of the xenon feeding system

1.2 系統(tǒng)分類

氙氣供給系統(tǒng)的壓力控制模塊按照所采用的減壓元件不同，可以分為采用減壓閥的機(jī)械減壓型、采用串聯(lián)電磁閥的開關(guān)控制型和采用比例閥的比例控制型三種。機(jī)械減壓型采用出口壓力負(fù)反饋的機(jī)械減壓閥作為減壓元件，機(jī)械減壓閥的出口壓力可以通過調(diào)節(jié)彈簧預(yù)壓縮量來設(shè)定，其減壓功能無需電子控制部件而可自動實(shí)現(xiàn)，因此對控制系統(tǒng)要求低，但是其在軌工作過程中下游壓力無法調(diào)節(jié)且響應(yīng)慢，使得氙氣供給系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性差。開關(guān)控制型采用串聯(lián)電磁閥和下游緩沖罐共同實(shí)現(xiàn)減壓功能，通過串聯(lián)電磁閥開關(guān)時(shí)序控制來釋放少量氣體進(jìn)入下游緩沖罐，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減壓和穩(wěn)壓功能，開關(guān)控制型又稱為“Bang-Bang控制型”，其魯棒性好、可靠性高，但是壓力控制波形呈現(xiàn)“鋸齒狀”，壓力調(diào)節(jié)精度低。比例控制型采用比例閥作為減壓元件，通過控制比例閥的閥口開度來實(shí)現(xiàn)下游壓力的精確連續(xù)控制，壓力調(diào)節(jié)精度高，但比例閥的死區(qū)、蠕變及發(fā)熱等非線性問題給控制帶來了困難。

氙氣供給系統(tǒng)的流量控制模塊根據(jù)節(jié)流元件的不同，可以分為定節(jié)流型和變節(jié)流型兩種。定節(jié)流型采用固定節(jié)流面積的節(jié)流器作為節(jié)流元件，在入口壓力一定情況下，利用熱控裝置控制氙氣的黏度實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)(一般將此種節(jié)流方式稱為“熱節(jié)流”)，定節(jié)流型的流量控制精度高，但其響應(yīng)慢、調(diào)節(jié)范圍小；固定節(jié)流元件按照結(jié)構(gòu)不同，又可以分為固定節(jié)流孔型、毛細(xì)管型、多孔金屬燒結(jié)型、串聯(lián)切向孔型、金屬刻蝕型以及迷宮型。變節(jié)流型采用比例閥作為節(jié)流元件，在入口壓力一定情況下，通過調(diào)節(jié)比例閥的開口實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，變節(jié)流型的流量調(diào)節(jié)范圍大、響應(yīng)快，但同樣存在前文提到的由于比例閥非線性問題所導(dǎo)致的流量調(diào)節(jié)精度低的缺點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)理念上，最初的電推進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)沿襲了化學(xué)推進(jìn)劑供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，采用金屬管路將各種閥門、傳感器、過濾器及節(jié)流器等連接起來，本文將其稱為“傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)”，目前已發(fā)射的飛行器絕大多數(shù)都采用傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)；后來隨著微小衛(wèi)星平臺對電推進(jìn)系統(tǒng)的需求以及電推進(jìn)系統(tǒng)自身性能提升的需求，國外開始研究微型化、模塊化的氙氣供給系統(tǒng)，本文將其稱為“先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)”。無論傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)還是先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)均由以上三種壓力控制模塊和兩種流量控制模塊自由組合而成。

2 氙氣供給系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

電推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，起源于冷戰(zhàn)時(shí)期的太空競賽，以美國和俄羅斯最為先進(jìn)，后來日本和歐盟也相繼開展電推進(jìn)技術(shù)研究。作為電推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，氙氣供給系統(tǒng)也是從以上幾個(gè)國家率先開展研究并實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用，我國氙氣供給技術(shù)起步較晚，但是近幾年已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，并已經(jīng)在試驗(yàn)衛(wèi)星平臺上實(shí)現(xiàn)了電推進(jìn)系統(tǒng)的在軌驗(yàn)證[3]。

2.1 傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)

目前，傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了諸多深空探測器和衛(wèi)星平臺上。按照第1.1節(jié)中的分類方法，表1列出了國內(nèi)外已發(fā)射空間飛行器所采用的氙氣供給系統(tǒng)類型。

2.1.1機(jī)械減壓型氙氣供給系統(tǒng)

1992年，俄羅斯FAKEL中心為GALS衛(wèi)星研制了SPT-100霍爾推力器。其氙氣供給系統(tǒng)的壓力控制模塊采用兩級減壓模式，第一級采用機(jī)械減壓閥，第二級采用兩個(gè)串聯(lián)電磁閥和容腔組成的電子減壓方式，最終壓力穩(wěn)定在0.24 MPa～0.26 MPa之間，屬于機(jī)械減壓型和開關(guān)控制型的復(fù)合壓力控制。流量控制模塊通過毛細(xì)管型熱節(jié)流器實(shí)現(xiàn)陽極和陰極總流量的控制，再通過固定節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)陽極和陰極13∶1的流量分配，屬于固定節(jié)流型流量控制模塊。

表1 國內(nèi)外已發(fā)射飛行器的氙氣供給系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on the xenon feeding system of launched aircrafts at home and abroad

1997年，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室研制完成了美國第一個(gè)霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)的飛行演示系統(tǒng)，并通過空間試驗(yàn)衛(wèi)星(Space Technology Experiments，STEX)于1998年10月3日完成了首飛。此霍爾推力器功率為600 W，推力為38 mN。其氙氣供給系統(tǒng)通過波紋管式機(jī)械減壓閥將6.2 MPa氣瓶壓力減壓為0.255 MPa±0.01 MPa；流量控制模塊采用固定節(jié)流孔的熱節(jié)流方式。

1998年，MOOG公司為俄羅斯和美國的合作飛行試驗(yàn)項(xiàng)目-Module M開發(fā)了單一支路、低成本的氙氣供給系統(tǒng)，其壓力控制模塊采用機(jī)械減壓閥(Moog Model 50E859)實(shí)現(xiàn)高壓氙氣從19 MPa到0.255 MPa±0.027 MPa的減壓調(diào)節(jié)。流量控制模塊采用Mott公司的燒結(jié)型多孔金屬節(jié)流器實(shí)現(xiàn)陽極1.65 mg/s和陰極0.6 mg/s的流量控制。

1999年，日本宇航開發(fā)中心開始研制工程試驗(yàn)衛(wèi)星8號(Engineering Test Satellite VIII, ETS-VIII)，并于2006年12月18日發(fā)射升空。ETS-VIII衛(wèi)星采用離子電推進(jìn)系統(tǒng)為其姿態(tài)和軌道控制提供動力，美國VACCO公司和三菱電子公司合作為ETS-VIII衛(wèi)星開發(fā)離子推進(jìn)系統(tǒng)所需要的氙氣供給系統(tǒng)。其壓力控制模塊包含一個(gè)Stanford Mu公司雙級冗余機(jī)械減壓閥和兩個(gè)力矩馬達(dá)自鎖閥，機(jī)械減壓閥可以將氣瓶中的高壓氙氣調(diào)節(jié)到0.276 MPa±0.00248 MPa。流量控制模塊所采用的流量控制元件為VACCO公司研制的節(jié)流孔板，其采用刻蝕技術(shù)在單片節(jié)流片上進(jìn)行復(fù)雜流體通道的刻蝕，可以提供精確的流阻和很好的耐污染能力。

空間系統(tǒng)/勞拉公司(Space Systems/Loral)在1990年就開始試圖努力將俄羅斯的SPT-100霍爾電推力器應(yīng)用到西方的通信衛(wèi)星平臺上，并于2004年在LS-1300E衛(wèi)星平臺實(shí)現(xiàn)了SPT-100的首次飛行。如圖2所示，該氙氣供給系統(tǒng)的壓力控制模塊屬于典型的機(jī)械減壓型[4]，由MOOG公司負(fù)責(zé)研制，采用兩個(gè)并聯(lián)布置的MOOG單級波紋管式機(jī)械減壓閥將18.6 MPa的氣瓶壓力調(diào)節(jié)為0.255 MPa±0.01 MPa的下游壓力。流量控制模塊采用俄羅斯成熟的流量控制模式，通過毛細(xì)管型熱節(jié)流器實(shí)現(xiàn)陽極和陰極總流量的控制，再通過固定節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)陽極和陰極13∶1的流量分配。

2009年，歐空局的地球重力場和海洋環(huán)流探測衛(wèi)星GOCE發(fā)射升空，采用可變推力的離子推進(jìn)系統(tǒng)作為動力系統(tǒng)。荷蘭的Bradford Engineering B.V.公司為GOCE研制了一款比例氙氣供給組件PXFA[5]，為陽極、陰極和中和器供氣。其壓力控制部分包含自鎖閥、高壓傳感器和機(jī)械減壓器，屬于機(jī)械減壓型壓力控制模式；每個(gè)流量控制單元均包括三個(gè)支路，其中陽極支路通過比例流量控制閥和質(zhì)量流量傳感器閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了0.01 mg/s ～0.63 mg/s可調(diào)氙氣流量；陰極和中和器通過固定節(jié)流孔來實(shí)現(xiàn)流量控制，其中陰極流量為0.01±0.007 mg/s，中和器流量為0.041±0.006 mg/s，屬于變節(jié)流和固定節(jié)流的混合流量控制模式。

圖2 LS-1300E衛(wèi)星平臺的氙氣供給系統(tǒng)Fig.2 Xenon feeding system of LS-1300E platform

2010年8月14日，世界上首個(gè)采用霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行軌道提升任務(wù)的地球同步軌道GEO衛(wèi)星的首發(fā)星AEHF-1由Atlas-5運(yùn)載火箭發(fā)射升空。它繼承了A2100平臺構(gòu)架，但不采用電弧推力器而采用Aerojet公司的BPT-4000霍爾推力器。其氙氣供給系統(tǒng)同樣采用圖2所示的MOOG公司的壓力控制模塊。但是其流量控制模塊采用基于MOOG公司比例電磁閥的低功耗、輕質(zhì)的氙氣流量控制器[6](型號為MOOG Model 50E947)，如圖3所示，屬于變節(jié)流型流量控制模塊。

圖3 MOOG公司的比例氙氣流量控制模塊Fig.3 MOOG xenon proportional flow control module

法國自20世紀(jì)90年代初開始與俄羅斯合作開展等離子體推進(jìn)技術(shù)研究，研制成功了PPS-1350霍爾推力器，并應(yīng)用在了AlphaBus平臺上，并于2013年發(fā)射了首發(fā)星Inmarsat-4A F4。泰雷茲-阿爾尼亞宇航公司負(fù)責(zé)AlphaBus平臺電推進(jìn)系統(tǒng)研制，其氙氣供給系統(tǒng)的壓力控制模塊包含兩個(gè)高壓傳感器、兩個(gè)Ampac Ireland公司雙余度機(jī)械減壓器、四個(gè)力矩馬達(dá)自鎖閥和四個(gè)低壓傳感器，屬于機(jī)械減壓型氙氣供給系統(tǒng)。

2.1.2開關(guān)控制型氙氣供給系統(tǒng)

1996年，日本國家航天發(fā)展局研制的工程試驗(yàn)衛(wèi)星-6(ETS-VI)完成發(fā)射。其電推進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)的壓力控制模塊采用并聯(lián)雙冗余設(shè)計(jì)，每個(gè)支路均通過控制自鎖閥向下游容腔充氣，并通過檢測下游容腔中的壓力來決定自鎖閥的開關(guān)時(shí)序，以此完成氙氣壓力調(diào)節(jié)功能，屬于單級開關(guān)控制型壓力控制模式。流量控制模塊采用由電熱驅(qū)動的比例節(jié)流元件和毛細(xì)管式流量傳感器組成的流量控制器來進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，該流量調(diào)節(jié)模塊實(shí)現(xiàn)陽極10 sccm，陰極和中和器5 sccm的氙氣流量，控制精度可達(dá)±5%，功耗小于9 W，重量小于1 kg，屬于變節(jié)流型流量控制。

1998年10月24日，深空1號(Deep Space 1, DS1)隨Delta II型火箭發(fā)射升空，其采用30 cm離子發(fā)動機(jī)。深空1號中的氙氣供給系統(tǒng)采用典型的開關(guān)控制型壓力控制模塊，也稱為“Bang-Bang控制型”[7]，如圖4所示。其壓力控制模塊采用雙余度設(shè)計(jì)，每個(gè)支路均通過兩個(gè)電磁閥SV1、SV2(或SV3、SV4)的異步開關(guān)動作將少量氣體釋放到下游緩沖罐A1或A2中，最終將A1或A2中氙氣壓力控制在0.275 MPa～0.68 MPa之間。Bang-Bang控制工作原理如圖5所示，當(dāng)緩沖罐中的壓力P2下降到P2min時(shí)，將上游電磁閥打開給中間小容腔充氣，經(jīng)過時(shí)間t1后關(guān)閉，然后兩個(gè)電磁閥同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)且經(jīng)過時(shí)間t2，最后下游電磁閥打開將中間小容腔中的氙氣釋放到下游緩沖罐中，經(jīng)過時(shí)間t3后關(guān)閉，完成一個(gè)完整的Bang-Bang控制周期。流量控制模塊采用燒結(jié)多孔金屬型熱節(jié)流器TJ1、TJ2和TJ3實(shí)現(xiàn)陽極流量0.6～2.4 mg/s、陰極流量0.25～0.37 mg/s及中和器流量0.24～0.36 mg/s。2006年，美國JPL實(shí)驗(yàn)室完成了黎明號(Dawn)探測器的電推進(jìn)系統(tǒng)研制工作，并在2007年9月發(fā)射升空。黎明號的氙氣供給系統(tǒng)繼承了深空1號的開關(guān)控制型壓力控制模式[9]，不同之處在于黎明號考慮了更多的冗余設(shè)計(jì)并采用了容量更大的復(fù)合材料氣瓶。

圖4 深空1號的氙氣供給系統(tǒng)Fig.4 Xenon feeding system of DS1

圖5 深空1號的Bang-Bang壓力控制原理圖Fig.5 Bang-Bang control schematic of DS1

2003年5月9日，日本空間探索局開發(fā)的隼鳥號小行星探測器發(fā)射升空，隼鳥號最初稱為MUSES-C(Mu Space Engineering Spacecraft)，MUSE-C飛行器采用24 mN的微波離子發(fā)動機(jī)作為動力。MUSE-C的氙氣供給系統(tǒng)采用開關(guān)控制型壓力控制模塊，并采用冗余設(shè)計(jì)提高可靠性，其中壓力控制分為兩個(gè)冗余支路。流量控制模塊采用Lee公司的串聯(lián)切向孔型節(jié)流器，實(shí)現(xiàn)2.35 sccm陽極流量和0.5 sccm中和器流量。

2003年，歐空局ESA開始研制SMART-1飛行器，它是一個(gè)借助太陽能電推進(jìn)器進(jìn)入月球軌道的環(huán)月人造衛(wèi)星。SMART-1發(fā)射于2003年9月27日，是歐洲第一個(gè)飛向月球的太空飛船，采用法國的PPS-1350霍爾推力器作為動力。氙氣供給系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)采用開關(guān)壓力控制單元實(shí)現(xiàn)(由西班牙的Snecma Moteurs and Iberespacio公司研制[8]，如圖6所示)，通過Bang-Bang控制算法可以將初始壓力15 MPa的氙氣調(diào)節(jié)在0.2 MPa附近。低壓氙氣通過如圖6所示的氙氣流量控制器給霍爾推力器的陽極和陰極供氣，跟LS-1300E衛(wèi)星平臺一樣，屬于毛細(xì)管型定節(jié)流方式。

圖6 SMART-1的壓力控制模塊與流量控制模塊Fig.6 Pressure/flow control module of SMART-1

2005年，阿斯特留姆公司(EADS Astrium)為歐洲之星-3000平臺(Eurostar-3000)研發(fā)氙氣供給系統(tǒng)。Eurostar-3000采用雙組元推進(jìn)系統(tǒng)和霍爾推進(jìn)系統(tǒng)作為軌道轉(zhuǎn)移的動力系統(tǒng)，其電推力器為SPT-100霍爾推力器。氙氣供給系統(tǒng)采用一套并聯(lián)冗余的開關(guān)控制型壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高壓氣瓶到低壓氙氣的壓力調(diào)節(jié)，每個(gè)支路含有3個(gè)串聯(lián)的電磁閥，在下游設(shè)置緩沖罐，用來穩(wěn)定壓力脈動；最終實(shí)現(xiàn)15 MPa高壓氣瓶到緩沖罐0.265 MPa±0.02 MPa的壓力調(diào)節(jié)。其流量控制模塊采用固定節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)陽極和陰極的流量控制。

2012年10月14日，我國成功發(fā)射了SJ-9A衛(wèi)星，搭載了離子推力器和霍爾推力器，完成了我國電推進(jìn)系統(tǒng)的飛行演示驗(yàn)證。其氙氣供給系統(tǒng)是北京控制工程研究所研制的我國首套開關(guān)控制型氙氣供給系統(tǒng)，采用Bang-Bang電磁閥和下游緩沖罐進(jìn)行壓力控制；流量控制模塊采用帶熱控的迷宮型流量控制器進(jìn)行流量控制，屬于固定節(jié)流型流量控制模式[10]。2017年4月12日發(fā)射的SJ-13衛(wèi)星，是我國首顆采用電推進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行軌道控制任務(wù)的衛(wèi)星，也是DFH-3B平臺的全配套首發(fā)星，其氙氣供給系統(tǒng)繼承SJ-9A的技術(shù)狀態(tài)，流量調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到0.2 mg/s～10 mg/s，調(diào)節(jié)精度5%。

2.1.3比例控制型氙氣供給系統(tǒng)

2003年，MOOG公司為美國空軍戰(zhàn)術(shù)星-2(TacSat-2)研制氙氣供給系統(tǒng)。戰(zhàn)術(shù)星-2于2006年12月16日發(fā)射升空，其采用200 W霍爾推進(jìn)系統(tǒng)作為動力系統(tǒng)。MOOG公司在自主研制的比例流量控制閥基礎(chǔ)上，為200 W霍爾推力器研制了一款結(jié)構(gòu)簡單的氙氣供給系統(tǒng)[11]，如圖7所示。其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：1)比例流量控制閥既作為壓力調(diào)節(jié)部件，又作為流體隔離部件；2)比例流量閥下游無緩沖罐，實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)化。氙氣供給系統(tǒng)通過比例流量控制閥和低壓傳感器構(gòu)成PID閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，陽極和陰極節(jié)流器均采用在金屬膜片上激光打孔形成的固定節(jié)流孔實(shí)現(xiàn)流量控制。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了入口壓力15 MPa～0.7 MPa到出口壓力0.034 MPa±0.00017MPa的壓力調(diào)節(jié)效果，陽極流量控制在0.84 mg/s，陰極流量控制在0.068 mg/s。

圖7 戰(zhàn)術(shù)星-2的氙氣供給系統(tǒng)Fig.7 Xenon feeding system of TacSat-2

2003年，美國JPL實(shí)驗(yàn)室、Aerojet公司以及波音電氣公司聯(lián)合為NASA研制了用于外行星探索任務(wù)的下一代離子推進(jìn)系統(tǒng)NEXT(NASA’s Evolu-tionary Xenon Thruster)，目標(biāo)是研制25 kW量級大功率太陽能電推進(jìn)系統(tǒng)。NASA選擇了Aerojet公司為NEXT設(shè)計(jì)下一代氙氣供給系統(tǒng)[12]，一方面要減小氙氣浪費(fèi)和系統(tǒng)體積，另一方面要實(shí)現(xiàn)陽極、陰極和中和器流量的單獨(dú)調(diào)節(jié)。NEXT氙氣供給系統(tǒng)包含一個(gè)高壓組件和三個(gè)低壓組件，如圖8所示。高壓組件通過MOOG比例電磁閥和低壓壓力傳感器實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制，屬于比例控制型壓力控制模塊。低壓組件為一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，一方面通過低壓傳感器與比例電磁閥組成壓力控制閉環(huán)進(jìn)行二次壓力調(diào)節(jié)；另一方面通過溫度傳感器和加熱器組成的溫度控制閉環(huán)對Mott公司的多孔金屬介質(zhì)型節(jié)流器進(jìn)行溫度控制，最終實(shí)現(xiàn)多支路流量獨(dú)立主動控制。

圖8 NEXT的氙氣供給系統(tǒng)Fig.8 Xenon feeding system of NEXT

2013年，泰雷茲電子系統(tǒng)公司為Small GEO平臺的首發(fā)星Hispasat AG1研制了一種新型電推進(jìn)系統(tǒng)，其核心部件為高效多級霍爾推力器HEMPT3050。其氙氣供給系統(tǒng)通過常閉隔離閥實(shí)現(xiàn)高壓氙氣隔離，陽極通過電磁比例閥和固定節(jié)流器共同實(shí)現(xiàn)流量控制，其中電磁比例閥和陽極電流組成閉環(huán)控制；陰極通過隔離閥和固定節(jié)流器實(shí)現(xiàn)流量控制。

2017年前后，為了滿足未來大型通信衛(wèi)星平臺(DFH-5平臺)對電推進(jìn)系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的需求，北京控制工程研究所開始為電推進(jìn)系統(tǒng)研制比例型氙氣供給系統(tǒng)。為了系統(tǒng)可靠性及冗余設(shè)計(jì)考慮，采用一級Bang-Bang減壓和二級比例減壓相結(jié)合的方式，屬于開關(guān)控制和比例控制的混合壓力控制模式；流量控制模塊繼承了SJ-13的串聯(lián)切向孔型流量控制器進(jìn)行流量控制。目前，該氙氣供給系統(tǒng)已經(jīng)完成技術(shù)攻關(guān)并交付DFH-5平臺的試驗(yàn)星SJ20,預(yù)計(jì)2019年年底發(fā)射。

2.2 先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1開關(guān)控制型先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)

2001年，為了適應(yīng)微小衛(wèi)星對電推進(jìn)系統(tǒng)的需求，VACCO公司借助其在化學(xué)刻蝕方面的優(yōu)勢，研制了一種一體化數(shù)字式MEMS氙氣供給系統(tǒng)[13]，具有輕質(zhì)化及寬范圍流量調(diào)節(jié)能力等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)如圖9所示，采用微型電磁閥陣列實(shí)現(xiàn)壓力控制和流量控制，其中流體通道采用MEMS加工技術(shù)刻蝕在金屬表面上。壓力控制模塊由兩路并聯(lián)冗余微型電磁閥(每個(gè)支路串聯(lián)3個(gè)電磁閥)、低壓壓力傳感器組成的Bang-Bang式電子壓力控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，下游緩沖腔用于吸收壓力脈動。流量控制模塊包含10路由微型電磁閥和微型節(jié)流器組成的數(shù)字流量控制器(8路供給陽極，2路供給陰極)。微型節(jié)流器是一種基于MEMS微流道的固定節(jié)流器，不同的微流道幾何形狀決定了不同的流阻特性；通過特定的微流道設(shè)計(jì)，使陽極8路微型MEMS節(jié)流器的流量呈現(xiàn)8位二進(jìn)制權(quán)系數(shù)比例關(guān)系，這樣就實(shí)現(xiàn)了最大255倍的陽極流量調(diào)節(jié)范圍。最終實(shí)現(xiàn)陽極流量調(diào)節(jié)范圍為0～25.5 mg/s，精度為±0.1 mg/s；陰極流量調(diào)節(jié)范圍為0～2.55 mg/s，精度為±0.01 mg/s。

圖9 VACCO的數(shù)字式MEMS氙氣供給系統(tǒng)Fig.9 VACCO digital MEMS xenon feeding system

2013年，AST先進(jìn)空間技術(shù)研究中心為電推進(jìn)系統(tǒng)開發(fā)了一款微型化氙氣流量控制單元μFCU[14]，其采用微型電磁閥的PWM控制來實(shí)現(xiàn)氙氣流量調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)范圍為0.01 sccm～100 sccm，重量僅為60 g。該氙氣流量控制單元采用全焊接結(jié)構(gòu)，體積54 mm×46 mm×25 mm。μFCU的系統(tǒng)構(gòu)架如圖10所示，主干路上包含一個(gè)入口過濾器和一個(gè)隔離閥，然后分成兩個(gè)獨(dú)立的流量控制支路，兩個(gè)支路分別包含一個(gè)電磁閥、一個(gè)節(jié)流孔和一個(gè)出口過濾器，支路上的電磁閥通過脈寬調(diào)制模式PWM實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。經(jīng)過電磁閥的流體進(jìn)入微細(xì)通道和流體容腔共同組成了低通濾波器，來消除流體脈動。

圖10 AST的微型氙氣流量控制單元Fig.10 AST miniaturized flow control unit for xenon

2.2.2比例控制型先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)

2002年，瑞典埃斯特朗空間技術(shù)中心ASTC為離子推進(jìn)系統(tǒng)研發(fā)了一款微型化氙氣供給單元[15]，其基于MEMS技術(shù)。如圖11所示，該系統(tǒng)包含兩部分：高壓單元HPU和流量控制單元FCU。HPU由過濾器、高壓傳感器、兩個(gè)壓電閥和兩個(gè)二級壓力傳感器組成；每個(gè)流量控制單元FCU均包含一個(gè)過濾器、一個(gè)流量傳感器、一個(gè)熱節(jié)流器、一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)固定節(jié)流孔。高壓單元HPU通過壓電比例閥與壓力傳感器組成閉環(huán)壓力控制，溫度傳感器和加熱器用來給減壓后氙氣加熱以防止其經(jīng)過比例閥的閥口后膨脹而液化。流量控制單元FCU分為三個(gè)流量支路，分別給陽極、陰極和中和器供氣，通過熱節(jié)流的方式實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。整個(gè)氙氣供給模塊通過MEMS工藝集成在一起，總重量僅為150 g，體積52 mm×52 mm×42.4 mm，比傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)重量減小了10～20倍。該模塊的入口壓力在4～200 bar之間，流量調(diào)節(jié)范圍在0～40 mg/s，流量調(diào)節(jié)分辨率為40 ug/s，功耗小于8 W。

圖11 ASTC的MEMS氙氣供給單元Fig.11 ASTC MEMS xenon feeding unit

2009年，VACCO公司在美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室的資助下開展先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)研究，旨在為200 W～4.5 kW之間的霍爾推力器提供體積小、重量輕、成本低而可靠性高的氙氣供給系統(tǒng)。VACCO公司提出的先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)，由壓力控制模塊和流量控制模塊兩部分組成，每個(gè)模塊均采用擴(kuò)散焊工藝將流體控制部件集成在一個(gè)模塊上。壓力控制模塊采用并聯(lián)雙支路設(shè)計(jì)，每個(gè)支路包括一個(gè)自鎖閥和一個(gè)壓電比例閥[16]，比例閥與流量控制模塊中的壓力傳感器組成閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，屬于比例控制型壓力調(diào)節(jié)，其可以實(shí)現(xiàn)入口壓力20 MPa～0.14 MPa到出口壓力0.7 MPa～0.07 MPa的精確調(diào)節(jié)，壓力控制精度±3%，重量為730 g。流量控制模塊包含陽極、陰極和中和器三個(gè)支路，均采用雙余度設(shè)計(jì)，每個(gè)支路都包括一個(gè)自鎖閥和一個(gè)壓電比例閥實(shí)現(xiàn)變節(jié)流流量控制，最終實(shí)現(xiàn)陽極流量5.5 mg/s，陰極和中和器流量0.6 mg/s，其穩(wěn)態(tài)功耗小于1 W,重量僅為700 g。

圖12 VACCO的先進(jìn)氙氣供給模塊Fig.12 VACCO advanced xenon feeding module

3 氙氣供給系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 建模與仿真技術(shù)

氙氣供給系統(tǒng)是典型的機(jī)-電-磁-熱-流體多場耦合系統(tǒng)，需要借助建模與仿真技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。國外對于氙氣供給技術(shù)的理論研究多集中于節(jié)流部件的建模和仿真。Brunean等[17]對基于磁致伸縮多功能閥的氙氣供給系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析，首先采用連續(xù)性方程和能量方程建立了容腔內(nèi)理想氣體壓力狀態(tài)方程，然后用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流公式建立了經(jīng)過閥口的亞聲速流量和超聲速流量方程。Dyer等[18]對利用刻蝕技術(shù)加工的環(huán)形微細(xì)通道型熱節(jié)流器的流量特性進(jìn)行了研究，建立了流量特性與微細(xì)通道的結(jié)構(gòu)參數(shù)、氙氣的黏度及密度的關(guān)系，并且考慮了溫度對氙氣黏度的影響。Ganapathi等[19]對多孔介質(zhì)型熱節(jié)流器的流量特性進(jìn)行了建模，并對流量的不確定度進(jìn)行了分析。Kirtley等[20]利用范德華方程推導(dǎo)出了流入固定容腔中氙氣的流量與該容腔壓力變化之間的關(guān)系，以此關(guān)系式來指導(dǎo)氙氣流量控制器的在線標(biāo)定。Collard等[21]利用阻塞流理論建立了經(jīng)過高壓氣瓶下游節(jié)流孔的流量方程，方程中考慮了氣體熵和比熱的影響。

國內(nèi)對氙氣供給系統(tǒng)理論研究起步于近幾年。北京控制工程研究所的茍浩亮等[22]對電推進(jìn)系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)單元進(jìn)行建模，模型中考慮了壓力對氙氣密度的影響，以此模型為基礎(chǔ)分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)減壓性能的影響。北京控制工程研究所的劉國西等[23]采用AMESim軟件搭建了氙氣供給系統(tǒng)壓力控制模塊的仿真模型，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對壓力控制模型性能的影響。北京控制工程研究所的張兵等[24]對我國DFH-3B試驗(yàn)衛(wèi)星中采用的多層孔板型流量控制器的流阻特性進(jìn)行了研究，通過節(jié)流孔質(zhì)量流量方程、縫隙質(zhì)量流量方程和容腔熱力學(xué)方程建立了完整的流阻特性方程。北京控制工程研究所的陳濤等[25]對電推進(jìn)使用的氙氣工質(zhì)特性開展了研究，建立了一種基于對比態(tài)原理的氙氣物理特性計(jì)算方法，該方法能夠?qū)Π庀?、液相和超臨界區(qū)域的所有狀態(tài)氙氣物理性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

3.2 流體控制部件技術(shù)

流體控制部件是實(shí)現(xiàn)氙氣供給系統(tǒng)的基礎(chǔ)，任何類型的氙氣供給系統(tǒng)均是在其核心流體控制部件基礎(chǔ)上建立起來的。對于壓力控制模塊來說，其核心流體控制部件為減壓元件(如機(jī)械減壓閥、Bang-Bang電磁閥或比例壓力控制閥)；對于流量控制模塊來說，其核心流體控制部件是節(jié)流元件(如固定節(jié)流孔、毛細(xì)管型節(jié)流器、燒結(jié)型金屬介質(zhì)節(jié)流器、串聯(lián)切向孔型節(jié)流器、迷宮型流量控制器及比例流量控制閥)。

在壓力控制部件研究方面，美國MOOG公司具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，其先后開發(fā)了機(jī)械減壓閥、Bang-Bang電磁閥和比例電磁閥，并具有豐富的在軌飛行經(jīng)驗(yàn)；此外，Stanford Mu公司和Ampac Ireland公司也分別研制過氙氣供給系統(tǒng)所用的機(jī)械減壓閥；Marrotta公司專門為比例氙氣供給系統(tǒng)研制過一款磁致伸縮材料驅(qū)動的多功能閥MFV，用于實(shí)現(xiàn)高壓隔離和壓力控制；VACCO公司為先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)開發(fā)了壓電比例閥，用于壓力控制和流量控制，可實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度的流量調(diào)節(jié)。國內(nèi)，北京控制工程研究所先后為開關(guān)型和比例型氙氣供給系統(tǒng)開發(fā)了Bang-Bang電磁閥和比例電磁閥，并且在壓電比例閥技術(shù)方面具有很好的研究基礎(chǔ)[26]。

在流量控制部件方面，國外有俄羅斯FAKEL公司的毛細(xì)管型節(jié)流器、Mott公司的多孔介質(zhì)金屬塞、VACCO公司基于化學(xué)刻蝕的節(jié)流片和LEE公司由多層節(jié)流片疊加而成的串聯(lián)切向孔型節(jié)流器。國內(nèi)，北京控制工程研究所研制了不同規(guī)格的迷宮型流量控制器，成功實(shí)現(xiàn)了在軌應(yīng)用；西北有色金屬研究院為氙氣供給系統(tǒng)開發(fā)了金屬燒結(jié)型節(jié)流器[27]。

3.3 系統(tǒng)集成技術(shù)

先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)管路連接的形式，采用先進(jìn)制造工藝(如化學(xué)刻蝕工藝、激光刻蝕工藝等)加工微小流體通道，然后采用先進(jìn)集成技術(shù)(如擴(kuò)散焊技術(shù)、MEMS技術(shù)等)將流體部件與微細(xì)通道組合起來，實(shí)現(xiàn)微型化的氙氣供給模塊。VACCO公司就是借助其在化學(xué)刻蝕技術(shù)和擴(kuò)散焊工藝技術(shù)方面的優(yōu)勢，率先研制了模塊化的先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)，并一直在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展及其在流體控制領(lǐng)域的應(yīng)用，出現(xiàn)了MEMS微閥、MEMS微傳感器等MEMS流體部件，基于MEMS的微型化集成技術(shù)開始在先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)中得到應(yīng)用。此外，近年來低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)被廣泛應(yīng)用在了微流體系統(tǒng)中，它可以方便地將流體控制部件、微電子器件與流體通道燒結(jié)為一個(gè)整體，目前已經(jīng)應(yīng)用到了生物反應(yīng)器和熱交換器中[28]；相比于硅基的MEMS集成技術(shù)，LTCC被認(rèn)為是一種更加高效和低成本的微流體系統(tǒng)集成工藝技術(shù)，使其在微型氙氣供給系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。

4 氙氣供給系統(tǒng)的現(xiàn)狀總結(jié)及發(fā)展趨勢

4.1 現(xiàn)狀總結(jié)

美國及歐盟在氙氣供給技術(shù)方面的研究及應(yīng)用處于領(lǐng)先地位，正處于從傳統(tǒng)氙氣供給技術(shù)向先進(jìn)氙氣供給技術(shù)的過渡時(shí)期。國外的傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)按照機(jī)械減壓型、開關(guān)控制型和比例控制型的三個(gè)階段逐步發(fā)展，并且同時(shí)存在多種類型氙氣供給系統(tǒng)以適應(yīng)不同需求的空間飛行任務(wù)；以上三種類型的傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)均已成功在軌應(yīng)用，特別是機(jī)械減壓型和開關(guān)控制型的飛行經(jīng)驗(yàn)最為豐富(見表1)，比例控制型氙氣供給系統(tǒng)已經(jīng)越來越多地在試驗(yàn)衛(wèi)星平臺上開展飛行驗(yàn)證工作。先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)目前仍處于技術(shù)驗(yàn)證階段，特別是VACCO公司已經(jīng)在該技術(shù)方面取得了一定的技術(shù)突破，積累了豐富的地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)。總而言之，機(jī)械減壓型和開關(guān)控制型氙氣供給系統(tǒng)將在現(xiàn)階段繼續(xù)承擔(dān)大部分的發(fā)射任務(wù)，但隨著比例控制型氙氣供給技術(shù)成熟度不斷提高，它將會在越來越多的飛行器中得到應(yīng)用。而先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)尚需要一定時(shí)間完成技術(shù)驗(yàn)證才能實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用。

我國氙氣供給系統(tǒng)的研究起步較晚，但是經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，取得了長足的進(jìn)步。北京控制工程研究所作為國內(nèi)主要的氙氣供給系統(tǒng)及部件研制單位，自2000年左右開始為空間電推進(jìn)系統(tǒng)研制氙氣供給系統(tǒng)，先后成功研制了Bang-Bang電子減壓型和比例控制型氙氣供給系統(tǒng)，其中Bang-Bang減壓型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在軌應(yīng)用并成為DFH-3B平臺的標(biāo)配產(chǎn)品，比例減壓型已具備發(fā)射條件，將在DFH-5平臺的首發(fā)星上實(shí)現(xiàn)首飛。但是與國外相比，我國氙氣供給技術(shù)尚存在以下不足：1)飛行經(jīng)驗(yàn)明顯不足，在軌數(shù)據(jù)積累不夠，問題暴露不充分，系統(tǒng)尚存在優(yōu)化設(shè)計(jì)空間；2)類型不齊備，尚缺少機(jī)械減壓型氙氣供給系統(tǒng)，該類系統(tǒng)可減小電推進(jìn)控制單元的工作量，仍然具有廣闊的應(yīng)用前景；3)比例控制型氙氣供給技術(shù)成熟度尚需提高，結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化；4)我國在先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)方面的研究還處于空白狀態(tài)。

4.2 發(fā)展趨勢

1)微型化、輕質(zhì)化

傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)沿襲了化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，造成了與其微小流量不相匹配的龐大體積和重量，不能完全發(fā)揮電推進(jìn)系統(tǒng)比沖高的優(yōu)勢，也無法滿足微小衛(wèi)星平臺對電推進(jìn)系統(tǒng)的需求，因此微型化和輕質(zhì)化一直是氙氣供給系統(tǒng)追求的目標(biāo)。先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)正是基于這一出發(fā)點(diǎn)發(fā)展起來的，它借助微型化流體控制部件(如微型電磁閥、微型壓電閥、微型MEMS閥等)和先進(jìn)的制造工藝(如擴(kuò)散焊工藝及MEMS工藝)，實(shí)現(xiàn)氙氣供給系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)。

2)寬流量范圍、高分辨率

隨著衛(wèi)星平臺向超精、超穩(wěn)、超敏捷方向發(fā)展，要求電推進(jìn)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生高精度、寬范圍的可變推力，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星平臺的高精度姿態(tài)和軌道控制，這就需要氙氣供給系統(tǒng)具有更寬范圍和更高分辨率的流量調(diào)節(jié)能力。因此，無論是傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)還是先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)，都在向比例控制方向發(fā)展。比例控制型氙氣供給系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)范圍和精度主要取決于其流體控制部件的性能，如壓電比例閥、磁致伸縮閥等。通過比例閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制算法研究提高系統(tǒng)控制精度，是實(shí)現(xiàn)氙氣供給系統(tǒng)高精度、寬范圍調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。

5 我國氙氣供給系統(tǒng)的發(fā)展建議

1)建立齊備的傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)序列，滿足不同需求飛行任務(wù)，積累飛行經(jīng)驗(yàn)

雖然我國電推進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)已經(jīng)完成了開關(guān)控制型和比例控制型氙氣供給系統(tǒng)及部件的成功研制，并實(shí)現(xiàn)了在軌飛行，但我國氙氣供給系統(tǒng)種類還不齊備、飛行經(jīng)驗(yàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。隨著我國深空探測任務(wù)和商用衛(wèi)星平臺對電推進(jìn)系統(tǒng)的需求不斷增加，未來幾年我國氙氣供給系統(tǒng)必然迎來大量的飛行機(jī)會。因此，需要抓住千載難逢的機(jī)會，發(fā)展齊備的傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)，積累飛行經(jīng)驗(yàn)，并改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高技術(shù)成熟度。一方面，開發(fā)微型化機(jī)械減壓器，并以此為基礎(chǔ)研制機(jī)械減壓型氙氣供給系統(tǒng)，并將其用于流量調(diào)節(jié)范圍不大、控制資源有限的電推進(jìn)系統(tǒng)；另一方面，在現(xiàn)有比例控制技術(shù)基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)純比例型氙氣供給系統(tǒng)，減小系統(tǒng)重量和復(fù)雜度，將其應(yīng)用到高精度連續(xù)可調(diào)推力的電推進(jìn)系統(tǒng)。構(gòu)建包括機(jī)械減壓型、開關(guān)控制型和比例控制型的全序列傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)，以適應(yīng)不同任務(wù)需求的電推進(jìn)衛(wèi)星平臺。

2)立足基礎(chǔ)元件開發(fā)，結(jié)合先進(jìn)集成工藝技術(shù)，發(fā)展先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)

在完備傳統(tǒng)氙氣供給系統(tǒng)序列和提高其技術(shù)成熟度的同時(shí)，還要發(fā)展先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)，為電推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用到微小衛(wèi)星平臺并最大限度發(fā)揮電推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)勢做技術(shù)儲備。首先，利用機(jī)械-電-磁-熱-流體多場仿真軟件對先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)及微型化流體控制部件進(jìn)行仿真分析，確定系統(tǒng)方案并優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)的前提；其次，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、特殊工藝方法及新型材料等手段實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)流體控制部件的微型化或開發(fā)新型MEMS流體控制部件，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)的基礎(chǔ)；最后，基于先進(jìn)的制造和集成工藝技術(shù)(如MEMS技術(shù)、LTCC技術(shù))，進(jìn)行微型流體控制部件與流體流道的結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)氙氣供給系統(tǒng)的關(guān)鍵。

6 結(jié)束語

氙氣供給系統(tǒng)是空間電推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)。本文對國內(nèi)外氙氣供給系統(tǒng)進(jìn)行了分類綜述，概括了其關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對我國氙氣供給系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望，具有重要的參考價(jià)值。