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电推进粒子模拟中并行化方法研究综述

推进技术 2023年第6期44卷 150-170页

作者：任军学潘若剑毛仁凡汤海滨北京航空航天大学宇航学院北京102206 北京航空航天大学空间与环境学院北京102206 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京102206 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京102206

电推进装置的粒子模拟手段由于其第一性强、物理假设少的特点,可以很好地保留推力器的各种非线性物理过程性质,但计算负担极大,并行计算是一种有效方法计算时间的方法。本文总结了国内外研究现状;分析了粒子算法中并行计算的计算机实现... 详细信息

电推进装置的粒子模拟手段由于其第一性强、物理假设少的特点,可以很好地保留推力器的各种非线性物理过程性质,但计算负担极大,并行计算是一种有效方法计算时间的方法。本文总结了国内外研究现状;分析了粒子算法中并行计算的计算机实现,对并行计算的基础进行了介绍;针对并行计算中的关键技术问题,即粒子部分的并行算法设计、电磁场求解的并行算法设计和计算负载均衡问题进行了概述;最后对电推进装置中并行计算方法进行了总结和展望。

关键词：电推进粒子仿真并行计算电磁场求解负载均衡

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电推进在航天器姿态控制中的研究综述

推进技术 2023年第7期44卷 98-113页

作者：贾英宏孟文沁北京航空航天大学宇航学院北京100191

本文首先对电推进技术进行了简要的介绍,根据目前已有的电推进姿态控制应用,分析了适用于航天器姿态控制的不同类型的电推力器特性,之后分别对电推力器在姿态控制中的在轨应用现状和研究现状进行了综述和分析。在研究现状综述中,针对航... 详细信息

本文首先对电推进技术进行了简要的介绍,根据目前已有的电推进姿态控制应用,分析了适用于航天器姿态控制的不同类型的电推力器特性,之后分别对电推力器在姿态控制中的在轨应用现状和研究现状进行了综述和分析。在研究现状综述中,针对航天器姿态控制、姿轨联合控制和角动量卸载三个任务类型,分析总结了电推力器在布局、控制策略和算法等方面的研究成果和结论。最后,针对未来电推进技术在航天器姿态控制应用所面临的挑战,提出了相应的发展建议。

关键词：电推进姿态控制角动量卸载姿轨联合控制电推力器布局综述

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电推进在低轨空间互联网巨型星座的应用研究

推进技术 2023年第7期44卷 1-10页

作者：程蛟万松刘国华张优中国科学院微小卫星创新研究院上海201200

为了研究电推进在低轨空间互联网巨型星座的应用特点,分析了低轨巨型星座自主轨道控制需求,总结了巨型星座轨道部署、构型保持、轨位调整、碰撞规避和离轨机动控制对推进执行机构的性能需求。通过化学推进和电推进的对比分析,梳理了新... 详细信息

为了研究电推进在低轨空间互联网巨型星座的应用特点,分析了低轨巨型星座自主轨道控制需求,总结了巨型星座轨道部署、构型保持、轨位调整、碰撞规避和离轨机动控制对推进执行机构的性能需求。通过化学推进和电推进的对比分析,梳理了新型电推进技术的低功耗、高比冲、快响应、轻量化和低成本优势,对电推进在低轨巨型星座上的应用前景作了展望。最后结合未来低轨空间互联网巨型星座的发展和应用场景,对新型电推进的技术特点和研究趋势进行了总结,并提出了对其基本性能要求:功率小于400W,推力大于5mN,比冲大于1350s,结构比重小于0.15,工作寿命大于9000h。

关键词：低轨巨型星座轨道控制需求电推进低功耗轻量化综述

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电推进羽流粒子束溅射的蒙特卡罗模拟

推进技术 2022年第5期43卷 399-407页

作者：商圣飞姜利祥李涛向树红北京卫星环境工程研究所北京100094 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094

为了研究电推进羽流对推力器及航天器造成的溅射腐蚀作用,采用蒙特卡罗方法对羽流等离子体对材料的溅射进行模拟,研究了溅射的级联碰撞机理,并开展了Xe离子正入射、斜入射Cu材料的溅射率、溅射产物的能量分布以及空间角分布的研究。结... 详细信息

为了研究电推进羽流对推力器及航天器造成的溅射腐蚀作用,采用蒙特卡罗方法对羽流等离子体对材料的溅射进行模拟,研究了溅射的级联碰撞机理,并开展了Xe离子正入射、斜入射Cu材料的溅射率、溅射产物的能量分布以及空间角分布的研究。结果显示,蒙特卡罗方法对溅射率和能量分布的计算结果与试验结果吻合较好,误差50%。认为影响溅射的主要因素为晶体的结构、二体碰撞的基本假设以及入射粒子的注入累积效应。

关键词：推力器电推进羽流溅射碰撞蒙特卡罗模拟粒子束

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电推进加速技术现状及展望

宇航学报 2022年第2期43卷 143-157页

作者：夏广庆鹿畅孙斌韩亚杰大连理工大学航空航天学院大连116024 工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室大连116024

概述了各类电推进的加速技术及基本原理,总结了现有加速技术的优缺点,介绍了加速技术的发展趋势或国内外最新加速技术。在此基础上,对电推进加速技术的下一步发展进行了展望,以期为中国电推进的发展、新型电推进技术的研发提供参考,促... 详细信息

概述了各类电推进的加速技术及基本原理,总结了现有加速技术的优缺点,介绍了加速技术的发展趋势或国内外最新加速技术。在此基础上,对电推进加速技术的下一步发展进行了展望,以期为中国电推进的发展、新型电推进技术的研发提供参考,促进空间推进技术的进一步发展。

关键词：空间推进电推进电热加速静电加速电磁加速

应用于电推进的碘工质电子回旋共振等离子体源

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物理学报 2023年第22期72卷 228-237页

作者：李鑫曾明刘辉宁中喜于达仁哈尔滨工业大学航天等离子体推进实验室工信部重点实验室哈尔滨150001

电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点,适用于小功率电推进.因此,研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义.本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输... 详细信息

电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)源具有无需内电极、低气压电离、等离子体密度较高和结构紧凑等优点,适用于小功率电推进.因此,研究小功率碘工质ECR等离子体源具有重要意义.本文首先设计了一套耐腐蚀且可以均衡稳定输出碘蒸汽的储供系统;然后完成了耐碘腐蚀ECR推力器设计,利用耐腐蚀的同轴谐振腔结构将微波馈送到推力器,并将通道磁场变为会切型磁场以产生更多ECR层;最终联合点火实验成功,成为国际上首个可以用于电推进的ECR电离碘工质等离子体源.分析实验和静磁场、微波电场分布发现,小功率、低流量下的不稳定等离子体羽流闪烁由寻常波电子等离子体共振加热和非寻常波ECR加热模式之间的转化引起.高流量下电离率下降是由电子损失、壁面损失和碘工质电负性导致.并依据此原理提出了改进方案.放电后等离子体源没有明显损伤,说明具备长寿命潜力.此项工作初步证实了小功率碘工质ECR电推进方案可行.

关键词：电推进碘工质贮供系统电子回旋共振等离子体源

电推进粒子网格法模拟中计算加速方法的研究综述

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推进技术 2023年

作者：汤海滨潘若剑毛仁凡崔云蔚任军学北京航空航天大学宇航学院航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京航空航天大学空间与环境学院

粒子网格法(PIC)模拟电推进装置等离子体时具有很强的第一性，但是模拟过程中计算负载很大，故PIC模拟的计算加速方法不可或缺。本文从电推进装置基本性质、低温等离子体物理特性和PIC算法特点作为切入点，明确了PIC方法在电推进装置模... 详细信息

粒子网格法(PIC)模拟电推进装置等离子体时具有很强的第一性，但是模拟过程中计算负载很大，故PIC模拟的计算加速方法不可或缺。本文从电推进装置基本性质、低温等离子体物理特性和PIC算法特点作为切入点，明确了PIC方法在电推进装置模拟过程中计算负载高的原因；结合国内外的研究现状，从建模、时空尺度、算法与并行三个层面介绍了对应计算加速方法的原理和效果；对各类计算加速方法进行了总结和展望。

关键词：电推进 PIC模拟计算加速方法并行计算综述

电推进GEO卫星的改进粒子群轨道保持优化设计

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宇航学报 2024年第4期45卷 523-531页

作者：吕跃勇王成李笑月郑重郭延宁哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

针对地球同步轨道(GEO)卫星轨道保持问题,提出了一种基于改进粒子群算法(PSO)的序列电推力轨道保持方法。首先,建立了GEO卫星高精度非线性轨道动力学模型和序列电推力模型。然后,设计了GEO卫星相对轨道保持策略,建立了以燃料消耗为性能... 详细信息

针对地球同步轨道(GEO)卫星轨道保持问题,提出了一种基于改进粒子群算法(PSO)的序列电推力轨道保持方法。首先,建立了GEO卫星高精度非线性轨道动力学模型和序列电推力模型。然后,设计了GEO卫星相对轨道保持策略,建立了以燃料消耗为性能指标的序列电推力轨道保持问题优化模型并进行了离散化。接着,通过引入差分进化算法和维度学习策略对粒子群优化算法进行了适应性改进,同时对推力大小和作用时间进行寻优计算。最后,通过数值仿真对所提出的改进粒子群优化算法进行了对比校验。结果表明,该方法在完成GEO卫星轨道保持任务的同时具备燃料消耗低和收敛速度快等优点。

关键词：卫星轨道保持电推进粒子群优化差分进化维度学习

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霍尔电推进离子能量后加载设计及工作特性

推进技术 2022年第3期43卷 377-383页

作者：赵旖旎张旭郝燕艳满梓峰仲小清中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100089

典型的全电推进通信卫星通常设计使用寿命约为15年,对霍尔电推力器的使用寿命要求达到了104h量级,因此,长寿命设计技术是影响其能否工程应用的关键技术。简要调研了国内外霍尔推力器延寿技术的发展,分析得到壁面及磁极腐蚀程度是影响推... 详细信息

典型的全电推进通信卫星通常设计使用寿命约为15年,对霍尔电推力器的使用寿命要求达到了104h量级,因此,长寿命设计技术是影响其能否工程应用的关键技术。简要调研了国内外霍尔推力器延寿技术的发展,分析得到壁面及磁极腐蚀程度是影响推力器寿命的核心物理过程。通过分析推力器放电过程离子加速场的建立过程,提出一种具有离子能量后加载特征的设计方法,使得电离产生氙离子的主要能量加载过程发生在放电通道的末端。该设计导致推力器的推力效率下降约1%~2%,但同时有效降低了通道内氙离子的能量,缓解高能离子对放电通道壁面的溅射作用,进而缩短腐蚀带长度60%以上,降低通道壁面及磁极工作温度31~55℃,可应用于霍尔推力器延寿设计。

关键词：电推进等离子体霍尔推力器离子能量后加载