Assessment of Multimode Spacecraft Micropropulsion Systems

Multimode spacecraft micropropulsion systems that include a high-thrust chemical mode and high-specific impulse electric mode are assessed with specific reference to CubeSat-sized satellite applications. Both cold-gas butane propellant and ionic liquid chemical monopropellant modes are investigated alongside pulsed plasma, electrospray, and ion electric thruster modes. These systems are studied by varying electric propulsion usage percent and calculating the payload mass fraction and thruster burn time for missions requiring 250, 500, and 1000 m/s delta-V. Systems involving chemical monopropellants have the highest payload mass fractions for a reference mission of 500 m/s delta-V and 6U-sized CubeSat, where 1U is a 10 cm×10 cm×10 cm volume, for electric propulsion usage below 70% of total delta-V; whereas for higher electric propulsion usage, cold-gas thrusters deliver a higher payload mass fraction due to lower system inert mass. Due to the combination of a shared propellant for both propulsive modes, low inert mass, high electric thrust, and specific impulse near optimum for the system, the monopropellant/electrospray system has the highest mission capability in terms of delta-V for missions lasting less than 150 days.

ارزیابی سیستم‌های میکرو نیروی محرکه فضاپیمای چند حالته

سیستم‌های میکروپیشرانش فضاپیمای چند حالته که شامل یک حالت شیمیایی با فشار بالا و حالت الکتریکی با فشار ویژه بالا هستند، با ارجاع ویژه به کاربردهای ماهواره‌ای در اندازه CubeSat ارزیابی می‌شوند. هر دو سوخت گاز سرد بوتان و مایع یونی حالت تک سوخت شیمیایی در کنار حالت‌های پلاسمای پالسی، الکترواسپری و رانشگر الکتریکی یونی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این سیستم‌ها با تغییر درصد استفاده از نیروی محرکه الکتریکی و محاسبه کسر جرمی بار مفید و زمان سوختن رانشگر برای ماموریت‌های نیازمند به ۲۵۰، ۵۰۰ و ۱۰۰۰ m / s دلتا - V مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. سیستم‌هایی که شامل مونوپیشرانه های شیمیایی هستند بالاترین کسر جرم بار مفید را برای ماموریت مرجع ۵۰۰ m / s دلتا - V و ۶ U اندازه CubeSat دارند، که در آن ۱ U یک حجم ۱۰ cm * ۱۰ cm * ۱۰ cm است، برای کاربرد نیروی محرکه الکتریکی کم‌تر از ۷۰ % از کل دلتا - V؛ در حالی که برای کاربرد نیروی محرکه الکتریکی بالاتر، رانشگر های گاز سرد، کسر جرم بار بالاتری را به دلیل سیستم جرم بی‌اثر کم‌تر ارائه می‌دهند. به دلیل ترکیب یک سوخت مشترک برای هر دو مد پروپالانت، جرم خنثی پایین، نیروی رانش الکتریکی بالا و ایمپالس خاص نزدیک به بهینه برای سیستم، سیستم تک سوخت / الکترواسپری دارای بالاترین قابلیت ماموریت از نظر دلتا - V برای ماموریت‌های کم‌تر از ۱۵۰ روز است.

ترجمه شده با