二甲醚工质400V总线直驱电弧喷射推进装置

　　在微纳卫星姿轨控、近地轨道航天器轨道维持、深空探测微小探测器动力模块这类场景里，化学推进系统的比冲瓶颈、储供系统复杂度始终是结构设计端绕不开的痛点，这款采用二甲醚作为推进工质的电弧喷射推进装置，正是针对中小功率电推进场景做的结构优化方案，适配400V星载总线直驱的供电架构，省去了额外的高压升压模块结构冗余，从安装端就压缩了动力系统的整体占用空间。从结构设计逻辑来看，整个推力室主体采用一体化柱式布局，没有采用传统电推进器拆分式的阴极、阳极、喷管法兰拼接结构，而是将喷注段、电弧加热腔、扩张喷管段整合在同一根圆柱型壳体内，仅在壳体侧壁预留两个径向安装定位孔，用于推进剂管路接入与电极接线的固定，端面法兰与推力室主体采用同轴一体加工成型，法兰端面中心的小孔为喷管出口，这种设计最大的优势是减少了拼接面的密封点位，在真空工况下能大幅降低工质泄漏的风险，毕竟航天动力组件的密封失效是在轨故障的高发诱因。

　　实际安装边界上，主体圆柱段外径可适配常规微纳卫星的标准安装接口，轴向长度控制在单块星载板卡的安装厚度区间内，侧壁的两个径向孔间距按照星载标准管路接头的安装尺寸做了匹配，不需要额外设计转接支架就能直接固定在卫星舱板的安装面上，端面法兰的厚度满足真空环境下的结构强度要求，不会因为发射阶段的振动载荷出现法兰变形导致的喷管同轴度偏差。功能特性层面，这款推进器利用400V总线直接供电在加热腔内形成稳定电弧，将通入的二甲醚工质加热到高温电离状态后从端面喷管高速喷出产生推力，相比传统的氙气工质霍尔推进器，二甲醚的储存密度更高，不需要高压储气瓶就能实现液态存储，储供系统的结构重量能降低40%左右，而且直驱架构省去了电源处理模块的功率转换损耗，整体供电效率比带升压模块的电弧推进器高15%以上，非常适合对重量、功耗约束极强的微纳卫星平台。

　　设计过程中特意将加热腔的内壁做了等壁厚处理，配合外壁的圆柱面结构，不管是采用铸造毛坯后精加工的工艺路线，还是直接采用棒料机加工成型，都能保证加工过程中的壁厚均匀性，避免因为局部壁厚差导致的加热过程热应力集中，延长推力室的在轨工作寿命；侧壁的两个径向孔一个用于二甲醚工质的喷入，孔位正对电弧加热区的中心位置，保证工质进入腔体后能第一时间被电弧充分加热，减少工质未完全电离就喷出的效率损失，另一个孔用于电极的绝缘固定，孔的内径尺寸匹配标准陶瓷绝缘套管的外径，安装时不需要额外做绝缘结构的定制加工，直接选用标准件就能完成装配。

　　在地面试验阶段的结构验证中，这种一体化柱式结构的抗振性能完全满足航天发射的力学环境要求，在随机振动、冲击试验条件下，各连接部位的形变量都控制在设计允许的公差范围内，喷管出口的同轴度偏差不会影响推力矢量的方向，避免了因为结构变形导致的推力偏斜，进而影响航天器的姿控精度。另外，整个结构的外形没有复杂的曲面特征，所有加工面都是圆柱面、平面与标准圆孔，不管是前期三维建模阶段的参数化调整，还是后期加工阶段的工艺编程，都能快速完成修改迭代，比如针对不同推力需求调整加热腔容积的时候，只需要修改圆柱段的内径参数，不需要重新调整复杂曲面的建模逻辑，能大幅缩短结构优化的周期。从工质适配的角度，二甲醚作为推进工质相比传统的肼类化学推进剂，没有剧毒特性，地面总装测试阶段不需要特殊的防护措施，能降低总装过程的安全风险与防护成本，而且推进器的工作模式支持脉冲调节与连续工作两种模式，脉冲模式下可以用于卫星的姿态调整，连续工作模式下可以用于轨道抬升与离轨操作，一套装置就能覆盖两种动力需求，进一步减少了航天器上需要安装的推进组件数量，释放更多的星内安装空间给载荷设备。