电控界面力产生装置和推进发动机的制作方法

1.本公开总体上涉及推进发动机，并且更具体地涉及电控界面力产生装置和使用该装置的推进发动机。


背景技术：

2.诸如霍尔效应推进器(het)或类似推进器的电动推进器被用于推进航天器，诸如卫星或其他太空运载工具。推进器在发射期间加速推进剂，诸如氙或其他推进剂，以产生用于推进航天器并且控制在太空中的运动的推力。在推进器发射过程中使用的推进剂量由所提供的电力量决定。每次发射推进器时，所使用的电力量和推进剂量也将取决于推进器的发射持续时间。航天器能够携带的推进剂量是有限的。因此，太空飞行任务的持续时间也将受到航天器可携带的燃料量的限制。


技术实现要素：

3.根据一个示例，一种电控界面力产生装置包括第一电极和第二电极。该装置还包括设置在第一电极和第二电极之间的隔室/电池(cell)。该隔室包括响应于横跨第一电极和第二电极施加的偏置电压而生成颗粒的质量团(mass)的材料。该装置还包括在隔室的一端并且在第一电极和第二电极之间延伸的第一壁。该装置进一步包括电源，该电源被配置为横跨第一电极和第二电极提供可变梯度电压。响应于可变梯度电压的改变，在隔室内生成并改变可变电场梯度。改变可变电场梯度将致使质量团横穿隔室传播并撞击第一壁以将力传递到第一壁。
4.根据另一示例，一种推进发动机包括多个电控界面力产生装置。每个装置包括第一电极和第二电极。每个装置还包括设置在第一电极和第二电极之间的隔室。该隔室包括材料，该材料响应于横跨第一电极和第二电极施加的偏置电压而生成质量团。每个装置还包括在隔室的一端并在第一电极和第二电极之间延伸的第一壁。每个装置还包括电源，该电源被配置为横跨第一电极和第二电极提供可变梯度电压。响应于可变梯度电压的改变，在隔室内生成并改变可变电场梯度。改变可变电场梯度将致使质量团横穿隔室传播并撞击第一壁，从而将力传递到第一壁。
5.根据进一步的示例，一种用于产生力的方法包括在隔室中生成质量团。该隔室包括材料，该材料响应于横跨第一电极和第二电极施加的偏置电压而产生质量团，其中该隔室被设置在第一电极和第二电极之间。该方法还包括通过改变横跨第一电极和第二电极施加的可变梯度电压来改变隔室内的可变电场梯度。该方法进一步包括通过使质量团横穿隔室传播以撞击第一壁来产生力。质量团的撞击将力传递到第一壁。改变可变电场梯度将致使质量团横穿隔室传播并撞击第一壁。
6.根据一个示例和前述任一示例，可变电场梯度被重复改变，以致使质量团重复撞击第一壁，以便从可变电场梯度创建连续移动的力。
7.根据一个示例和前述任一示例，该隔室包括超导体材料，该超导体材料包括多个
超导体颗粒。响应于横跨第一电极和第二电极施加的偏置电压，多个超导体颗粒形成质量团。
8.根据一个示例和前述任一示例，该隔室包括铋锶钙铜氧化物(bscco)材料或ii型超导体材料。
9.根据一个示例和前述任一示例，该隔室进一步包括被配置为容纳超导体材料的基质材料或袋状物(pocket)。
10.根据一个示例和前述任一示例，该基质材料或袋状物是包括与低温温度和可变电场梯度兼容的特性的材料。
11.根据一个示例和前述任一示例，可变梯度电压在第一电压电平和第二电压电平之间改变，以改变可变电场梯度。
12.根据一个示例和前述任一示例，响应于通过使可变梯度电压在第一电压电平和第二电压电平之间改变而改变可变电场梯度，使质量团的表面张力在一侧上变化。在一侧上改变的表面张力将致使质量团沿特定方向横穿隔室传播。
13.根据一个示例和前述任一示例，可变梯度电压以预定频率在第一电压电平和第二电压电平之间改变。
14.根据一个示例和前述任一示例，该预定频率为大约700赫兹。
15.根据一个示例和前述任一示例，第一壁包括非导电材料。该非导电材料包括与低温温度和可变电场梯度兼容的特性。
16.根据一个示例和前述任一示例，该隔室包括在一端朝向第一壁呈锥形的锥形部分，并且第一电极和第二电极各自包括朝向彼此汇合的成角度区段。该隔室的锥形部分被设置在第一电极和第二电极的成角度区段之间，以引导质量团到第一壁上的特定位置。
17.根据一个示例和前述任一示例，该装置或每个装置还包括开关机构，该开关机构被配置为横跨第一电极和第二电极施加偏置电压和可变梯度电压。该开关机构进一步被配置为改变可变梯度电压以改变可变电场梯度。
18.根据一个示例和前述任一示例，该装置或每个装置包括第二壁，所述第二壁在隔室的与第一壁相反的一端上。开关机构进一步被配置为改变可变梯度电压来改变隔室内的可变电场梯度，以致使质量团沿第一方向横穿隔室传播以撞击第一壁并在第一方向上创建第一力，或沿第二方向传播以撞击第二壁并在与第一方向相反的第二方向上创建第二力。
19.已经讨论的特征、功能和优点可以在各个示例中独立地获得，或者可以在其他示例中组合，可以参考以下描述和附图来查看其进一步的细节。
附图说明
20.图1是根据本公开的示例的电控界面力产生装置的示例的示意框图；
21.图2是根据本公开的示例的示例性开关机构的操作序列的示例的图示，该操作序列致使可变电场梯度横穿隔室传播，以迫使颗粒的质量团在隔室中沿特定方向移动；
22.图3是根据本公开的示例的示例性开关机构的操作序列的示例的图示，该操作序列致使可变电场梯度横穿隔室传播，以迫使颗粒的质量团在隔室中沿另一特定方向移动；
23.图4是根据本公开的另一示例的电控界面力产生装置的示例的示意框图；
24.图5是根据本公开的示例的包括推进发动机的航天器的示例的示意框图；
25.图6是根据本公开的示例的包括推进发动机的航天器的另一示例的示意框图；
26.图7是根据本公开的示例的用于推进航天器的方法的示例的流程图。
具体实施方式
27.以下对示例的详细描述参考附图，这些附图示出了本公开的具体示例。具有不同结构和操作的其他示例不脱离本公开的范围。在不同附图中，相似的附图标记可以指代相同的元件或组件。
28.图1是根据本公开的示例的电控界面力产生装置100的示例的示意框图。电控界面力产生装置100包括第一电极102、第二电极104和设置在第一电极102与第二电极104之间的隔室/电池(cell)106。隔室106包括材料108，该材料108响应于横跨第一电极102和第二电极104施加的偏置电压(vb)112生成颗粒116的质量团(mass)110。根据一个示例，材料108是包括多个超导体颗粒116的超导体材料114。响应于横跨第一电极102和第二电极104施加的偏置电压112，多个超导体颗粒116形成质量团110。隔室106的超导体材料114的示例包括但不限于铋锶钙铜氧化物(bscco)材料或ii型超导体材料。根据一个示例，所形成的颗粒116的质量团110基本上是球形的。质量团110基本上为球形是因为质量团110在形成时可能不是完美的球形并可能具有不同于球形的形状。
29.根据一个示例，隔室106进一步包括由图1中的断线表示的基质材料118或袋状物(pocket)，其被配置为容纳超导体材料114。基质材料118或袋状物是具有与低温温度和横穿隔室106生成的可变电场梯度120兼容的特性的材料，如本文更详细描述的，该可变电场梯度120致使质量团110横穿隔室106传播。基质材料118或袋状物的示例包括但不限于聚四氟乙烯(ptfe)，其被配置为例如通过形成袋状物来捕获粉末状超导体材料114。
30.电控界面装置100还包括在隔室106的一端124上的第一壁122。第一壁122在第一电极102和第二电极104之间延伸。第一壁122直接接触隔室106的一端124。第一壁122包括非导电材料。该非导电材料包括与低温温度和横穿隔室106生成的可变电场梯度120兼容的特性，如本文所述，该可变电场梯度120致使质量团110横穿隔室106传播。壁材料的示例包括但不限于ptfe或类似材料。
31.电控界面装置100进一步包括电源126，该电源126被配置为横跨第一电极102和第二电极104提供可变梯度电压(vg)128。根据一个示例，电源126还被配置为提供偏置电压112。在另一示例中，偏置电压112由独立的电源提供。
32.响应于在电压电平之间改变的可变梯度电压128，在隔室106内生成并改变可变电场梯度120。改变可变电场梯度120将致使质量团110横穿隔室106传播并撞击第一壁122，从而将由图1中的箭头表示的力130传递到第一壁122。可变电场梯度120被重复地改变，致使质量团110重复地撞击第一壁122，以便从可变电场梯度120创建连续移动的力130。可变梯度电压128在第一电压电平和第二电压电平之间改变以改变可变电场梯度120。响应于通过在第一电压电平和第二电压电平之间改变可变梯度电压128而改变可变电场梯度120，质量团110的表面张力在一侧上变化。在质量团110的一侧上变化的表面张力致使质量团110沿特定方向132横穿隔室106传播。随着可变梯度电压128在第一电压电平和第二电压电平之间改变，质量团110如图1中的断线或虚线所示沿着第一电极102和第二电极104之间的振荡路径133横穿隔室106传播。
33.可变梯度电压128以预定频率在第一电压电平和第二电压电平之间改变。根据一个示例，该预定频率是大约700赫兹。
34.根据一个示例，电控界面力产生装置100包括开关机构134，开关机构134被配置为横跨第一电极102和第二电极104施加偏置电压112和可变梯度电压128。开关机构134进一步被配置为改变可变梯度电压128以改变可变电场梯度120。将参考图2和图3来描述开关机构134的示例和示例性开关机构134的操作序列的示例，该操作序列致使可变电场梯度120横穿隔室106传播并且迫使超导体颗粒116的质量团110在隔室106内沿特定方向移动。如参考图2和图3所描述，开关机构134被配置为在第一电压电平和第二电压之间改变或切换可变梯度电压128。根据图1中的示例，开关机构134是与电源126相独立的组件。根据另一示例，开关机构134被并入到电源126中。
35.根据一个示例，电控制界面力产生装置100包括第二壁136，第二壁136在隔室106的与第一壁122相反的一端138上。第二壁136与隔室106的相反端138接触。第二壁136包括非导电材料。根据一个示例，第二壁136包括与第一壁122相同的材料。
36.开关机构134进一步被配置为改变可变梯度电压128以改变隔室106内的可变电场梯度120，从而致使超导体颗粒116的质量团110沿第一方向132横穿隔室106传播以撞击第一壁122并在第一方向132上创建第一力130，或者致使质量团110沿第二方向140传播以撞击第二壁136并在与第一方向相反的第二方向140上创建第二力142。
37.图2是示例性开关机构134的操作序列202的示例的图示，该操作序列202致使可变电场梯度120横穿隔室106传播以迫使颗粒116的质量团110在隔室106中沿由力箭头204指示的特定方向移动。在图2中的示例中，颗粒116的质量团110的运动的特定方向是向右的。
38.在步骤1中，通过横跨第一电极102和第二电极104施加偏置电压112来偏置隔室106。在步骤2中，通过将梯度电压128施加到第一电极102和第二电极104来将隔室106充电至梯度电压128。将隔室106充电至梯度电压128可横穿隔室106驱动可变电场梯度120(图1)。在步骤3中，将隔室106放电以反转梯度方向，如步骤2中的箭头206a和步骤3中的箭头206b所示。在力箭头204的方向上产生力，以在力箭头204的方向上横穿隔室106驱动颗粒116的质量团110。重复步骤2和步骤3以横穿隔室106连续地驱动颗粒116的质量团110，直到质量团110撞击第一壁122，施予力204于第一壁122上。在图2中的示例中，第一电压电平是隔室106被充电到的梯度电压128，而第二电压电平是隔室106被放电到的电压或零梯度电压128。
39.图3是示例性开关机构134的操作序列302的示例的图示，该操作序列302致使可变电场梯度120横穿隔室106传播以迫使颗粒116的质量团110在隔室106中沿由力箭头304指示的另一特定方向移动。在图3的示例中，颗粒116的质量团110的运动的特定方向是向左的。
40.在步骤1中，通过横跨第一电极102和第二电极104施加偏置电压112来偏置隔室106。在步骤2中，通过将梯度电压128施加到第一电极102和第二电极104来将隔室106充电至梯度电压128。将隔室106充电至梯度电压128可横穿隔室106驱动可变电场梯度120(图1)。在步骤3中，将隔室106放电以反转梯度方向，如步骤2中的箭头306a和步骤3中的箭头306b所示。在力箭头304的方向上产生力，以在力箭头304的方向上横穿隔室106驱动颗粒116的质量团110。重复步骤2和步骤3以横穿隔室106连续地驱动颗粒116的质量团110，直到
质量团110撞击第二壁136，施予力304于第二壁136上。在图3中的示例中，第一电压电平是隔室106被充电到的梯度电压128，而第二电压电平是隔室106被放电到的电压或零梯度电压128。
41.图4是根据本公开的另一示例的电控界面力产生装置400的示例的示意框图。电控界面力产生装置400类似于图1中的电控界面力产生装置100。电控界面力产生装置400包括类似于图1中的隔室106的隔室106’。然而，隔室106’包括在一端朝向第一壁122呈锥形的锥形部分406。另外，第一电极102和第二电极104各自包括分别朝向彼此汇合的成角度区段402和404。隔室106’的锥形部分406被设置在第一电极102和第二电极104的成角度区段402和404之间，以将质量团110引导到第一壁122上的特定位置408。
42.根据另一示例，隔室106’包括在隔室106’的与锥形部分406相反的一端处的另一锥形部分，并且电极102和104包括平行于隔室106’的该另一锥形部分延伸的成角度区段。该另一锥形部分被配置为将质量团110引导到第二壁(例如，图1中的第二壁136)上的特定位置。
43.图5是根据本公开的示例的包括推进发动机504的航天器502的示例的示意框图。推进发动机504包括多个电控界面力产生装置506。根据一个示例，图1中的电控界面力产生装置100被用于多个电控界面力产生装置506中的每一个。根据另一示例，图4中的电控界面力产生装置400被用于多个电控界面力产生装置506中的每一个。
44.推进发动机504耦合至航天器502，以将来自多个电控界面力产生装置506的力508施加到航天器502，从而推进航天器502。根据一个示例，电源126和开关机构134(图1和图4)并联电连接到电控界面力产生装置506中的每一个，从而将力130施予电控界面力产生装置506中的每一个的壁122(图1和图4)，以同时创建组合的力508来推进航天器502。
45.根据图5中的示例，推进发动机504通过万向架机构510耦合至航天器502，以控制力508被施加到航天器502的方向。
46.图6是根据本公开的另一示例的包括推进发动机504的航天器502的示例的示意框图。在图6中的示例中，推进发动机504被直接连接到航天器502以将力508直接施加到航天器502。根据一个示例，电控界面力产生装置506被直接连接到航天器502，而不需要图1中的壁122。因此，图1中的壁122被航天器502的外壁512代替。
47.图7是根据本公开的示例的用于推进航天器502的方法700的示例的流程图。根据一个示例，通过图1中的设备100或图4中的设备400来具体化并执行方法700。在框702中，在隔室106中生成质量团110。根据一个示例，质量团110基本上是球形的。隔室106包括材料108，材料108响应于横跨第一电极102和第二电极104施加的偏置电压112而生成质量团110，其中隔室106被设置在第一电极102和第二电极104之间。
48.在框704中，通过改变横跨第一电极102和第二电极104施加的可变梯度电压128来改变隔室106中的可变电场梯度120。
49.在框706中，通过使质量团110横穿隔室106传播以撞击第一壁122来产生力130。基本上球形的质量团110的撞击将力130传递到第一壁122。改变可变电场梯度120致使质量团110横穿隔室106传播并撞击第一壁122。
50.附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种示例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以代表
指令的模块、片段或部分，其包含用于实现特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中标记的功能可以不按图中标记的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图和/或流程图示出的每个框以及框图和/或流程图示出的框的组合可以由基于专用硬件的系统来实现，该系统执行特殊功能或行为或者实施专用硬件和计算机指令的组合。
51.本文所使用的术语仅出于描述特定示例的目的，而不旨在限制本公开的示例。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(include)”、“包括(includes)”、“包含(comprise)”和/或“包含(comprising)”规定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
52.随附权利要求中的所有手段或步骤加功能元件的相应结构、材料、行为和等效物旨在包括与其他特定权利要求的元件结合执行功能的任何结构、材料或行为。当前实施例的描述是为了说明和描述的目的而呈现的，但并不意在穷尽或局限于以所公开的形式呈现的示例。在不脱离示例的范围和精神的情况下，许多修改和变化在本领域普通技术人员看来将是显而易见的。
53.进一步，本公开包括根据以下条款所述的示例：
54.条款1.一种电控界面力发生装置(100)，该装置(100)包含：
55.第一电极(102)；
56.第二电极(104)；
57.设置在第一电极(102)和第二电极(104)之间的隔室(106)，该隔室(106)包含材料(108)，该材料(108)响应于横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的偏置电压(112)而产生颗粒(116)的质量团(110)；
58.在隔室(106)的一端(124)并且在第一电极(102)和第二电极(104)之间延伸的第一壁(122)；以及
59.电源(126)，其被配置为在第一电极(102)和第二电极(104)上提供可变电压(128)，其中响应于可变梯度电压(128)的改变，在隔室(106)中生成并改变可变电场梯度(120)，改变可变电场梯度(120)将致使质量团(110)横穿隔室(106)传播并撞击第一壁(122)以将力(130)传递到第一壁(122)。
60.条款2.根据条款1的装置(100)，其中重复地改变可变电场梯度(120)以致使质量团(110)重复地撞击第一壁(122)，以便从可变电场梯度(120)创建连续移动的力(130)。
61.条款3.根据条款1或2所述的设备(100)，其中隔室(106)包含超导体材料(114)，该超导体材料(114)包含多个超导体颗粒(116)，其中响应于横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的偏置电压(112)，多个超导体颗粒(116)形成质量团(110)。
62.条款4.根据条款3所述的装置(100)，其中隔室(106)包括铋锶钙铜氧化物(bscco)材料或ii型超导体材料。
63.条款5.根据条款3或4所述的装置(100)，其中隔室(106)进一步包括被配置为容纳超导体材料(114)的基质材料(118)或袋状物。
64.条款6.根据条款5所述的装置(100)，其中基质材料(118)或袋状物是包含与低温温度和可变电场梯度(120)兼容的特性的材料(108)。
65.条款7.根据条款1
‑
6中任一项所述的装置(100)，其中可变梯度电压(128)在第一电压电平和第二电压电平之间改变以改变可变电场梯度(120)。
66.条款8.根据条款7所述的装置(100)，其中响应于通过在第一电压电平和第二电压电平之间改变可变梯度电压(128)来改变可变电场梯度(120)，质量团(110)的表面张力在一侧上变化，其中在一侧上改变的表面张力致使质量团(110)横跨隔室(106)沿特定方向(132)传播。
67.条款9.根据条款7所述的装置(100)，其中可变梯度电压(128)以预定频率在第一电压电平和第二电压电平之间改变。
68.条款10.根据条款9所述的设备(100)，其中该预定频率是大约700赫兹。
69.条款11.根据条款1
‑
10中任一项所述的装置(100)，其中第一壁(122)包含非导电材料，该非导电材料包含与低温温度和可变电场梯度(120)兼容的特性。
70.条款12.根据条款1
‑
11中任一项所述的装置(100)，其中隔室(106)包含在一端朝向第一壁(122)呈锥形的锥形部分(406)，并且第一电极(102)和第二电极(104)各自包含朝向彼此汇合的成角度区段(402)，隔室(106)的锥形部分(406)被设置在第一电极(102)和第二电极(104)的成角度区段(402)之间，以引导质量团(110)到第一壁(122)上的特定位置(408)。
71.条款13.根据条款1
‑
12中任一项所述的装置(100)，还包含开关机构(134)，该开关机构(134)被配置为横跨第一电极(102)和第二电极(102)施加偏置电压(112)和可变梯度电压(128)，其中该开关机构(134)进一步被配置为改变可变梯度电压(128)以改变可变电场梯度(120)。
72.条款14.根据条款13所述的装置(100)，进一步包含在隔室(106)的与第一壁(122)相反的一端(138)上的第二壁(136)，其中开关机构(134)进一步被配置为改变可变梯度电压(128)来改变隔室(106)内的可变电场梯度(120)，以致使质量团(110)沿第一方向(132)横穿隔室(106)传播以撞击第一壁(122)并在第一方向(132)上创建第一力(130)，或者沿第二方向(140)传播以撞击第二壁(136)并在与第一方向(132)相反的第二方向(140)上创建第二力(142)。
73.条款15.一种推进发动机(504)，包含：
74.多个电控界面力产生装置(100)，每个装置(100)包含：
75.第一电极(102)；
76.第二电极(104)；
77.设置在第一电极(102)和第二电极(104)之间的隔室(106)，该隔室(106)包括材料(108)，该材料(108)响应于横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的偏置电压(112)而产生质量团(110)；
78.第一壁(122)，其在隔室(106)的一端(124)并且在第一电极(102)和第二电极(104)之间延伸；以及
79.电源(126)，其被配置为横跨第一电极(102)和第二电极(104)提供可变梯度电压(128)，其中响应于可变梯度电压(128)的改变，在隔室(106)内生成并改变可变电场梯度
(120)，改变可变电场梯度(120)将致使质量团(110)横穿隔室(106)传播并且撞击第一壁(122)以将力(130，508)传递到第一壁(122)。
80.条款16.根据条款15所述的推进发动机(504)，其中该推进发动机(504)耦合至航天器(502)，以将来自多个电控界面力产生装置(130)的力(508)施加至航天器(502)来推进航天器(502)。
81.条款17.根据条款15或16所述的推进发动机(504)，其中隔室(106)包含超导体材料(114)，该超导体材料(114)包含多个超导体颗粒(116)，其中响应于横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的偏置电压(112)，多个超导体颗粒(116)形成质量团(110)。
82.条款18.根据条款17所述的推进发动机(504)，其中隔室(106)进一步包括被配置为容纳超导体材料(114)的基质材料(118)或袋状物。
83.条款19.根据条款15
‑
18中任一项所述的推进发动机(504)，进一步包含开关机构(134)，该开关机构(134)被配置为横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加偏置电压(112)和可变梯度电压(128)，其中该开关机构(134)进一步被配置为改变可变梯度电压(128)来改变可变电场梯度(120)。
84.条款20.一种产生力(130)的方法(700)，包含：
85.在隔室(106)中生成(702)质量团(110)，该隔室(106)包含材料(108)，该材料响应于横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的偏置电压(112)而生成质量团(110)，其中隔室(106)被设置在第一电极(102)和第二电极(104)之间；
86.通过改变横跨第一电极(102)和第二电极(104)施加的可变梯度电压(128)，改变(704)隔室(106)内的可变电场梯度(120)；以及
87.通过使质量团(110)横穿隔室(106)传播以撞击第一壁(122)而产生(706)力(130)，质量团(110)的撞击将力(130)传递到第一壁(122)，改变(704)可变电场梯度(120)将致使质量团(110)横穿隔室(106)传播并撞击第一壁(122)。
88.尽管本文已经说明和描述了具体示例，但是本领域的普通技术人员将理解，可以用被计算以实现相同目的的任何布置来代替所示的具体示例，并且这些示例在其他环境中具有其他应用。本技术旨在涵盖任何调整或变化。所附权利要求绝不旨在将本公开的示例的范围限制为本文所述的特定示例。