CN104564574A - 用于估算离子推进系统中推进剂输送的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于估算离子推进系统中推进剂输送的方法和系统。一个实例是一种用于估算在输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送的方法。第一罐和第二罐被阀分隔开。基于输送事件开始的第一罐和第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算通过阀的推进剂的流动速率；至少部分基于流动速率计算输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过锁阀所输送的推进剂的质量；以及确定中间时间内第一罐和第二罐中每一个的中间压强和温度。

Description

用于估算离子推进系统中推进剂输送的方法和系统

技术领域

本公开的领域总体上涉及推进剂输送，并且更具体地，涉及用于估算离子推进系统中推进剂输送的方法和系统。

背景技术

一些已知的卫星推进系统包括由高压锁阀(latch valve)分隔开的两个贮存罐。用于卫星的推进系统的气体推进剂存储于该贮存罐中。当推进剂从一个贮存罐被输送至另一个时，估算罐之间所输送的气体量以及各个罐中剩余的推进剂的量。一些已知系统使用推进剂P-V-T测量工具来估算气体推进剂的输送。为各个罐读数的最新的压强(pressure，压力)和温度传感器用于确定各个罐中推进剂的体积并从属性表中检索相应的流体密度。基于所计算的体积和所检索的密度计算气体推进剂的质量。在气体的输送期间，这些已知的系统不会更新压强和温度概况。相反，在输送开始之前进行上述测量和计算，基于初始估算来计算输送期望量的气体推进剂所需的时间，并且不会更新或重复该计算，直到完成输送后为止。在气体推进剂的输送期间，温度和压强通常会改变，从而导致气体推进剂的特性发生改变以及气体的流动速率有变化。这些改变可能会导致对所输送的气体量的估算不准确。

发明内容

本公开的一个方面是一种用于估算在输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送的方法。该第一罐和第二罐被锁阀分隔开。该方法包括基于输送事件开始的第一罐和第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算通过锁阀的推进剂的流动速率；至少部分基于该流动速率计算输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过锁阀所输送的推进剂的质量；以及确定该中间时间内第一罐和第二罐中每一个的中间压强。

另一方面，描述了一种用于估算输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送的系统。该系统包括存储推进剂的特性的存储装置以及耦接至该存储装置的处理器。处理器被配置为基于输送事件开始的第一罐和第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算通过锁阀的推进剂的流动速率；至少部分基于该流动速率来计算输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过锁阀所输送的推进剂的质量；以及确定该中间时间内第一罐和第二罐中每一个的中间压强。

又一方面，公开了一种用于估算输送事件期间基于卫星的氙离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的氙的输送的方法，其中，第一罐和第二罐被锁阀分隔开。该方法包括：(a)至少部分基于第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强计算第一罐和第二罐中每一个的体积；(b)基于第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强和温度计算通过锁阀的氙的流动速率；(c)对一时间段内的流动速率进行积分以确定小于输送事件长度的时间段内通过锁阀输送的氙的质量；(d)确定该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的质量；(e)确定在该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的密度和温度；以及(f)确定该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强。

已经论述的特征、功能和优势可以在各种实施方式中独立地实现，或者也可以与其他实施方式结合来实现，其更多细节可参考以下描述和附图来看出。

附图说明

图1是示例性计算装置的框图。

图2是在卫星中所使用的示例性离子推进系统的简化图。

图3是用于估算输送事件期间两个贮存罐之间的推进剂的输送的方法的流程图。

图4是如图2所示的离子推进系统中的锁阀的简化截面图。

图5是如图2所示的离子推进系统中的锁阀的另一简化截面图。

图6是氙的压缩性作为压强的函数的曲线图。

图7是在不同温度下氙的压强作为密度的函数的曲线图，并且由六阶多项式方程数学地表示每条曲线。

图8是罐压强作为输送事件的时间的函数的曲线图。

图9是罐温度作为输送事件的时间的函数的曲线图。

图10是两个罐中的氙质量作为输送事件的时间的函数的曲线图。

具体实施方式

本文所描述的主题总体上涉及推进剂的至少两个罐之间的推进剂输送。更具体地，该主题涉及用于估算离子推进系统中的推进剂输送的方法和系统。

在一个实施方式中，本文中所描述的方法、系统和计算机可读介质的技术效果包括以下中的至少一个：(a)基于输送事件开始的第一罐和第二罐各自的初始压强和初始温度计算通过锁阀的推进剂的流动速率；(b)至少部分基于该流动速率计算在输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过锁阀输送的推进剂的质量；(c)以及确定该中间时间内的第一罐和第二罐各自的中间压强。

本文所用的以单数形式列出并与词“一”或“一个”一起使用的元件和步骤应当被理解为并不排除多个元件或步骤，除非明确说明有该排除。此外，对本发明的“一个实施方式”或“示例性实施方式”的引用并不意味着被解释为排除同样结合有所述特征的其他实施方式的存在。

本文中所描述的示例性方法和系统可在一个或多个控制器上实施和/或可以包括一个或多个控制器。控制器可以包括能够如本文中所描述那样执行的任何合适的模拟和/或数字控制器的组合。在一些实施方式中，控制器包括计算装置。图1是在用于估算推进剂输送的系统中可以使用的示例性计算装置100的框图。在该示例性实施方式中，计算装置100包括存储器106和与存储器106耦接的用于执行程序指令的处理器104。处理器104可以包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。计算装置100是可编程的，以通过程序化存储器106和/或处理器104来执行本文中所描述的一个或多个操作。例如，处理器104可以通过将操作编码成一个或多个可执行指令并且在存储装置106中提供该可执行指令而被程序化。

处理器104可以包括但并不限于通用中央处理单元(CPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文中所描述的功能的任何其他电路或处理器。本文中所描述的方法可被编码成可执行指令，其具体化在包括但并不限于储存装置和/或存储装置的计算机可读介质中。这些指令在被处理器104执行时，使得处理器104执行本文中所描述的至少一部分的方法。以上示例仅是示例性的，且因此并不旨在以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。

如本文中所描述的存储装置106是启用诸如待存储和检索的可执行指令和/或其他数据的信息的一个或多个装置。存储装置106可以包括一个或多个计算机可读介质，例如但不限于，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态磁盘和/或硬盘。存储装置106可被配置为存储但并不限于，维护事件日志、诊断条目、故障消息和/或适合用于本文中所描述的方法和系统的任何其他类型的数据。

在示例性实施方式中，计算装置100包括与处理器104耦接的呈现接口108。呈现接口108向用户114输出(例如，显示、印刷和/或其他方式输出)信息，诸如但并不限于，安装数据、配置数据、测试数据、错误信息和/或任何其他类型的数据。例如，呈现接口108可以包括与显示装置耦接的显示适配器(在图1中未示出)，诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器和/或“电子墨水”显示器。在一些实施方式中，呈现接口108包括多于一个的显示装置。此外或者可选择地，呈现接口108可以包括打印机。

在示例性实施方式中，计算装置100包括从用户114接收输入的输入接口110。例如，输入接口110可被配置为从用户114接收适合用于本文中所描述的方法和系统的选择、请求、证书和/或任何其他类型的输入。在示例性实施方式中，输入接口110与处理器104耦接，并且可包括例如键盘、读卡器(例如，智能卡读卡器)、指向装置、鼠标、触针、触敏控制板(例如，触摸板或触屏)、陀螺仪、加速度计、位置检测器和/或音频输入接口。诸如触屏的单个部件可起到呈现接口108的显示装置和输入接口110两者的作用。

在示例性实施方式中，计算装置100包括与存储器106和/或处理器104耦接的通信接口112。通信接口112与诸如另一计算装置100的远程装置通信地耦接。例如，通信接口112可以包括但不限于，有线网络适配器、无线网络适配器和/或移动电信适配器。

用于操作系统和应用程序的指令以功能形式位于非易失性存储器106上以便由处理器104执行，从而进行本文中所描述的一种或多种处理。不同实施方式中的这些指令可被具体化在不同的物理或有形计算机可读介质上，诸如存储器106或另一存储器，诸如计算机可读介质118，其可以包括但不限于，闪存驱动器、CD-ROM、拇指驱动器、软盘等。此外，指令以功能形式位于非易失性计算机可读介质118上，其可以包括但并不限于，闪存驱动器、CD-ROM、拇指驱动器、软盘等。计算机可读介质118可选择性地插入计算装置100和/或可从计算装置100移除以允许处理器104的访问和/或执行。在一个示例中，计算机可读介质118包括插入或放置于CD/DVD驱动器或与存储器106和/或处理器104相关联的其他装置中的光盘或磁盘。在一些情况下，计算机可读介质118可能不是可移除的。

图2是示例性离子推进系统200的一部分的简化图。在该示例性实施方式中，离子推进系统200是将氙用作推进剂的氙离子推进系统。在其他实施方式中，系统200可以是使用任何合适的推进剂的任何其他合适类型的离子推进系统。此外，在示例性实施方式中，离子推进系统200安装于卫星(未示出)中。可替代地，离子推进系统200可安装于任何合适的航天器中。控制器202控制离子推进系统200的操作。控制器202可单独专门控制离子推进系统200，或者也可以控制卫星中的其他部件和/或系统。控制器202控制离子推进系统200以例如进行位置保持、动量管理及保持指向在轨规范内。在一些实施方式中，控制器202包括计算装置100(图1中所示)。

离子推进系统200设计有内建冗余。离子推进系统200包括两个基本上相同的子系统，第一半204和第二半206，它们中的每个能够执行卫星的所有推进功能。离子推进系统200的每一半204和206都包含存储用于离子推进系统200的推进剂的其自身的罐，第一罐208和第二罐210。每一半204和206都包括装备有来自罐208和210的推进剂的推进器212。由控制器202选择性地控制阀214以将来自罐208或210的推进剂引导至推进器212。压强传感器218和温度传感器220感测罐208和210中的压强和温度。虽然该示例性实施方式包括两个基本上相同的子系统(即，半204和206)，它们各自包括两个推进器212，但其他实施方式可以包括更多基本上相同的冗余系统，它们各自可包括两个或更多个推进器212。

半204和206被锁阀216分隔开。锁阀216在两个半之间提供机械密封。需要时，可以打开锁阀216以允许氙在第一罐208和第二罐210之间输送，因而延长了包括从其他罐210或208接收氙的罐208或210的半204或206的运行寿命。由于罐208和210之间的压强差，推进剂在罐208和210之间输送。当打开锁阀216时，推进剂从处于较高压强下的任何一个罐208或210流到具有较低压强下的推进剂的罐210或208。通常输送会继续直至压强均衡或者锁阀216关闭为止。在示例性实施方式中，控制器202响应于从远程计算装置(诸如由用户114操作和定位的地基计算装置100)接收的指令而控制锁阀216的打开和关闭。

当推进剂流出罐208或210之一而穿过阀216并且进入另一个罐210或208中时，系统中会发生各种变化。具体地，罐210和208中的压强改变，推进剂的温度改变，每个罐208和210中的推进剂的质量改变，推进剂的密度可能改变等。对温度的仔细控制对于防止锁阀216或其他部件受到极其冷的温度的损害来说是重要的。此外，应当防止推进剂的温度降低至推进剂变相时的阈值以下。在示例性实施方式中，例如，如果允许压强低至5.841 MPa(847绝对压强(psia))以下，则氙推进剂应该保持在16.7℃(62.1°F)以上。在该温度以下，氙将转换至液相。此外，在阈值周围，氙推进剂可能既作为气体又作为液体而存在，这可能使得确定罐208和210之间输送的推进剂的质量变得复杂。

图3是估算输送事件(诸如罐208和210之间的氙的输送)期间两个罐之间的推进剂的输送的方法300的流程图。在该示例性实施方式中，在诸如计算装置100的地基计算装置中实施方法300。地基计算装置100(诸如通过通信接口112)与包括离子推进系统200的卫星通信以接收传感器数据并(通过控制器202)控制锁阀216以在罐208和210之间输送推进剂。可替代地，可以在控制器202中实施方法300。此外，可以跨多于一个的控制器和/或计算装置实施方法300。例如，可由控制器202执行方法300的一个或多个步骤，而可以由地基计算装置100执行一个或多个其他步骤。在图3中，XT1是第一罐208，XT2是第二罐210，XLV9是锁阀216，Xe是氙，PXT1是第一罐208中的压强，以及PXT2是第二罐210中的压强。

在每个罐208和210中都存在初始质量的氙推进剂。在302，在输送事件开始之前，为每个罐208和210记录初始压强和温度。计算装置100从压强传感器218和温度传感器220接收罐208和210中的每个的压强和温度，并将初始值存储至存储装置106。存储装置106包括关于推进剂的属性的详细数据。在示例性实施方式中，推进剂是氙并且详细数据包括国家标准和技术研究所(NIST)内建的氙属性表。根据该NIST表，计算装置100基于已知的压强和温度确定罐208和210中的每个内的氙的初始密度。

在302，也为方法300设置时间步长。该时间步长确定根据方法300估算/更新系统200的瞬时状态的频繁程度。在示例性实施方式中，由操作员/用户114手动选择时间步长。在其他实施方式中，时间步长可以是预先设定的时间步长。时间步长的长度可以是任何合适的时间长度，但总体上明显小于输送事件的预期长度以允许在输送事件期间进行多次估算。在一个实施方式中，该时间步长是5秒。在其他实施方式中，时间步长可以是秒、分钟或小时的量级。较长的时间步长可能会降低估算的准确度和粒度，但也减少了计算装置100上的计算负担。

在302处设置初始值之后，在304处计算装置100确定哪个罐208或210包含较高压强下的氙。在该实例中，第一罐208的压强不大于第二罐210的压强，并且方法300继续至步骤306。如果第一罐208的压强大于第二罐210的压强，那么方法300将继续至步骤307。将不描述步骤307之后的剩余的方法300，并且除非在下文中另有注明，否则步骤307之后的剩余的方法300与本文中所描述的剩余方法300基本上相同。

除了需要识别哪个罐将接收额外的氙以及哪个罐将失去氙之外，还需要氙的流向来适当计算氙的流动速率。如上所述，当氙在罐208和210之间流动时，其流过阀216。图4和图5是锁阀216简化的截面。由箭头400(图4)和500(图5)指示通过锁阀216的流向。箭头400指示推进剂从第一罐208到第二罐210的流动。箭头500指示推进剂从第二罐210到第一罐208的流动。可以看出，锁阀216并不是关于通过阀的流向对称的。当通过锁阀216从罐208至罐210输送推进剂(如图4所示)时，通过阀216的流是通过锐边孔的流。当推进剂从罐210向罐208输送(如图5所示)时，流过阀216的流是流过喷嘴的流。喷嘴流和锐边孔流的不同特性被解析为确定罐208和210之间的推进剂的流的特性。

在308，基于每个罐208和210的初始压强来计算每个罐208和210中的氙推进剂的体积。在310，计算罐208和210之间的氙的流动速率。用于确定从罐208至罐210的推进剂的流动速率的方程是管口/喷嘴可压缩流方程。该方程可表示为：

$\stackrel{\·}{w}=C_{d}A\sqrt{\frac{2\mathrm{g\γ}}{\mathrm{RT}(\mathrm{\γ}-1)}},P_u\sqrt{{\mathrm{PR}}^{2/\mathrm{\γ}}-{\mathrm{PR}}^{(\mathrm{\γ}+1)/\mathrm{\γ}}}---\left(1\right)$

其中是流动速率，C_d是释放(discharge，流出)系数，A是流动面积，g是重力常数，γ是气体比热，R是气体常数，T是气体温度，P_u是上流压强，P_d是下流压强，以及δP是P_u-P_d。在方程(1)中，PR是：

PR＝MAX(Pd/Pu,(2/(γ+1))^γ/(γ-1))      (2)

通过锁阀216的流向的差异被解析为方程(1)中的释放系数Cd。对于所描述的喷嘴流向(例如，如图5所示从罐210至罐208的流500)，通过阀的射流面积的释放系数C_d是固定的，并且与罐压强的比率无关。在示例性实施方式中，喷嘴流释放系数C_d(包括摩擦损失)为约0.95。对于锐边口(例如，图4的流400，本文中未描述的方法300的路径)，释放系数C_d是可变的。具体地，释放系数随着压强比(即，P_d/P_u)变化而变化。对于锁阀216，锐边口方向上的释放系数C_d从0.62变成0.87。当罐208和210之间的压强差最低时，释放系数C_d最低。当压强差最大时，释放系数C_d为最大。因此，当第一罐208具有大于第二罐210的压强并且方法300进行至步骤308时，每次计算流动速率时，释放系数C_d根据瞬时压强比P_d/P_u而改变。在312，在所选择的时间步长内积分等式(1)的流动速率以确定在该时间步长期间所输送的氙量。对于第一次通过方法300，在打开阀216(即，输送事件的开始)时开始第一时间步长。第一时间步长的结束是在输送事件开始之后且输送事件结束之前的中间时间。在之前的时间步长结束时开始每个随后的时间步长。

在时间步长结束处，在314计算中间时间的每个罐208和210中的氙量。向接收的第一罐208加上积分的质量流(即，在该时间步长期间流过的氙的总质量)并从给定的第二罐210中减去该积分的质量流。从316-320，基于罐208和210中更新的质量和在存储器106中存储的氙属性来确定中间时间处的罐208和210中的氙的温度、密度和压强。这些确定的温度、密度和压强的值有时在本文中被称为中间值和/或瞬时值。

更具体地，假定在多变条件下，计算装置100更新两个罐208和210中的密度和温度变化。多变过程是可逆的并遵守PV^δ＝C关系的热力学过程，其中，P是压强，V是体积，多方指数n是任意实数，以及C是常数。当过程是恒温(等温过程)时，δ＝1。当在过程中不存在热传递(绝热过程)时，δ＝γ，气体比热。在极低密度下，所有气体和蒸汽接近理想气体行为，且P-V-T关系由理想气体方程行为给出。理想气体物态方程PV＝mRT(其中，m是质量，R是气体常数，且T是温度)是低密度下良好的近似。然而，在高密度下，该行为基本上偏离此理想气体物态方程。然后气体方程必须用可压缩物质的方程来表示：

PV＝mRT*Z      (3)

其中，Z＝压缩因数，(对于理想气体，Z＝1)。图6是氙相对于压强的压缩因数Z的曲线图。Z与单位1的偏离是与理想气体物态方程的实际关系的测量，并且其对于氙比较明显。如上所述，计算装置100包括内建的NIST氙属性表。这些属性包括如图7所示的氙密度vs从56°F到100°F的各温度范围的压强。已经考虑到压缩性。也考虑当计算质量传递时罐体积随着气压变化而改变的方法300。多变过程下罐208和210的温度可表示为：

$\left(\frac{T_2}{T_1}\right)={\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{\frac{\mathrm{\δ}-1}{\mathrm{\δ}}}---\left(4\right)$

或

$\left(\frac{T_2}{T_1}\right)={\left(\frac{W_2}{W_1}\right)}^{\mathrm{\δ}-1}---\left(5\right)$

其中1<δ<γ。通过实验确定罐208和210的多变系数。例如，可用一系列锁阀216的打开和关闭来收集数据并且该数据可被用于计算系数。在一个实施方式中，系数是基于来自五个阀的开/关序列(且打开时间多达30秒)的数据来确定的。

在318，计算装置100针对每个罐208和210中改变的质量来更新瞬时密度(Rho_i)和瞬时温度(T_i)。接着，在320，可根据以下方程确定对于确定的Rho_i和T_i的瞬时压强(P_i)：

$P_i=P_1+(P_2-P_1)*\frac{T{:T}_1}{T{:T}_1}---\left(6\right)$

方程(6)同样可以表示为：

$P_i=P_2*\frac{T:T_1}{T.T.}+P_1*(1-\frac{T.T_1}{T.T_1})---\left(7\right)$

此外，在一些实施方式中，瞬时压强是基于瞬时温度下的瞬时密度来确定的。使用一系列方程、每个温度或温度范围中的一个做出这些确定。该方程是总体上采取以下形式的六阶多项式：

AtT_i，P_i＝A(ρ)⁶-B(ρ)⁵+C(ρ)⁴±D(ρ)³-E(ρ)²+F(ρ)±G    (8)

其中，A、B、C、D、E、F和G是常数，并且ρ是Rho_i。

在322，比较罐208和210中的中间压强以确定压强是否已均衡。如果压强已均衡，则在324处完成氙推进剂的输送。如果压强没有均衡，则方法300返回至308并且重复步骤308-322。继续重复，直到所确定的罐208和210的压强基本上相等。

在一些实施方式中，方法300还包括在步骤320和步骤322之间的温度检查。在320处更新罐208和210中的压强之后，计算装置确定罐208和210中任一个的确定的温度是否小于阈值。一些实施方式中的阈值是推进剂将向液体转变的温度再加上某些安全边缘条件。此外或可替代地，阈值可以是系统200的一个或多个部件可能被损坏的温度以上的温度。如果确定的温度小于阈值，那么输送事件结束并且关闭锁阀216。如果温度保持在阈值以上，则方法300继续至322。

虽然上面描述了在输送事件期间所发生的情况，但方法300可以用来在实际输送事件之前和/或在实际输送事件期间模拟和估算输送事件。因此，例如，操作者可基于当前温度、压强、密度和质量值使用方法300来模拟输送事件。通过模拟输送，操作者可确定完全输送(例如，直到罐208和210中的压强均衡为止)所需的时间，在温度没有下降至过低的情况下是否能够发生完全输送，输送事件应当持续多长时间来达到小于最大可能输送的期望输送等。

在一些实施方式中，通过控制器(诸如计算装置100和/或控制器202)执行方法300并且将该方法用于控制输送事件。在确定(是否根据进度，响应于所接收的命令等)发起输送事件时，控制器打开锁阀216并执行方法300。当控制器确定压强已均衡或者一个罐208或210中的推进剂的温度过低时，控制器关闭锁阀216。

图8-10是对于模拟输送事件的罐208和210的罐压强(图8)、罐温度(图9)及氙的质量(图10)的曲线图。通过执行方法300的计算装置产生图8-10中的数据。在图8-10中，Xe罐1是第一罐208，Xe罐2是第二罐210，并且从罐210向罐208输送。可以看出，完全输送事件会持续约2150秒，直到罐208和210中的压强均衡。如图9所示，罐208(接收的氙)的温度略微上升并且罐210(失去氙)的温度在输送事件期间会明显降低。在开始输送事件约900秒时，罐210的温度将降低至16.7℃(62.1°F)以下。超过该时间，温度足够低，使得氙可以从气体转变至液体。因此，一般将在约900秒之前停止实际输送事件以防止氙气体转变成液体。然而，在这种情况下，罐210中的压强在氙的临界压强5.841MPa(847绝对压强(psia))以下。虽然表明气体在其临界温度以下，但压强在临界温度下液化气体所需的临界值以下。在该温度和压强的结合下，如图7所示，氙保持气体形式。因此，该方法使操作者实时了解流体的状态，其是否为单相或处在从气体到液体的转变中。

在本文中所描述的方法和系统以连续、实时为基础提供对离子推进系统的两个罐之间的氙输送的准确估算。时间步长是由用户限定的。罐中的压强、温度和密度信息的持续更新使得操作者能够避免任何过激的输送操作。氙从给予罐中的延长释放会导致减压，并由于流体温度太快下降而可能使氙变成两相流。通过在临界压强和温度条件以上操作输送，能够将氙保持为仅允许精确测量氙输送的气相。该方法根据流是否处于锁阀的正常或相反方向而使用可压缩流体的管口或喷嘴流动方程。这也说明了气体及其周围的多变行为。内建的氙属性查询表允许在每个时间步长中更新压强、温度和密度。与一些已知方法不同，本公开说明包括氙的推进剂的压缩性。内建的氙属性表包括从说明压缩性的NIST12生成的信息。因此，示例性系统能够适当地更新每个时间步长处的瞬时压强、温度和质量变化。

条款1：一种用于估算输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送的方法，所述方法包括：基于所述输送事件开始的所述第一罐和所述第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算所述第一罐和所述第二罐之间通过阀的所述推进剂的流动速率；至少部分地基于所述流动速率计算所述输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过所述阀输送的推进剂的质量；以及确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

条款2：根据条款1所述的方法，进一步包括：计算所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量；以及确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的所述推进剂的中间密度。

条款3：根据条款2所述的方法，进一步包括确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间温度。

条款4：根据条款3所述的方法，其中，至少部分基于所确定的中间温度和所确定的中间密度来确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

条款5：根据条款1所述的方法，其中，计算通过所述阀输送的推进剂的质量包括对从所述输送事件的开始到所述中间时间的时间步长内的所述流动速率进行积分。

条款6：根据条款5所述的方法，进一步包括基于通过所述阀输送的推进剂的所计算的质量确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量。

条款7：根据条款1所述的方法，进一步包括基于所述第一罐和所述第二罐的中间温度和所述中间压强计算通过所述阀的所述推进剂的中间流动速率。

条款8：根据条款1所述的方法，进一步包括如果所述第一罐或所述第二罐的中间温度降低至阈值以下，那么关闭所述阀以结束所述输送事件。

条款9：一种估算输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送所使用的系统，所述系统包括：存储装置，存储所述推进剂的特性；以及处理器，耦接至所述存储装置，所述处理器被配置为：基于所述输送事件开始的所述第一罐和所述第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算通过阀的所述推进剂的流动速率；至少部分基于所述流动速率计算所述输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过所述阀所输送的推进剂的质量；以及确定所述中间时间内所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

条款10：根据条款9所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置为：计算所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量；以及确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的所述推进剂的中间密度。

条款11：根据条款10所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置为确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间温度。

条款12：根据条款11所述的系统，其中，所述处理器被配置为至少部分基于所确定的中间温度和所确定的中间密度来确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

条款13：根据条款9所述的系统，其中，所述处理器被配置为通过对所述中间时间处结束的所述时间段内的流动速率进行积分来计算通过所述阀输送的推进剂的质量。

条款14：根据条款13所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置为基于通过所述阀输送的推进剂的所计算的质量确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量。

条款15：根据条款9所述的系统，其中，所述推进剂包括氙并且所述离子推进系统是用于卫星的氙离子推进系统。

条款16：根据条款15所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置为如果所述第一罐或所述第二罐的中间温度降低至阈值以下，那么关闭所述阀以结束所述输送事件。

条款17：一种用于估算输送事件期间基于卫星的氙离子推进系统中第一罐和第二罐之间的氙的输送的方法，其中，所述第一罐和所述第二罐被阀分隔开，所述方法包括：(a)至少部分基于第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强计算第一罐和第二罐中每一个的体积；(b)基于第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强和温度计算通过所述阀的氙的流动速率；(c)对一时间段内的流动速率进行积分以确定小于输送事件长度的时间段内通过所述锁阀输送的氙的质量；(d)确定该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的质量；(e)确定在该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的密度和温度；以及(f)确定该时间段结束时第一罐和第二罐中每一个内的氙的压强。

条款18：根据条款17所述的方法，进一步包括重复步骤(a)-(f)至少一次。

条款19：根据条款17所述的方法，进一步包括重复步骤(a)-(f)，直到第一和第二罐中任一个内的氙的温度降低至阈值以下。

条款20：根据条款17所述的方法，进一步包括重复步骤(a)-(f)，直到第一和第二罐中氙的压强基本相等为止。

应当理解，本公开的一个或多个方面将通用计算装置在被配置为执行本文中所描述的功能、方法和/或过程时转变成专用计算装置。

本书面说明书利用示例来公开各种实施方式，其包括使本领域的任何技术人员能够实现这些实施例的最佳方式，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。具有专利性的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果其他示例具有与本权利要求的文字语言相同的结构元件，或者包括与本权利要求的文字语言无实质区别的等价的结构元件，则这些其他示例都旨在落入本权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于估算输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送的方法，所述方法包括：

基于所述输送事件开始时所述第一罐和所述第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算所述第一罐和所述第二罐之间通过阀的所述推进剂的流动速率；

至少部分地基于所述流动速率计算所述输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过所述阀输送的推进剂的质量；以及

确定所述中间时间内所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

计算所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量；以及

确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的所述推进剂的中间密度。

3.根据权利要求2的所述方法，进一步包括确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，至少部分基于所确定的中间温度和所确定的中间密度来确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，计算通过所述阀输送的推进剂的质量包括对从所述输送事件的开始到所述中间时间的时间步长内的所述流动速率进行积分。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于通过所述阀输送的推进剂的所计算的质量确定所述中间时间内的所述第一罐和所述第二罐中每一个内的推进剂的中间质量。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述第一罐和所述第二罐的中间温度和所述中间压强计算通过所述阀的所述推进剂的中间流动速率。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如果所述第一罐或所述第二罐的中间温度降低至阈值以下，那么关闭所述阀以结束所述输送事件。

9.一种估算输送事件期间离子推进系统中的第一罐和第二罐之间的推进剂的输送所使用的系统，所述系统包括：

存储装置，存储所述推进剂的特性；以及

处理器，耦接至所述存储装置，所述处理器被配置为：

基于所述输送事件开始时所述第一罐和所述第二罐中每一个的初始压强和初始温度计算通过阀的所述推进剂的流动速率；

至少部分基于所述流动速率计算所述输送事件结束之前的中间时间处结束的时间段内通过所述阀所输送的推进剂的质量；以及

确定所述中间时间内所述第一罐和所述第二罐中每一个的中间压强。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述推进剂包括氙并且所述离子推进系统是用于卫星的氙离子推进系统。