固体氮气生成器的结构设计与制备方法研究(2)
1.1 冷气生成器的概念和特点
传统的气体生成器，是指通过固体气体发生剂分解燃烧而产生气体的元器件。其工作过程是：气体发生剂点燃后发生燃烧，在短时间内产生较大体积的气体，可通过调节生成器数量、结构和气体发生剂质量获得所需的气体压力。这项技术的最大优点是气体不是被高压压缩存储的，这就使其具有较长的储存时间和较高的可靠性。然而，传统的气体生成器排出气体的温度通常高达1000K，为了使之温度降低，还需要额外的热交换器，这无疑会增加系统的质量。同时，由于药剂反应不完全，喷出的气体中还含有可以继续发生化学反应的活性物质以及有毒物质，对航天器和环境造成污染。这些缺点都限制了这项技术的应用范围，目前主要在地面使用，应用于汽车安全气囊、救生筏和无人机软着陆系统等。
冷气生成器（CGG），是Cool Gas Generator的缩写，它采用特殊的气体发生剂作为产气源，经点火后使气体发生剂产生低温、高纯气体，其压力可以通过调节生成器数量、结构和气体发生剂质量来实现。该项技术难度高，应用前景良好，保密性较高，根据现有可查阅的文献，国内外仅有TNO公司（Netherlands Organization for Applied Scientific Research）、TU（Delft Delft University of Technology）、UTwente（University of Twente）三家单位联合发起了T3μPS（TNO， TU Delft， UTwente Micro Propulsion System）研究，成功掌握了冷气生成器等相关技术，属于国际领先水平。
这项技术既可用于直接需要气体压力的系统，也可以用于气体发生化学反应的系统。其最突出的优点是气体发生剂点火后直接分解产生低温、高纯气体，不需要进行热交换，同时具备了传统气体生成器和高压储气的特点。在储存过程中不需要压力，也没有泄露的问题，从而具有了较长的储存寿命。因为没有高压组件和较小的储存体积，大大简化了气体生成器的结构，从而具有较小的储存体积。同时，多功能气体生成器的使用很大程度地提高了使用灵活性和适用性。在空间技术中，冷气生成器可用于推进系统，气动系统和膨胀做功系统，未来还可以用于制备燃料电池等化学产能系统，为微小卫星提供足够的能量供应[3]。
综上所述，这项技术的主要特点可以概括为：
a.储存过程中无压力和泄漏；
b.长储存期（有效期5年，可达到10-15年）；
c.结构简单，工作过程中压力低；
d.体积小；
e.灵活性高，器件标准化。
目前以荷兰TNO为首的国外公司已经研制出了适用于微小卫星推进的冷气生成器，下表1.1是该公司已经研发出的冷气生成器气体发生剂的性能指标。
表1.1 各类冷气生成器气体发生剂性能对比表
N2 O2 H2 CO2 高产气量
产气量（L/Kg） 260 200 1000 200 340
输出气体压强(Mpa) 0.1~15 0.1~10 0.1~20 0.1~7 0.1~20
气体纯度 >99% >99% >99% >99% Mixture
摩擦感度 无 无 无 无 无
冲击感度 无 无 无 无 无
1.2冷气生成器技术是冷气推进技术的重要发展方向
微小卫星所具备的研制周期短、快速响应、质量轻、体积小、高度集成化和自动化等一系列特点使之成为卫星技术发展的重要方向。在一般的系统约束中，最明显的是质量和尺寸限制，因而为适应微小卫星的独特需求，必须显著降低子系统的质量和尺寸。许多新的微小卫星，设计功率只有几十瓦，总线电压可能降到35V（目前的标准是28V），若推进系统需要高电压，则需要较重的功率处理单元，会超出微小卫星的质量限制。目前，推进子系统的质量占整个卫星质量20%90%，因而降低推进子系统的尺寸和质量是至关重要的，同样重要的是子系统需要工作在非常有限的电功率水平内。卫星质量每增加1公斤，将增加十几万的发射成本，因此减小推进系统的体积和重量将会极大地节约微小卫星的研发成本，降低风险[4]。
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