隨著微推進技術(shù)的快速發(fā)展，微推力器推力的測試與標(biāo)定也日益困難。為實現(xiàn)微推力的精密測量和動態(tài)特性測試，通過分析超導(dǎo)重力梯度儀的差分加速度測量原理、儀器的構(gòu)成和原理電路等，提出了一種基于高溫超導(dǎo)差分加速度測量原理和SQUID檢測技術(shù)微推力測量方案，其推力測量范圍為10^-7～10^-2N、測量頻帶從直流至4Hz。根據(jù)檢驗質(zhì)量的動力學(xué)方程和超導(dǎo)回路磁通量守恒方程，導(dǎo)出了推力與輸出差分電流的傳遞函數(shù)，分析了影響測量的主要噪聲。方案可應(yīng)用于微推力的測量，并有進一步提高推力測量精度的潛力。

1、引言

　　高性能的微推力器在航天器軌道維持、無拖曳控制和姿態(tài)控制中有著重要作用。在過去的幾十年里，歐美以及俄羅斯、日本等國家在微推技術(shù)及其應(yīng)用方面發(fā)展迅速。微推力器包括很多類型，例如：冷氣推力型、膠體推力型、場致發(fā)射型(FEEP)、射頻離子型(RIT)、激光等離子體型(LPT)和等離子體脈沖型(PPT)微推力器等。隨著航天工業(yè)的快速發(fā)展，一些空間科學(xué)試驗和探測任務(wù)對微推力器的要求也越來越高。例如：歐空局的下一代重力測量衛(wèi)星預(yù)研究(NGGM)、探索域外文明的達爾文計劃(DARWIN)和空間引力波探測任務(wù)(LISA)等，均要求用于航天器無拖曳控制和姿態(tài)調(diào)整的微推力器具有推力精度高、比沖大、壽命長等特點，這對微推力器的地面測試和標(biāo)定提出了更高的要求。

　　微推力的精密測量不同于一般的弱力測量，有些類型的微推力器質(zhì)量較大，在克服1g重力加速度的前提下實現(xiàn)微推力高精度測量比較困難。此外，還需要精確測試微推力器推力的動態(tài)特性，這就要求微推力測量系統(tǒng)具有較寬的測量頻帶和較快的響應(yīng)速度。國內(nèi)外一些研究機構(gòu)提出了多種微推力地面測量的方案，如法國國家宇航研究局(ONERA)、意大利帕多瓦大學(xué)、美國噴氣推進實驗室(JPL)、中國科學(xué)院力學(xué)研究所、蘭州空間技術(shù)物理研究所和廣州能源研究所等都提出了自己的推力測量方案[8-13]。大多數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)微牛級甚至亞微牛級推力的精密測量，但其測量頻帶普遍較窄，且測量精度達到亞微牛級的裝置幾乎沒有進一步提高的潛力，不能滿足未來更高精度的微推力測量要求。為此，基于超導(dǎo)重力梯度儀(SGG)的差分加速度測量原理，提出了一種測量微推力的方案，不僅可以實現(xiàn)10-7N的推力測量精度和更寬的測量頻帶，而且具有進一步提高測量精度一到兩個量級的潛力。

圖1 SGG單軸電路

5、結(jié)論

　　通過分析超導(dǎo)重力梯度儀的測量原理，提出了一種新的微推力測量方法。它借鑒了超導(dǎo)重力梯度儀的測量原理，其可行性高，共模抑制能力強，測力精度達到0.1μN，測量頻帶高達4Hz，優(yōu)于JPL和ONERA等提出的推力測量方案，可以滿足正在研制中的重力衛(wèi)星計劃和引力波探測計劃中航天器無拖曳控制使用的電推力器的測試和標(biāo)定需求。實驗室測試結(jié)果表明，超導(dǎo)差分加速度測量的低頻噪聲和漂移非常小，適宜對推力做長時間測量。相對于超導(dǎo)加速度計的測量精度，提出的微推力測量方案的測量精度降低了4個量級，這就意味著本方案不僅可以滿足微推力測量的要求，還具有進一步提高測量精度的潛力。