“赫尔墨斯”计划的实施情况

详细介绍欧空局“赫尔墨斯”航天飞机新方案的特点、与原方案的不同之处及新方案的实施情况.选择防热系统是“赫尔墨斯”设计者面临的最复杂的问题之一.将“赫尔墨斯”防热系统同美国航天飞机的防热系统作了比较.目前有两种防热系统方案:带外防效层的非热强结构;能耐高温的热强结构.未来航天飞机的防效结构将大量采用碳基复合材料和陶瓷复合材料.     

航天飞机防热系统材料进展

一、防热系统材料方案选择 载人航天器防热系统设计与材料问题是公认的实现载人航天的一个关键技术问题。世界各国很重视载人航天器的防热系统材料研究。特别是航天飞机要求多次重复使用(美国和前苏联是设计使用100次),而且是载人飞行,因此要求安全可靠的、耐高温的、轻质的热防护材料。 1973年美国在进行航天飞机轨道器设计时,决定采用防热和结构分开的设计方案,即除鼻锥帽和机翼前缘采用热结构外,机身、机翼的其他部位采用冷结构加防热层的方案。如蒙皮结构采用常规航空铝合金来承载,它的外面采用轻质陶瓷瓦起防热隔     

美国航天飞机防热系统简介

美国航天飞机需要多次反复出入地球大气层，在其上升、入轨和再入的飞行过程中要经受严重的热、振动、噪声和冲击等复杂环境的影响，其中最苛刻的飞行条件是从轨道上以高超音速再入大气层时强烈的气动加热，因此需要采用防热系统对机体结构加以保护，防止它因高温而被烧毁。航天飞机再入气动加热环境的确定是防热系统设计的基础。     

有惊无险的第三次太空行走首次走到机腹首次修理防热系统

8月3日，发现号航天飞机上的任务专家罗宾逊完成了一次史无前例的太空行走：他站在空间站17、4米长的机械臂末端到达机腹部，对航天飞机成功进行了一次非常重要而又十分危险的“外科手术”。此举不仅使发现号转危为安，还创造了一项新奇迹，因为此前航天员们还从未尝试过在飞行中对航天飞机的防热系统进行修复，     

使神号航天飞机研制计划的第一阶段

使神号航天飞机研制计划的第一阶段为期3年,1990年末结束。第一阶段的目标是完成使神号航天飞机气动构形和系统设计,关键材料和分系统的研制,气动工具的论证和验证,以及使神号与阿里安-5、哥伦布计划的接口方案的论证。     

使神号航天飞机设想

使神号航天飞机的设计方案是无数约束条件的折衷方案,它既要满足航天飞机的要求,又要满足航空飞机的要求。一年来,使神号的尺寸数据有了很大改动,与原来的方案相比,现在的使神号重量更重,费用更昂贵,然而性能更可靠。     

再入航天器陶瓷拐角环防热计算与结构适用性分析

文章基于近地轨道及探月返回再入热环境,应用超高温陶瓷到再入航天器的典型防热结构,计算分析了再入过程中的防热结构温度场。利用温度场计算结果,再结合超高温陶瓷抗烧蚀性能以及结构设计与工艺性分析,就超高温陶瓷作为再入航天器防热结构的适用性进行了深入探讨。结果表明,由于超高温陶瓷的优良耐高温及耐烧蚀性能,在近地轨道及探月返回再入航天器防热结构上具有良好的应用前景。     

航天飞机热结构的辩证反思

挑战者号航天飞机失事的直接原因，是1986年1月28日肯尼迪航天中心的低温天气，使固体火箭助推器的氟橡胶密封圈失去弹性导致泄漏，挑战者号航天飞机发射升空73秽发生爆炸。哥伦比亚号航天飞机失事的直接原因，是升空过程中外贮箱脱落的绝热用聚氨酯泡沫塑料，撞击损坏了轨道器左翼前缘的防热用增强碳-碳复合材料，导致2003年2月1日返回大气层时因超高温气流的侵入而解体坠毁。     

使神号航天飞机的飞行控制系统

本文介绍了使神号航天飞机的飞行控制系统目前的研究情况,它包括航天飞机的飞行程序,轨道与姿态控制系统及关键技术。     

使神号航天飞机推进系统设计

一、引言 欧洲工业界目前正在法国国家空间研究中心(CNES)的领导下从事使神号航天飞机的研究工作。法国宇航工业公司被指定为使神号的主承包商,达索—布莱盖公司负责气动力和气动热设计,MBB-ERNO公司是使神号推进系统的主承包商。 欧空局与MBB-ERNO公司签定了一项确定使神号推进系统设计和计划要求的研究合同。这项研究于1986年9月开始,其经费在欧空局的“长期预备计划”中开支。以下各节将说明这项研究提出的使神号推进系统的基本方案。     

星际航天服新型防热材料研究

本研究的对象是柔性纤维骨架的气凝胶复合材料，研究目的是开发未来月球火星航天服的防热材料。在高、低真空状态下，骨架纤维硅气凝胶复合材料（FSACF）的高柔性和良好的防热属性使之成为未来航天服最有可能使用的候选防热材料。本文首先介绍了保持热性能的情况下这些气凝胶复合材料的耐久性（机械循环测试）研究。研究显示，在25万次机械弯曲循环测试之后，其中一些气凝胶材料保持了大部分防热性能。本文也调查了将这些柔性气凝胶复合材料整合入目前航天服部件中的问题。对不同类型气凝胶航天服部件方案进行热传导性评估，以确定在月球和火星环境下，可能具有最佳总热性能的防热敷层概念。还讨论了应用这些气凝胶材料，减轻硅材料受灰尘污染问题的潜在解决方案。     

统一热管理的疏导式防热系统概念研究

对各种防热、热控机理基本规律进行了梳理和研究,认为要进一步提高系统性能,需要进行结构、防热、热控一体化设计。基于这种设计思想,提出了一种将航天器防热、热控和结构相结合的“统一热管理的疏导式防热系统”,在传统防热机制的基础上,加入原先主要用于热控的各种热传输机制,进行防热、热控和结构等子系统间热的统一管理。应用这种系统,可提高防热效果,减轻飞行器的结构重量,减轻高热流区材料与结构的耐温负担,有可能实现长时间、超高速大气层机动飞行器的前缘尖化,还可使整个防热层趋于等温,易于热控处理,减小结构热应力。文章还分析了疏导式防热系统的应用前景,并针对几种典型的航天器（尖鼻锥和尖翼前缘的高超声速巡航飞行器、返回式航天器和载人飞船）提出若干适用的疏导式防热系统的方案设想。     

假如是防热瓦出了问题……

这一问题是建立在美国航宇局认定防热受损并构成威胁的基础之上的。事实上，该局工程师们仔细研究发射录像后得出了脱落的泡沫不会造成严重后果的结论。他们不知道防热瓦是否已脱落，但认为航天飞机仍处于安全状态。基于这种思想，他们并未采取进一步措施。话说回来，即使认定防热瓦需要修补，那么通过太空行走来解决这一问也是十分危险的。     

使神号航天飞机逃逸舱

本文介绍了使神号航天飞机乘员逃逸舱目前的方案论证情况和已经进行的有关工作。     

载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

纤维增强陶瓷在再入防热结构上应用的探索研究

对纤维增强陶瓷在辐射防热结构中充当外部辐射蒙皮的特性进行了评估。以返回式卫星和飞船典型的力学环境和热环境为依据。对碳纤维增强石英进行了试验研究,包括小平板再入热模拟试验、大型热结构件的常温振动、常温冲击、低温振动、低温冲击和再入加热等项目。一系列试验证明,碳纤维增强石英既保留了陶瓷耐高温、隔热好的优点,又克服了陶瓷固有的脆性,因此,在返回舱上做防热材料颇具潜力。     

神舟飞船防热大底结构设计

简要介绍了神舟飞船返回舱上的主要防热部件——防热大底的结构设计特点。从受热、受力和结构合理布局多方考虑,确定防热大底采用大面积烧蚀层和背壁玻璃钢蜂窝夹层结构、整体玻璃钢环的复合结构形式。经过大面积烧蚀计算与温度场分析、局部突起物烧蚀计算与温度场分析、防热大底受气动外压计算分析、静力计算分析以及详细的结构设计,设计出的防热大底较联盟号防热大底轻,结构比“双子星座号”飞船的防热大底简单。经过一系列的地面试验和神舟飞船的三次成功飞行试验,防热大底设计的正确性、合理性得到了充分验证。     

西德的航天飞机方案

西德将提出一种比英国的“霍托尔”(Hotol)航天飞机更有把握的“桑格尔”(Sanger)空间运输系统方案,作为继现有航天飞机和法国“使神号”(Hermes)之后的欧洲新一代航天运载器。“桑格尔”系统是利用一架可以在普通     

充气式再入航天器结构参数优化及防热试验工程方法

用工程算法对充气式再入航天器的全展开半径,半锥角,刚性头锥半径与全展开半径之比三个方面的参数进行了优化计算,获得同时满足航天器质量,刚性头锥及柔性防热系统温度约束条件的充气式再入航天器的设计方案,计算得到了优化设计方案整个再入过程的外热流密度和温度变化规律,并且通过与文献中数据对比,验证了文中工程算法的正确性。针对再入过程的外热流密度和温度条件,参考充气式再入返回试验(Inflatable Reentry Vehicle Experiment,IRVE)典型防热材料,设计不同的柔性防热系统结构试验件。最后,通过热冲击试验,得到了各试验件冷端的温度响应,验证了各试验件在再入温度条件下防热性能。文章提出的柔性防热系统结构的改进方向,可为充气式再入航天器的设计分析提供参考。     

高空发动机燃料主管路防热罩设计优化

针对火箭飞行工作中高空发动机燃料主管路系统防热罩存在热防护能力不足的问题,开展了高空羽流条件下的仿真计算和分析,依据温度计算值确定了防热罩紧固件在高温下抗拉伸强度低,在较高拧紧力矩条件下存在锌、镉脆断裂的薄弱环节,从而导致防热罩脱落。防热罩脱落后其内充填的隔热包覆材料被羽流吹落,燃料主汽蚀管连接法兰直接暴露在高温羽流环境中,高温导致法兰连接及密封失效从而产生燃料泄漏。针对防热罩热防护设计中存在的薄弱环节完成了设计改进,采用头锥形防热罩、高温合金材料的紧固件和多层耐高温隔热材料捆扎包覆等设计改进方案后,经过了高温、振动、地面发动机热试车和飞行试验验证,未出现前述故障。