低温技术在航天领域中的应用

文章从能量耗散、工作温度两个主要技术指标介绍了国外一些典型低温光子传感器;根据寿命、电能分配、质量和防振要求,提出在进行航天器低温系统设计时需要考虑的因素.文章还介绍了国外空间低温制冷机的发展状况、关键技术研究计划,以及进行空间探测的一些实验项目.     

低温技术在国外航天领域应用发展情况

从能量耗散、工作温度两个主要技术指标角度介绍了典型低温光子传感器;从空间制冷机的寿命、所需要的电能分配、质量和防振要求等主要方面介绍在进行航天器低温系统设计时需要考虑的一些因素;从工作温度,制冷量和效率等技术指标角度介绍国外空间低温制冷机的发展状况、发展动态和关键技术研究计划;最后介绍国外空间探测的一些实验研究项目。     

美国新型低温上面级的预研情况

二十五年来,美国宇航局和美国空军一直打算开展多种先进的低温上面级的研制,如 AMPS、OOS、STV、TUG,HEUS、OTV、AUS 等等,但到现在为止,都还始终处于预研阶段,人马座上面级仍在继续改进。利用现有的经费研制一种全新的上面级,以获得比人马座更佳的工作性能和经济效益,这种情况迄今还没有体现出来。本文简要介绍通用动力公司预研的几种先进的上面级方案和基本费用情况。迄今为止,在美国的上面级序列里,只有人马座是采用液氢/液氧推进剂的高能上面级。它已随宇宙神和大力神运载火箭发射了约80次。对人马座继续改进的重点是增加可靠性、降低发射费用、增加滞空时间等。但是,在美国航天界一直存在两种倾向的经费投向,一种是为改进人马座继续投资,另一种则认为应开始研制一种全新的高能上面级,通用动力公司对改进人马座和研制新型上面级两方面部很感兴趣。研制一种全新型的发动机、具有一体化健康管理(IHM)功能的控制系统组成的全新型上面级及其地面辅助设施将需资金20亿美元左右,而其工作性能也许只比人马座提高约10%,这样,研制一种全新型的上面级将是不经济的,除非有特殊的要求,如需要进行载人月球或火星环绕旅行任务,否则,将不会开展全新型的上面级研制。     

动态新闻

“詹姆斯-韦伯”空间望远镜主镜低温试验完成 据NASA网站2012年6月6日报道，NASA完成了“詹姆斯-韦伯”空间望远镜18个主镜的低温测试。在马歇尔航天中心的X射线和低温设备中，该望远镜被放在-248℃的环境中接受测试。研究人员通过反射到传感器的激光来测量望远镜主镜形状随温度的变化。全面展开时，“詹姆斯-韦伯”望远镜的尺寸超过“哈勃”的6倍，它观测的距离更远，可观测到遥远星系的光。该望远镜有18个6边形的镀金主镜，其背面被镂空并采用肋状支撑，比“哈勃”质量更轻，同时保持了精确的形状。     

空间环境试验用大口径光学镜装夹机构研制

描述在200K温差下大口径光学镜装夹机构的设计,采用温度补偿法解决低温热膨胀引起的变形,用吊带固定法克服光学镜的自重引起的变形,保证光学系统的弥散圆始终满足要求。     

低温风洞的回顾与发展

自从风洞问世以来,所有飞行器的研制都离不开风洞,风洞已成为飞行器发展最基本的工具。今天,世界各地的风洞研究人员正利用各自不同类型的风洞为航天航空事业提供新型飞行器。虽然风洞发展至今已有120多年的历史,而且也已达到较复杂的程度,却仍未能满足迅速发展的航天工业的需求。低温风洞就是为解决这一问题诞生并发展起来的。本文将对低温风洞的历史、原理特点、存在问题及发展趋势作一简要回顾。     

VINCI:用于阿里安5上面级的一种新型低温发动机

VINCI发动机是新一代低温上面级发动机,它将从2005-2006年起,为阿里安5火箭提供动力。基于对未来市场所需同步轨道载荷质量的展望,1998年欧空局作出决定,启动阿里安5上面级新型低温发动机的研制计划,以适应飞行器重量增加和轨道服务多样化的趋势。地球同步轨道,或适用于星座卫星的中轨道等非传统发射任务的市场份额将逐步增加。高比冲、加大推力、再起动能力,是新型VINCI发动机要实现的关键技术目标。另外,在工程时间和资源有限的情况下,研制风险的最小化,实现预期的低重复成本,也是俩个挑战性目标。两者的目的均在于保证运载器的竞争力。在过去的头两年中,设计与研制计划中的一些具有里程碑意义的目标,已经实现了。     

浙江大学金滔教授来北京卫星环境工程研究所开展技术交流

6月27日上午,浙江大学制冷与低温所金滔教授应邀来北京卫星环境工程研究所进行学术交流,讲座主题围绕低温技术最新研究及其在航天领域的应用。金滔教授长期致力于低温制冷机、低温传热、低温工程等方面的研究,其带领的课题组的部分研究成果在国际上具有先进水平。     

日本H系列火箭低温级的研制

目前航天推进系统所用的推进剂中,液氧和液氢推进剂组合的性能最高。因此,为了提高运载能力,目前很多运载火箭都有一级使用液氧/液氢作为推进剂。日本宇宙开发事业团(NASDA)从1972年开始进行液氧/液氢推进系统的研究工作。1986年,H-1火箭的首次飞行获得成功。该火箭的第二级采用了液氧/液氢推进系统,到1992年2月计划结束为止,9次发射全部获得成功。     

低温固体推进技术基础和研究现状

介绍一个新的化学火箭推进领域－－低温固体推进技术，叙述了这种新一代固体火箭发动机的基本原理、结构形式、特点和有关技术问题，近年来国外研究工作取得的进展及应用于航天运载火箭的潜力。     

红外多光谱扫描仪定标光学系统低温性能分析与调整

文章对红外多光谱扫描仪定标光学系统在低温下的变化进行了理论分析和计算,并根据计算结果和以往试验数据,提出了低温光路调整的具体方法.     

液氢贮箱的掺混和瞬态表面冷凝

为了研究轴向射流掺混对有热防护层的液氢贮箱压力降低的影响,国外进行了大量的试验性研究。试验用的贮箱是一个近似的圆柱体,体积0.144m~3,直径0.599m.长0.711m。在贮箱内距箱底0.178m 处安装了一个射流泵,射流出口直径为0.0221m,用于产生轴向的掺混并促进箱内液体的循环。液体加注量范围为贮箱体积的42～85％,射流量为0.409～2.43m~3/hr。掺混试验开始时贮箱的压力范围为187.5kPa 至238.5kPa,在这种压力下热分层导致了4.9～6.2K 的液体过冷度。试验确定的参数有掺混时间和在气液界面处瞬态冷凝速率。建立了基于热平衡和压力平衡两种掺混时间之间的关系。两种掺混时间都可以表示为系统结构和浮力参数的关系式,且同其他试验的试验值吻合得很好,修正了根据蒸气和水的试验数据而得到稳态冷凝速率的关系式,建立了冷凝速率与射流过冷度的关系。目前对有限的液氢试验数据分析研究表明,如果引入射流过冷度和气液界面湍流强度,修正后的稳定冷凝速率关系式可以用于预测掺混过程中的瞬态冷凝速率。     

污染低温凝结效应设备的研制

成功研制了星用非金属材料空间分子污染低温凝结效应环模测试设备 ,可原位、连续、定量测量星用非金属材料空间出气物在低温敏感表面上的凝结 ,给出全过程的数据和凝结量级。测试系统功能稳定、测试仪器灵敏、可实现大冷量、宽低温范围的模拟。设备致冷范围为 - 10 0℃～ 2 5℃ ,测试灵敏度为 10 - 8克 ,最优真空度达 7.0× 10 - 6 Pa。是我国目前唯一的用作星用非金属材料空间出气污染物在低温敏感表面上沉积凝结效应定量原位测试的专用环模设备。可用于空间分子污染机理的综合研究、空间分子污染的防护与控制工程。设备兼设有符合国际现行通用标准的星用非金属材料环模评价筛选系统     

液氢加注管道设计研究

文章介绍了一种典型漏热工况下液氢加注管道内径的选择方法。选择合适内径的加注管道能够降低液氢的加注消耗量,降低试验成本。液氢加注消耗主要包括:预冷管道液氢消耗;克服流阻液氢消耗;热侵造成的液氢消耗。根据典型漏热工况的要求,进行了管道的绝热结构设计。上述方法已被应用于某型号试验容器加注管道的设计和加工,并通过实际运行,对其加注效率和预冷液氢消耗量进行了核实。     

四氧化二氮低温非稳态导热模型研究

四氧化二氮在低温条件下容易凝结为固体而对航天发射产生难以预见的影响,本文依据非稳态传热理论对低温环境中不同管径圆柱管道内的四氧化二氮导热情况进行了研究,建立了圆柱管道四氧化二氮低温非稳态导热模型,经验证与实际情况拟合较好。     

真空低温环境下的光学精密机械传动与控制测试

在深冷与超高真空环境下,光学精密机械传动与测控的设计是无法按常规方法进行的。特别是运动付的润滑形式、材料的选择,测试传感器的选用等都是需要解决的关键技术问题。本文给出了结构设计与测控方法,并在实践中进行了应用。     

低温表面张力贮箱研究

对用于低温液氧推进剂的表面张力贮箱进行了理论上的初步分析，认为其在理论上是可以实现的。从低温表面张力贮箱的材料选择、低温推进剂引起的热应力及隔热层结构形式等方面进行了初步探讨。重点介绍了低温表面张力贮箱隔热层的结构形式及选用的隔热材料。分析了低温表面张力贮箱面临的特殊问题。