法国研究未来的运载系统

减少乘员和载荷的LEO(低地球轨道)运载成本,是研制继“阿里安”5后的下一代空间运输系统的主要目标.如果整修费不太昂贵,那末最理想的方案是研制可回收运载工具.可回收系统由于需将额外的重量带进轨道用于再入,故其不确定性比一次性使用运载工具大.有效载荷只占总重的很小一部分,将增加不确定性.据此,CNES(法国全国空间研究中心)已开始调整对运载工具及其推进的基本研究.法国宇航公司对水平和垂直起飞、单级和两级结构,以及各种推进方式的各种可重复运载工具方案作了比较研究.AMD-BA对其他系统的研究旨在通过一项保守的计划,用已有的证明有效的数据建立数据库,通过参量研究评定各方案对技术的敏感性.SNECMA(法国国营飞机发动机研究制造公司)、SEP(欧洲动力装备公司)和ONERA(法国全国航空空间研究局)研究了各种组合发动机,以选出一种更理想的航天飞机推进系统.     

未来的大型运载工具

概括介绍现有运载工具的技术发展水平和运载能力,对未来发展趋势作了展望,叙述了几种用于完成下一世纪飞行任务的运载工具可行方案.对一次性使用和可重复使用的运载工具的运输成本比进行计算,并绘出在低轨道飞行任务中运输成本比与累积有效载荷质量的关系曲线.大推力运载工具(HLLV)可以以约500美元/公斤的平均成本承担总共10万吨的空间发射任务.结论是,未来肯定将需要和研制出在低轨道载送乘客的第二代航天飞机和多用途的大型空间运输机.     

“赫尔墨斯”推进系统设计

“赫尔墨斯”航天飞机是一种载人的、可重复使用的飞行器.它要用新的“阿里安”5发射到低地球圆形轨道和极轨道.当“赫尔墨斯”脱离“阿里安”5后,即机动飞行到其所要求的工作轨道上.讨论了两种入轨的推进概念:组合式可重复使用系统和分离式一次性使用系统.重点研究组合式系统.但也分析了一次性使用系统对本研究结果的影响.讨论了推进系统的基本流程图的设计步骤,并提出几种导致选择基本推进系统流程图的比较方案.示出了改变外形的最新“赫尔墨斯”对流程图的影响.     

“赫尔墨斯”小型航天飞机综述

全面而详细地介绍欧空局“赫尔墨斯”小型航天飞机的性能及研制情况.可重复使用的“赫尔墨斯”是欧洲未来空间系统的最重要的组成部分,它借助“阿里安”5运载火箭垂直起飞达到预定轨道,返回时能像高超音速滑翔机一样水平降落在指定的跑道上.“赫尔墨斯”有载人和不载人两种飞行方式.法国宇航公司和达索-布雷盖公司推出了各自的“赫尔墨斯”方案.最后介绍“赫尔墨斯”最终方案的推进系统、防热系统、结构布局和电源系统等,以及该航天飞机的飞行计划.     

先进的重复使用空天飞行器方案研究

为满足90年代及下一世纪空间开发的需要,必须研制比航天飞机更完善的反应时间短的多用途重复使用空天飞行器.美国兰利研究中心提出了11种方案,它们分属垂直起飞和水平起飞两大系列,包括单级、两级和三级等各种型号.对各个方案作了详细的分析和比较.研究的重点是飞行器的气动力和热力特性、材料、轨道和结构的最佳化,以及飞行中的有效载荷等.     

用于卫星运载火箭的最佳Q制导法

研究一种以最佳Q制导为基础的闭合回路控制逻辑.这种制导系统控制卫星运载火箭沿着二维或三维轨道飞行,以将有效载荷送入指定的圆周轨道.改进后的Q制导算法使用所需的最佳速度矢量,使火箭从现有位置经两次推进加速转移到最终轨道上所需要的总冲减少到最小.所需的速度矢量可以看作是,在经过第一次推进加速后火箭在假想的转移轨道上的瞬时速度.针对这种最佳转移轨道,推导出一种简单明了的Q矩阵表达法,并概要论述大周期和小周期制导算法及形成操纵指令的原理.     

双燃料地球入轨运载工具的火箭喷管膨胀比分析

可完全重复使用的地球入轨运载工具终将扩大现有运载工具如航天飞机的运载能力,甚至取而代之.我们已对两种运载工具进行了讨论.一种是单级运载工具,另一种是两级平行燃烧运载工具,它们在起飞时都同时采用烃和氢发动机,到达轨道前,烃发动机熄火,由氢发动机推进来爬升到轨道.在以前的研究中,航天飞机主发动机(SSME)是采用氢发动机和双位喷管,喷管膨胀比为40和150.     

霍托尔空天飞机

为与美国航天飞机争夺世界卫星发射市场,欧洲急于研制自己的下一代空间运载工具.“霍托尔”水平起降单级入轨空天飞机便是吸引人的方案之一.“霍托尔”的新颖之处是采用组合式发动机—RB545吸气式氢氧发动机.这种发动机兼有空气喷气发动机和火箭发动机两者的优点.“霍托尔”在结构和气动布局设计、材料选择和防热措施方面也有许多独到之处.最后介绍“霍托尔”的飞行方案和飞行程序.     

欧洲可重复使用运载器现行方案概况

欧洲目前设想的可复用运载器方案主要有三种：(1)可复用第一级方案：在高超音速低马赫数下与一次性使用主芯级分离，垂直起飞，水平降落；(2)亚轨道方案，如“跳虫”方案，可水平起降．在大气层外发射一次性使用的上面级；(3)两级入轨方案，两级均可重复使用，垂直发射。水平降落。     

对“麻雀”弹上控制系统及其能源系统设计方案的分析

以“麻雀”3A和3B为代表,对“麻雀”的自动驾驶仪及其能源系统的设计方案作了分析,指出“麻雀”的自动驾驶仪在方案、结构和工艺等方面至今仍有很多值得重视的地方,即系统方案典型、成熟,并具有通用性:系统结构布局体现整体性好、使空间和环境得到充分利用.给出了“麻雀”舵伺服系统的原理框图,指出其采用的两级滑阀结构的优点.最后分析了“麻雀”1、“麻雀”3A、“麻雀”3B以及“百舌鸟”导弹的四种液压能源装置.     

导弹的整体级方案——系统研究结果

为美国空军研制的导弹整体级方案(ISC),采用一般的结构件将两级火箭发动机组合在一起,从而提高了多级导弹系统的性能,使现有推进系统体积得到更有效的利用,并能得到更高的发动机可靠性和明显地降低制造成本。在以往的几年中,航空喷气战略推进公司(ASPC)曾经研究将整体级方案应用到采用部件设计概念和新材料的几种未来系统上。近期完成的详细研究表明,对于限定体积的系统级性能约提高30%和限定重量的系统级性能约提高15%。本文概述了这些系统的研究结果,所介绍的一些特定系统包括:先进的洲际弹道导弹,空中发射的助推滑翔飞行器,速燃助推器和轨道转移飞行器。最后,讨论了整体级降低成本预估的基础和将来发展的计划。     

评定运载火箭成本的TRANSCOST模型及其应用

首先介绍评定运载火箭的研制和发射成本的解析模型的结构,着重讨论评定使用成本的新方法,并引入众多参数来修正模型.尔后以“阿里安”4后继型为例,讨论用于未来系统分析和成本比较的模型,分析了采用10种不同方案的可贮低温燃料两级火箭的研制和发射成本.欧洲未来运载火箭系统的关键是要最佳解决有限的研制费用与期望的最低发射成本之间的矛盾.多次使用系统能使发射成本大为降低,但研制费用较大.基于实际参数的成本解析模型能为选择运载火箭方案提供重要的信息.     

反巡航导弹

在过去几十年里,巡航导弹多数用作反舰武器,各国海军一直注重反巡航导弹问题.迄今苏联已研制了两大系列新的远程巡航导弹,共有四五种独立的型号.目前美海军有四种反巡航导弹方案:第一种是多技术多层次纵深防御系统;第二种是确定威胁可能来犯的方向进行定向防卫;第三种是摧毁巡航导弹发射平台;第四种是实施电子干扰“软杀伤”.未来的反巡航导弹方案可能会利用以下几种新技术:新一代计算机技术;更小型化的雷达(包括相控阵雷达);新的超视距雷达;先进的飞艇技术.最后介绍反巡航导弹系统的构成及反巡航导弹方案与美星球大战的关系.反巡航导弹系统的原理和技术可应用于星球大战计划.     

DFH-4卫星电推进系统的应用可行性研究

DFH-4平台是我国新研制的大容量、长寿命静止轨道卫星平台。为了延长平台寿命、增加平台载荷,需要考虑引入电推进系统执行南北位保任务。针对几种国际上已经得到应用且相对较成熟的电推进系统,从工程角度对其在DFH-4上的应用价值进行了比较和评价,初步设计了电推进系统在DFH-4平台上执行南北位保任务的应用方案,分析了电推进系统对卫星平台、其它轨道和姿态参数、控制策略以及星上其它系统带来或可能带来的影响。     

空间运输的发展方向

国际运载系统的近期目标是将至少5000kg的有效载荷送往地球同步轨道(CEO).美国将用带有新的上面级的航天飞机和辅助性一次性使用运载火箭(CELV)如“大力神”34D 7/“半人马座”来实现这一目标.苏联的运载工具和欧空局(ESA)的“阿里安”5也将能实现这个目标.美国显然将恢复采用机/箭混合编队政策,而只用航天飞机完成载人飞行任务.ESA的“赫尔墨斯”和苏联航天飞机也主要用于载人飞行.苏美两国都花了巨大的人力物力来研究第三代空间运输系统,迅速及时地以低成本将重型载荷送入轨道.空天飞机和HOTOL(水平起降)、航天飞机型火箭(SDV)和大推力运载火箭(HLLV)等各种方案都在研究之中.这些第三代运载工具将满足民用和军用需求.民用包括扩大现有商业活动、地球观察、空间生产、空间站和载人飞行,以及其他尖端任务,如火星探险(载人和不载人)、月球基地和大型空间动力系统.军用可能包括先进的情报和侦察系统、宇宙飞船服务和维护任务、SDI支援系统,以及永久性空间驻人基地.实现这些目标将需要研制空天飞机.空天飞机还将发展成用以完成高速空天运载和灵活反应任务的飞行器.叙述中型运载火箭、先进的航天飞机和空天飞机的现有设想和早期计划.讨论SDV和地球至低轨道大推力系统,介绍“赫尔墨斯”和苏联航天飞机.     

基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化

固体运载火箭设计属于典型的多学科设计问题,为提高同体运载火箭设计水平和缩短研制周期,提出了基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化方法.建立了固体运载火箭多学科系统分析模型,以卫星轨道设计计算得到的运载火箭关机点参数和最小火箭起飞质量为设计准则.采用物理规划方法构造系统级火箭总体设计优化模型,以发动机总体性能指标为设计准则,采用物理规划方法构造子系统级发动机设计优化模型.通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足火箭运载能力的各级固体发动机最优设计结果,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力-时间曲线.     

水平起落完全重复使用的下一代航天飞机

概括介绍第二代水平起落、可重复使用航天飞机的发展情况、基本工作原理和主要特点;航天飞机技术的突破,必将推动现代航空技术的发展.着重叙述目前世界各国所提出的各种航天飞机方案,其主要技术性能、工作特点及方案论证情况,这包括英国的HOTOL、西德的S(?)nger和美国的“东方快车”.在这方面,目前美国暂处于领先地位.发展第二代航天飞机有五项主要的关键技术:1.吸气式组合推进系统;2.材料;3.结构;4.飞行控制和稳定;5.高超音速空气动力技术.     

水平空中发射固体有翼运载火箭总体/动力/气动/轨道一体化设计与优化

综合考虑固体火箭发动机设计、带翼火箭气动外形设计、轨道设计和总体特性相互作用相互影响的情况下,建立了水平空中发射固体有翼运载火箭总体／动力／气动／轨道一体化设计优化模型和系统分析模型。测试了系统分析软件,应用基于方向的遗传算法优选了某水平空中发射固体有翼运载火箭28个设计参数。结果表明,计算结果与工程实际结果吻合较好,优化设计效果明显,优化所得火箭起飞质量是原方案的84．32％。     

单级入轨火箭的混合推进系统

目前,许多单级入轨火箭作为一种可能降低向低地轨道发射有效载荷成本的运载手段,正在进行配制方面的鉴定分析.NASA 已设计出一种可操作的,使用液氧/媒油/液氢三组元发动机作为单级入轨火箭的方案.Thiokol 对这种使用捆绑式混合推进系统来增加轨道有效载荷能力的运载火箭进行了评估.NASA 将这种先驱火箭作为一种方案对单级入轨火箭的技术进行了论证。这种火箭称为 X-2000。它的主要推进系统使用液氧/煤油和液氧/液氢两种发动机,Thiokol 通过用混合发动机替代液氧/煤油发动机对主推进系统进行了新的探讨。它采用的混合技术在马歇尔航天中心(MSFC)正在进行验证。因此,混合推进系统是一种有效 SSTO 的推进系统.     

90年代运载火箭的开发动向

谋求运载火箭商业化是90年代空间开发的动向之一.当前各国都在改进或研制大型、高效、成本低的运载火箭.90年代运载火箭的开发动向是:重型/中型化;多功能,即不但运送重载荷,还能运送大尺寸载荷;成本低;时效好,为此欧洲推出了现有型号的群集组装方案;灵活性,采用载荷适配器,一箭多星/多载荷发射方式将更为普遍.大型运载火箭的另一发展趋势是级数不断减少.最后详细介绍90年代的各种运载火箭的性能和开发动向.