阿里安5的EPS上面级

本文描述了阿里安5的上面级EPS的技术要求、结构和未来的潜在用途。EPS上面级的主要设计特点是可容纳7200kg可贮推进剂(四氧化二氮/一甲基肼)的4个贮箱和一个推力为27.5kN的可以多次起动的发动机。EPS方案也将适用于阿里安转移飞行器(ATV)和使神号计划。     

高超声速乘波体飞行器机身/发动机一体化关键技术研究

飞行器在高空中作长时间巡航飞行时,对升阻比提出了极高要求,而高超声速乘波飞行器因其具有高升阻比、均匀的下表面流场以及高度一体化性能得到研究者重视,成为未来空间飞行器新的研究热点.简要介绍了高超声速秉波体飞行器机身/发动机一体化国内外研究进展,着重阐述了其关键技术及其研究,主要包括前体/进气道一体化技术、燃烧室构型优化技术和尾喷管/后体一体化技术,并对未来高超声速秉波体飞行器构型的进一步发展提出了设想--采用流线追踪思想,以Busemann进气道和圆形或椭圆形燃烧室作为其推进系统的两大重要组成部分,同时其机身具有膨胀上表面.     

轨道转移推进系统及其发展趋势

根据轨道转移系统的应用分类（包括上面级类、空天飞机类、卫星类、飞船类和新概念类）,对各类型典型飞行器的推进系统进行了综合评述,分别总结了相关的技术方案和应用特点,并针对当前的研究热点,简要论述了未来的发展趋势,最后给出了几点结论.     

下一代可重复使用飞行器发动机

下一代可重复使用飞行器的最新方案集中在单级入轨系统上。在设计满足飞行器性能要求的发动机时,就对推进系统提出了很有意义的挑战。同时要求有效寿命周期费用比现有的运载器低。空军菲利浦试验室的推进管理局正在对可用于下一代发动机的技术进行攻关。这些技术包括:全流量发动机循环,LOX 和 H_2涡轮泵的流体静力学轴承、线性气动塞式喷管技术以及太阳能推进、化学推进和电推进的上面级发动机技术。这些技术不仅可用于可重复使用的飞行器上,而且还用于一次性使用的飞行器上。     

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。     

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。     

一次性使用/空间运输系统火箭轨道转移级的液体推进技术

分析用于各种上面级的轨道转移飞行器(OTV)最佳液体推进设计方案,研究了17.7—26t低地球轨道(LEO)级运载火箭有效载荷级用的高/低压地面可贮存推进系统技术及高性能、低推力低温推进方案.以LEO高度100nmile、比冲340s、质量比0.90为基本标准,通过计算给出质量比在0.88—0.92及比冲在320—500s范围内的性能     

法国西德合作研制阿里安上面级

法国/西德的一个联合工业小组提出了一种阿里安5上面级方案,以使欧洲具备独立发射空间站增压舱或后勤舱的能力。这种上面级称为 Aries,方案是由马特拉和 MBB/Erno 提出的。Aries 将使欧洲具有组装自主式空间站或极地平台的能力。Aries 仍将使用为阿里安5研制的 L-5上面级推进系统和飞行器设备舱(见图),L-5上面级由 MBB/Erno 负责研制,马特拉负责研制阿里安的飞行器设备舱。     

组合动力空天飞行器关键技术

针对组合动力系统的工作特征和空天飞行器的任务特点,总结组合动力空天飞行器面临的主要问题,并梳理了该类飞行器存在的主要关键技术。从气动布局、机体/推进一体化、热防护/热管理、制导、控制、地面和飞行试验等方面,详细阐述各类关键技术存在的难点,总结各类技术的发展现状,并分析给出未来可能的发展途径和方向。相关研究可指导未来组合动力空天飞行器的技术攻关。     

法研究用阿里安5进行载人登月发射

法国国家空间研究中心已对用加大型阿里安5火箭发射用于登月的半人马座上面级进行了初步评定。这项工作是在美国通用动力公司年初公布其登月设想后进行的。通用动力公司方案的主要内容是用加大的大力神4或阿里安5把半人马座送入低地轨道,然后让半人马座与已由航天飞机带入轨道的三人月球旅行飞行器(LEV)对接,并将LEV送上月球表面。     

滑跃式高超音速巡航飞行器设计初步研究

在分析国外滑跃式高超音速巡航飞行器的发展现状基础上,提出了高超音速巡航飞行器的概念设计,对滑跃式高超音速巡航飞行器总体方案提出了设想。选择乘波构型建立了滑跃式高超音速巡航飞行器的气动布局,采用Euler方程数值解法Dahlem-Buck公式和切楔法对气动布局的亚、跨、超、高超音速气动特性进行了计算分析。由结果可见,建立的气动布局可满足总体方案设想中飞行任务要求。对滑跃式高超音速巡航飞行器的动力技术进行了初步研究,分析了采用火箭基组合循环发动机(RBCC)方案所需的燃料消耗。由初步分析计算结果可见,对于Ma≈10的滑跃式高超音速巡航飞行器,采用RBCC作为推进系统,可满足总体方案的技术要求。     

低费用大、中型运载火箭方案

目前,美国正在用大力神和航天飞机两个系统加速进行地球转移轨道4540kg 至9080kg 的有效载荷方案研究。实践证明,这两个系统需要较高的发射费用。美国政府也已决定,不对新的系统诸如国家运载系统等做进一步研究,当然主要还是研制费用太高的缘故。本文主要介绍了低费用运载火箭方案——把4540kg 到9080kg 的有效载荷送入地球转移轨道;从现有的硬件入手,尽可能地缩小运载火箭的研制费用。这类运载火箭不仅包括了固体火箭的下面级,而且还包括了无论是固体还是液体火箭的上面级。在对其性能研究的同时,对发射场的运作情况也进行了探究;以便于把发射场制约在原大力神和航天飞机的发射基地之上。这一研究表明:可以研制和生产这些低费用运载火箭,并且在现有的基地发射。因此也可节省用来建造新发射场的那笔费用。所以,这一方案大有希望缩减运载火箭的发射费用。     

运载火箭上面级标准现状及标准需求研究

针对运载火箭上面级飞行器快速发展对标准化的需求,在调研分析现有国内外上面级型号技术现状和标准现状的基础上,探讨我国上面级标准体系框架的构建思路,提出对发射场接口、总装质量要求等关键标准需求。     

上面级直接入轨卫星星箭供电接口设计与验证

针对上面级直接入轨卫星转移轨道阶段用电需求如何解决的问题,文章根据上面级供电接口通用设计原则,从电源拓扑、箭内星用电池、供电安全等3个方面提出"一箭双星"上面级直接入轨卫星星箭电接口具体设计方法,并对其发射应用情况进行了总结。应用结果表明,该设计可以满足卫星与上面级分离前5h以上的用电需求,可以为各类型的上面级直接入轨卫星星箭供电接口设计提供参考,解决转移轨道段用电难题,提高卫星用电效率和可靠性。     

如何降低运载器的发射费用

降低发射费用是对新型发射系统提出的一贯目标,然而,实现这个目标的主要标准是什么呢?多年来,人们一直被这个问题困扰着。本文通过从航天飞机不切实际的发射费用设想的教训中,弄清了造成航天飞机发射费用增长的原因,从而得出结论,未来发射系统的发射费用是可以降低的。     

九十年代的德尔它

简要回顾了非常成功的德尔它计划,强调了以下几个方面:总结了德尔它Ⅱ 6925的飞行记录,以及 Navstar 飞行的精确度结果;讨论了德尔它Ⅱ 7925的飞行情况,并展示了第一级性能改型情况,描述了地球同步转移轨道(GTO)上的飞行活动及精确度;讨论了级安全/耗尽燃烧过程;也讨论了到1992年为止的计划进展情况,包括在范登堡空军基地(VAFB)的进展情况。另外,还考虑了德尔它采用二级或多级型发射小型卫星的问题。最后,对一次性运载器(ELVS)的一些未来设想进行了描述。     

NASA确定CLV火箭上面级试飞时间表

根据4月19日在美国航宇局(NASA)工业日上公布的研制时间表,该局“机组运载器”(CLV)的上面级将在2011年第二季度开始进行飞行试验。该上面级将用于把乘坐4人或6人的“机组探测飞行器”(CEV)飞船从亚轨道弹道送入低地轨道。CEV/CLV第一级与上面级组合体高94米,总起飞重量909吨,低地轨道运载能力为25吨。飞行试验将贯穿2011和2012年。在CLV火箭10分钟的飞行中,第一级将在起飞后131秒在约60公里的高空分离,上面级发动机将在起飞后133秒点火工作463秒。在这段时间内,CEV飞船的发射逃逸系统将被抛掉。直径5.5米的铝-锂合金上面级将由从…     

运载器级间冷分离使用直接力姿控方法研究

侧向喷流直接力控制技术已在大气层外动能拦截器和大气层内防空导弹中得到成功应用.运载火箭作为跨大气层飞行器,可尝试采用该技术进行姿态、轨道控制.介绍了一种由侧向喷流发动机作为姿态控制执行机构的运载器,讨论了该运载器在级问冷分离过程中进行姿态控制的可能性,建立了运载器在大气层外飞行条件下的分离姿态动力学模型,并设计了滑模变结构姿态控制规律.仿真结果表明,所设计的级间分离姿态控制方法能降低上面级的初始姿态误差.     

先进的液氧涡轮泵的设计与开发

先进的液氧(简称ALO)涡轮泵,用于推力为222.4kN的上面级膨胀循环发动机,它的结构尺寸和性能特征是由Pratt-Whitney公司制定的,以支持整体高收益的火箭推进技术项目(简称IHPRPT)。ALO涡轮泵是由俄罗斯的Voronezh化学自动化设计局(简称CADB)设计的,该设计局是Pratt-Whitney公司的合作伙伴。ALO涡轮泵是一种为上面级液体火箭发动机设计的高性能、低成本、高可靠性的涡轮装置,所提供液氧的流量为99Ib/s(45kg/s),压力为1800psi(121bar)。该涡轮泵与泵前的增压泵一起联合使用。按预先设想,ALO涡轮泵先进之处不仅包括高可靠性和低制造成本,而且其设计和开发费用也被压缩至最低限度。设计、制造和零件的标准测试是在一个较短的周期内(大约1.5年)完成的,花费了少量的元器件和原材料。这可能部分归功于CADB对以前相似涡轮泵充分的研究。     

欧洲自动转移飞行器电源系统设计及启示

介绍了"自动转移飞行器"(ATV)电源系统采用的3项关键技术:太阳翼X构型设计,太阳电池电路交叉布阵,蓄电池组充电控制模式;探讨了这些技术对平衡不同光照条件输出功率、降低遮挡对每个太阳电池阵输出功率的影响,以及确保蓄电池性能安全可靠的优势;并讨论了ATV电源设计方案对我国货运飞船和空间站电源系统设计的借鉴意义。