重复使用运载器推进系统方案初探

本文概述国外重复使用运载器的发展概况,论述国内运载器的发展趋势,并对我国重复使用运载器推进系统的发展计划提出了几点看法。     

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。     

航天运载器推进系统的关键技术

本文试图根据航天运载器的现状和发展趋势,对航天运载器液体火箭系统的关键技术进行探讨。     

垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析

重复使用运载技术是降低单次发射成本、提高发射密度和减少残骸危害的有效手段,随着以Falcon 9系列为代表的垂直起降运载器的成功回收与重复使用,其在商业航天发射市场表现出了较强的竞争力,掀起了可重复使用运载器的研究新热潮。首先梳理了垂直起降可重复使用运载器的发展现状,然后结合垂直起降运载的任务特征分析了其关键技术,最后总结了垂直起降运载器的发展趋势。     

可重复使用运载器的再入制导

提出了一种针对可重复使用运载器的再入制导算法。算法可分为轨迹规划算法和轨迹跟踪算法。较之经典的规划阻力的航天飞机制导方法,此算法最显著的特点在于轨迹规划与轨迹跟踪都直接在高度-速度空间里进行。在规划算法中,所有的轨道不等约束都可用高度-速度空间里的上下边界来表示,之后基于此边界采用线性化插值的方法来产生标称轨迹族,最后根据末端约束(末端能量管理)和航程约束来选择所需的标称轨迹。跟踪算法则采用反馈线性化来跟踪此标称轨迹进而满足所有的约束条件。此算法另一有别于传统方法的特点在于算法可使用一个航迹角控制器来增加航程,以满足大航程需要。适当地结合规划-跟踪算法和航迹角控制器可给再入制导带来极大的灵活性和适应性。另外,算法对各种建模误差与噪声的鲁棒性经验证也是符合要求的。     

新概念推进技术及其应用前景

综合评述了到目前为止人们所提出的几种新概念推进系统(包括核热能推进、反物质推进、束能推进、微推进、绳系推进和太阳能推进等)技术方案的特点,分析了所存在的主要技术难点,并简要论述了其未来的发展和应用前景。     

核热推进载人火星探测方案设计

针对载人火星探测任务,结合我国现有技术基础,提出我国载人火星探测方案,重点研究载人火星探测任务推进系统的设计。首先,综合考虑载人深空探测任务的约束,采用Pork-Chop图设计了适用于不同任务场景的转移轨迹;然后,参考我国空间站技术,基于核热推进系统设计了我国载人火星探测任务的飞船;最后,对核热推进系统的发动机台数和推力进行了优化,得到了适用于不同任务场景的最优推进系统组合方案。本文所研究内容为我国未来载人火星探测任务提供了有益参考。     

可复用运载器技术的发展趋势

可复用运载器代表了未来航天运输技术的发展方向。在世界各航天发达国家和地区中，欧美和日本等都在为从一次性使用火箭时代向可复用运载器时代过渡进行着各种技术准备。美国政府在研制出了部分可重复使用的航天飞机后，还曾开展过空天飞机研制计划及 X－ 33和 X－ 34等可复用运载器技术验证计划，今后 5年里将动用 45亿美元开展“航天发射计划”（ SLI），为第二代可复用运载器的研制工作开路。美国的一些私营企业也提出了多种可复用运载器方案，试图在未来的航天运输市场上抢得先机并有所作为。欧洲正在通过其“未来运载器技术计划”（ …     

STP热光伏发电的方案设计与性能分析

结合STP (Solar thermal Propulsion)高温吸热芯的技术特点,采用二次分光膜,对STP热辐射光伏发电(TPV)系统进行了结构设计和性能计算。通过优化分析,得到使太阳电池工作温度在额定值附近的氢冷却剂入口参数和通道尺寸数据。计算结果表明,当吸热芯温度为2400K时,光伏电池组件的输出功率在50~100W之间;通过调节电池组件的串并联电池数量,可以获得期望的输出特性。结论为STP的热光伏发电系统的设计研究提供参考依据。
     

日本可重复使用运载器验证计划的最新进展

日本为了成为世界航天大国，投入了大量资金来开展可重复使用运载器(RLV)的研究和验证，规模仅次于美国。     

我国空间推进技术研究现状及发展

空间推进是航天器实现轨道机动和姿态控制的动力源.经过60多年的发展,我国在空间推进方面逐步掌握了化学推进、电推进、在轨补加等一系列关键技术,实现了从常规有毒向新型无毒的转变,以及从化学能推进向更高能量密度推进的升级,形成了型谱化空间推进产品,并成功应用于我国运载火箭、载人航天、人造卫星、深空探测、空间防务等领域,支撑了...     

GEO卫星电推进与化学推进组合变轨方案研究

针对GEO卫星采用电推进和化学推进系统进行变轨的问题,在给定轨道控制模型的基础上,给出实现轨道半长轴、偏心率和倾角3个参数单独调整和联合控制的控制律。结合假设的运载火箭发射能力约束,给出航天器不同入轨高度对应的初始质量。以此为约束,给出化学推进和电推进不同组合的6种GTO向GEO转移方案,并对比分析各方案完成变轨所需的时间、推进剂、速度增量以及完成变轨后的质量剩余情况,研究方法可为电推进系统在航天领域的应用提供参考。     

资金问题困扰可复用运载器

近年来，在技术进步和航天发射市场需求增长的推动下，陆续出现了一些新的航天运输方案，其中不少方案把目光投向了可以重复使用的商业航天运载器，试图避开一次性火箭发射周期长、成本高、射前准备繁琐等一系列缺点。目前各公司一方面在对其运载器设计方案进行改进，同时也在着手准备进行系统的建造和试验工作。虽然各项目的进展情况各不相同，但却普遍存在筹集不够所需资金的问题。去年以来，经营低轨通信卫星星座的铱公司因吸引不到大量用户而申请破产保护，加上美国政府明显地不愿承担商用可复用运载器的部分研制和生产费用，使筹资形势变得更为严峻。     

国外主要新型可复用运载器发展概况

近10多年来，各国可复用运载器（RLV）的发展步伐很快，计划持续不断，方案层出不穷。美国、欧洲、俄罗斯、日本和印度的发展尤其引人注目。其中，美国航天运输或运载计划的调整和X系列试验飞行器的研制，欧洲未来运载器计划和“预先”X试验飞行器的研制，