国外航天器推进剂在轨吹除技术跟踪研究

受大气阻力的影响,空间站长期在轨的轨道维持需要消耗大量的推进剂,因此有必要进行推进剂补给。而补给结束后的管路内残留推进剂在轨吹除,是保障空间站任务安全的必要条件。文章对国外航天器液体真空排放的研究现状进行了跟踪,重点就液体温度、压力、饱和蒸气压、液体中气体含量以及喷口尺寸外形等因素对液体排放特性的影响进行了分析和评价。在国外跟踪调研的基础上,对我国开展空间站推进剂在轨吹除的研究提出了启示。     

膜盒贮箱推进剂补加过程的建模与仿真

推进剂在轨补加是确保空间站长期工作的重要条件。为了使补加工作顺利实施,需要对推进剂补加过程进行专门的研究。航天器常用推进剂如一甲基肼、四氧化二氮等有剧毒,地面模拟补加试验常采用无毒的模拟工质。但由于两种物质的物性参数存在差异,导致模拟的补加过程和效果与实际情况有差异。文章参考国外空间站补加系统构成形式和补加过程,建立膜盒贮箱推进剂补加过程的数学模型,通过将仿真结果与地面试验数据对比验证了数学模型的准确性。进一步对两种推进剂的补加过程进行仿真分析,并与纯净水补加数据对比。结果表明:液体工质的体积流率与密度存在反比关系,即一甲基肼的补加速率高于纯净水,四氧化二氮的补加速率则低于纯净水。     

推进剂微重力加注稳定性仿真分析

针对表面张力贮箱的空间补给,分析了其中的加注稳定性问题,并用FLUENTVOF模型对其进行仿真模拟.分析表明微重力下推进剂加注极易发生不稳定的气液混合现象,需要对加注流量进行控制,或者在贮箱内部增加挡板结构以消减入口液体的动量.     

低温推进剂在轨加注技术与方案研究综述

为了探究适用于低温推进剂在轨加注的相关技术与方案,通过文献调研与对比分析,介绍国内外在轨加注技术的研究现状,梳理低温推进剂在轨加注的关键技术,研究现有加注技术与方案对低温推进剂的适用性,并提出我国开展相关研究的思路与方向。研究表明：1）气液分离、蒸发量控制、质量测量和流体驱动循环等技术是直接影响推进剂在轨加注系统结构与加注性能的关键技术;2）低温推进剂具有沸点低、表面张力小等特殊性,对气液分离、系统热防护等技术的性能要求更高;3）表面张力式气液分离、纤维镜或射频质量检测、多层隔热材料、热力学排气系统（TVS）以及无排气加注等先进技术方案对低温流体和微重力环境均具有更好的适用性,将成为实现低温推进剂在轨加注的关键突破口。     

新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。     

碘工质电推进储供系统设计及实验

霍尔推力器越来越多地用于空间电推进,由于高纯度氙气获取难度大、成本高昂,故需要寻找其他种类的工质代替氙气用于空间推进。碘的升华温度较低,且常温储存时为固态,作为推力剂具有减小系统体积、降低成本等优势,但是适配的储供系统尚不成熟。通过比较碘和其他工质的相关特性,阐明碘作为空间电推进工质的优势,总结了国内外相关实验,说明使用碘作为推进剂的可行性,设计新型热辐射加热储罐,完成了碘工质储供系统的初步实验,对系统设计进行规划。实验结果表明:热辐射加热储罐相比于传统外部加热储罐具有更好的调节性能。     

卫星推进剂剩余量测量技术地面试验研究

根据气体注入压力激励测量方法，研制了动态、高精度测量卫星液体推进剂剩余量原理样机，该样机以通信卫星双组元推进系统为测量对象。详细给出了利用该样机进行的地面试验情况，特别是测量数据平滑处理技术和液体蒸汽压误差修正技术。试验结果表明，当推进系统工作状态正常时，剩余液体体积量的测量误差小于贮箱总体积的１．０％，而当推进系统有小泄漏时，则小于２．０％。     

表面张力贮箱的微重力实验验证--静平衡与重定位

新研制的表面张力贮箱保证在微重力或无重力环境下、在任何时候都能向系统提供不含气的推进剂，因而需要确定液体的空间分布以及在给定微重力加速度下的重定位过程，以便为贮箱的设计提供依据。为此，按照相似理论用缩比模型进行了一系列微重力落塔实验，然后根据测定的重定位时间计算出原型表面张力贮箱的重定位时间。     

卫星贮箱故障时液体燃料运动特性仿真分析

不少在轨卫星都使用半管理液体燃料贮箱,贮箱内的液体收集器上安装有表面筛网,可阻止贮箱内气体在发动机工作时通过收集器进入到液体燃料管路中.文章假设卫星液体燃料贮箱的底部收集器出现故障,无法阻止气体进入发动机管路.为确保卫星正常在轨运行,利用计算流体动力学数值仿真方法,对液体燃料贮箱在卫星姿态控制发动机工作时的运动规律进行...     

表面张力贮箱推进剂管理装置流阻的计算

为了在设计卫星用表面张力贮箱时，正确地计算出推进剂管理装置中液体推进剂的流阻，根据液体的流动特性，研究了卫星用表面张力贮箱推进剂管理装置中推进剂在管道，筛网和一些局部流阻的计算方法，给出了各部分流阻的计算公式，据此实际计算了一个简单的推进剂管理装置，并和实验进行了比较，结果表明理论和实验较为符合。     

深空探测用低温推进剂贮箱热力排气系统研究

Cryogenic propellant usually experiences long term on orbit storage. The pressure increase in cryogenic storage tank is faced by most of space missions. The thermodynamic vent system (TVS) is treated as the promising method to control the increase of the tank pressure by scholars both at home and abroad. Based on the investigation conducted by different research agencies, literature review and management are conducted to reflect the recent research statue on TVS. The development profile of the experimental research on the pressure control performance of TVS is specially summarized. The condition setting and performance difference of TVS conducted by different agencies are compared and analyzed. The key technique and related conclusion are refined during the operation of TVS. Finally, based on the requirement of the large scale using of cryogenic propellant in deep space exploration in China, the development plan is proposed on the aspect of TVS pressure control on cryogenic storage tanks.     

绳系卫星系统交会对接的应用与设计

文章介绍了绳系系统交会对接这项新技术在空间中的应用。主要包括:空间站利用系绳与航天器交会对接,实现为空间站提供各种供给;利用绳系系统与空间碎片对接,可回收或转移空间碎片,保护空间环境;利用一级或多级的绳系系统组成轨道转移系统,实现向地球同步轨道或火星轨道上转移和运送有效载荷。文章还介绍了绳系交会对接系统的设计,包括系统的一般控制方法和算法以及系统的结构设计。随着各项相关技术的发展,绳系卫星系统交会对接将发挥更大作用。     

卫星气体工质剩余量高精度显式计算方法

为获取卫星气体工质在高压下的剩余量,研究气体密度的不同算法,结果显示:基于理想气体状态方程的密度计算在高压下存在误差;Redliche-Kwong（RK）方程对氮气密度的计算与NIST数据库查询结果最为接近。为在判读卫星实时遥测数据期间快速获取气体工质剩余量,基于数学拟合公式提出一种气体工质剩余量的显式计算方法,并采用气瓶容积随压力变化的线性模型对气瓶膨胀的影响进行修正。地面试验结果表明,该显式计算方法与实际测试结果符合良好,气瓶随压力的膨胀量呈线性变化,气瓶容积修正能够有效减小计算结果的误差。该方法针对某卫星冷气推进系统的计算结果显示,计算剩余量的不确定度为180 g,相对不确定度为0.62%。     

基于压力变送器及智能仪表的箱压自动控制技术

目前发动机地面试验过程中的泵入口压力控制主要是通过控制介质贮箱内压力来实现的.介绍了大型液体火箭发动机研制试验中介质贮箱压力自动控制的一种新方法,这种方法集试验过程信号采集、动态工艺参数显示、上下限设定值显示、报警显示输出及自动控制为一体,减小了手动调节箱压继电器的操作误差,使系统的可靠性得到了很大程度的提高.     

自增压系统在轨姿控动力系统中的应用

自增压轨姿控动力系统结合了涡轮泵压式火箭发动机的高性能、轻质量和挤压式推进系统的可重复启动能力。降低贮箱压力和减少惰性气体用量的同时,通过采用紧凑的高压推力室减少了其他组件的结构尺寸和重量。介绍了自增压系统在轨姿控动力系统的应用优势、技术特点、工作原理和目前的技术发展情况,分析了相应的关键技术,并基于目前技术基础,展望了发展的必要性和技术策略及途径。     

表面张力贮箱设计中的中性浮力实验方法

介绍了中性浮力实验方法的原理和它在实验中所需的各种条件、设备以及实验用液体的选择。该实验方法能简便地模拟液体的微重力状态 ,并能给表面张力贮箱的设计提供很大的帮助。可利用它测量各种加速度下贮箱中推进剂的位置和形状 ,为表面张力贮箱推进剂管理装置(PMD)的设计提供可靠依据。     

俄罗斯空间站推进剂补加程序分析

补加程序是推进剂补加系统的关键技术之一,而目前也仅有俄罗斯有成功应用的经验.根据目前获取的资料,经过计算、仿真和论证,对俄罗斯空间站的补加系统进行了研究,分析了ATV对空间站进行推进剂补加的程序,初步得到了俄罗斯空间站推进剂补加的特点,可作为目前我国空间站方案论证期间补加程序的参考.     

Space station orbit design using dynamic programming

A space station orbit design mission is characterized by a long-duration and multi-step decision process. First, the long-duration design process is divided into multiple planning periods, each of which consists of five basic flight segments. Second, each planning period is modeled as a multi-step decision process, and the orbital altitude strategies of different flight segments have interaction effects on each other. Third, a dynamic programming method is used to optimize the total propellant consumption of a planning period while considering interaction effects. The step cost of each decision segment is the propellant for orbital-decay maintenance or lifting altitude, and is calculated by approximate analytical equations and combining a shooting iteration method. The proposed approach is demonstrated for a typical orbit design problem of a space station. The results show that the proposed approach can effectively optimize the design of altitude strategies, and can save considerable propellant consumption for the space station than previous public studies.     

第二代表面张力贮箱的研究与应用进展

为了对国外新型卫星推进剂贮箱的研究动态进行跟踪，对第二代表面张力贮箱的研究与应用进展做了阐述。首先对比了不同类型推进剂贮箱的特点，在此基础上，从试验研究、数值模拟和实际应用三个角度对第：二代表面张力贮箱——以板式结构为主的表面张力贮箱的发展做了综述。研究表明，国际上已经对第二代表面张力贮箱的性能做了大量的数值模拟和搭载试验，如今第二代表面张力贮箱已经成为当今国际大型卫星推进剂贮箱的主流。这为新型卫星推进剂贮箱的研究指明方向并提供有价值的参考。     

大型平铺贮箱卫星的液体晃动模型与晃动力矩分析

针对高轨气象卫星的远地点发动机点火过程中贮箱内液体晃动与星体耦合动力学问题,根据流体力学及小幅液体晃动理论,建立可等效的液体晃动力学模型和姿态耦合动力学模型,分析了大型平铺贮箱内液体晃动产生的干扰力矩。研究表明：在远地点发动机点火阶段,液体晃动对卫星将产生较大干扰力矩。