中国现在需要自己的亚轨道载人飞船吗?(下)

从单级入轨可复用运载器到新空间运输战略计划 1994年8月，美国总统克林顿签署并颁布了新的国家空间运输政策，指定由美国航宇局(NASA)负责可复用运载器(RLV)的关键技术开发，目标是以火箭发动机为动力的单级入轨运载器。     

氢氧发动机实现单级入轨的优化分析

根据现有材料和技术，分析了给定任务下氯氧发动机实现单级入轨的最小起飞质量。由单级入轨弹道、运载器质量和氯氧发动机性能计算模型，优化得到为实现单级入轨的氯氧发动机基本参数。最后还提出一种渐变式氯氧发动机，用该发动机实现单级入轨，能使起飞质量降低16．7％。     

组合动力运载器结构与热防护系统概述

随着航空航天技术的不断发展,两者之间的界限更加模糊,空天结合技术成为当今世界的研究热点.组合动力运载器是结合了航空与航天技术特点的飞行器,具有水平起降、可重复使用功能,能够在稠密大气层、临近空间、轨道空间自由往返飞行.组合动力运载器一般以组合动力发动机为动力源,主要分为单级入轨飞行器与两级入轨飞行器,具备廉价、安全、便...     

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。     

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.     

转换型发动机,一种应用于单级入轨/跨大气层运载器的混合型发动机方案

为了用于单级入轨/跨大气层运载器的需要,提出了一种独特的发动机设计思想。这是一种混合循环的发动机,暂时称之为转换型发动机。它实质上是一种涡轮喷气的火箭(ATR),不过它有一个提供空气和喷射液态氧化剂的特殊入口,通过改变喷射液态氧化剂和进入空气量的比例从0到100％,这样发动机能连续地从空气吸气式模式转变到火箭模式。此外它还可以从转换中必须的喷射过程中得到很大的好处,此过程中进入的空气流提供了有效的冷却。在飞行上升弹道段的很大部分,使得转换型发动机工作在空气吸气式状态,因此它改进了单级入轨/跨大气层运载器的推进剂和载荷的比例。     

全流量分级燃烧循环发动机系统的优势

本文描述 RS—2100全流量分级燃烧火箭发动机的概念设计。这种发动机用于单级入轨可重复使用的运载器(SSTO RLV)上。全流量分级燃烧循环的优点是:涡轮温度低,高压氧化剂涡轮泵结构简单,液氧换热器安全和气体旋转起动坚固耐用(ro-bust gas spin start)。     

单级入轨推进系统试验优化与分析

以单级入轨运载器干质量最小为目标，采用响应表面法对两种三组元推进系统部分设计参数进行了优化和分析。优化结果表明，对于单燃烧室三组元发动机，其第一工作模式液氢质量分数越低越好。对于双燃料双膨胀发动机，其内外燃烧室压力都不宜取得过高，且第一工作模式氢氧推力百分比越低越好。     

小卫星“一箭多星”发射入轨技术初探

利用运载器动力使多颗卫星进入工作位置的入轨方式分为直接入轨和间接入轨，并分别对这两种方式进行了技术上的初步探讨，给出了运载器所需总能量与卫星均布时间的关系。     

火箭推进单级入轨起飞助推器应用研究

作为推动载人飞船研究的第一步,到达低地球轨道的低费用运载系统是必不可少的。降低研制费用的关键因素是通过采用现代化的技术降低研制风险。基于以上的程序,一份关于应用起飞助推器的单级入轨(SSTO)火箭发动机运载系统的报告已经完成,而且起飞助推器似乎可以降低技术难度,并且增加研制单级入轨运载器的可能性。翼艇——一种在水面上航行的有效的运载器,它可在海面上空几米处飞行,速度可达0.4M,由于其负重快速飞行能力及似乎低的技术研制风险而被选中作为起飞助推器。在参考文献4中提到应用同样的运载器可以完成洲际飞行任务,几次常规的洲际飞行将减少操作系统费用。目前的研究包括系统确定、弹道(轨道)分析和接口确定。     

先进火箭推进方案的研究

由于对运载器性能连续不断的提出改进要求,四个欧洲公司在 ESA/ESTEC合同支持下已经研究了提高低温火箭发动机性能的一般技术。选择了一个1MN 级推力的发动机,这个级别的推力被认为是推力从0.5MN 至10MN 的低温发动机的代表,已经对两方面的应用进行了研究,即传统的一次性使用运载器(一个改型的阿里安5)和一个单级入轨的垂直起飞/垂直着陆飞行器。对三个基础的方面进行了研究。即:变混合比(VMR)发动机,自适应(SA)喷管和发动机循环。另外,还对推力向量控制(TVC)方案进行了研究。     

双燃料单级入轨火箭的性能优化

在LOX/RP—1和LOX/LH2发动机并行使用的单级入轨火箭中,运用最优控制理论使得火箭性能达到最佳。出于简单性和本文只进行理论特性研究方面的理由,对火箭的运动分析没有考虑引力和气动力的影响,文中假定贮箱质量按推进剂总加注量比例计算。对于给定的有效载荷和速度增量来说,最优控制的目标是运载器总质量或干质量最小。分析结果给出了发动机混合比的最优值和烃发动机的最佳关机时间。结果证明:在起飞时,采用烃发动机可以使运载器系统干质量最小;然而,在总质量最小的情形下,运载器仅需要最高的速度增量。文中也考虑了发动机推力水平和质量大小对火箭性能的影响。     

基于RBCC的天地往返运载器动力方案研究

基于火箭基组合循环发动机(RBCC)的结构组成、工作过程和特点,结合某吸气式重复使用天地往返运载器所提出的动力需求,分析了采用RBCC组合循环发动机作为该运载器动力方案的可行性和动力系统指标,设计并计算了RBCC组合循环发动机在各个工作模态下的性能参数.针对相同的运载器使用要求,采用相同的总体和气动力参数,通过飞行弹道仿真,计算和比较了采用RBCC发动机和纯火箭发动机两种动力方案的天地往返运载器方案.研究结果表明,相对于纯火箭动力,采用RBCC动力能明显减小运载器的燃料消耗,并增大其航程.     

地面辅助发射RBCC动力单级入轨飞行器参数敏感性分析

火箭冲压组合发动机(RBCC)是火箭发动机与冲压发动机的有机融合,可有效拓展飞行器的速域和空域包线,是未来单级入轨飞行器动力的重要技术途径之一。针对当前RBCC动力单级入轨飞行器存在的结构系数低和投送效率低的问题,提出一种基于新型地面辅助发射的RBCC动力单级入轨飞行器,对该飞行器开展了上升段轨迹设计,并对其主要敏感参数的影响进行了仿真对比分析,结果显示：地面辅助发射可有效规避RBCC发动机低速段引射模态比冲低的问题,并提升单级入轨飞行器的投送效率;起飞弹道倾角、爬升等动压值对单级入轨飞行器的投送效率影响较小,而阻力影响较大;在吸气式模态工作范围,单级入轨飞行器可通过倾侧飞行实现大范围的横向机动,有效拓宽发射窗口。     

前苏联分级燃烧液体火箭发动机

本文主要介绍前苏联研制的几种分级燃烧液体火箭发动机的主要性能和设计特点,以及研制中主要技术问题和经验。本文较详细地介绍了 RD-170的研究历史及试验情况。此外,文中还将介绍前苏联研制的 RD-701三组元液体火箭发动机,这种发动机能满足未来单级入轨运载器的要求。     

空天飞行器六自由度数学建模研究

研究了空天飞行器超声速和高超声速飞行条件下六自由度仿真模型,该模型包含了完整的六自由度动力学方程和运动方程。气动力和力矩系数是迎角、马赫数及控制舵面偏角的函数;发动机模型为吸气发动机和变推力火箭发动机的组合推进装置;飞行器的质心;惯性矩是飞行器质量的时变函数。所得结果可以用于未来高超声速飞行器或新一代单级入轨运载器轨迹优化、姿态控制等问题的概念设计和仿真研究。     

德尔它特快飞船

德尔它特快飞船王丹阳德尔它特快飞船是一种由火箭发动机提供动力的单级入轨、垂直起降、全部重复使用运载器。“德尔它”表示它将继承可靠的德尔它系列火箭的传统；“特快飞船”预示着它将如当年扬基快速帆船开辟航海线路那样开辟太空航线。它的试验机ＤＣ－Ｘ是世界上第...     

单级入轨三组元发动机循环方案研究

最近,NASA 的空间运输研究计划评审了未来地球轨道运输要求和2030年之后运载工具的替换问题。三种可选择方案的基础是单级入轨(SSTO)飞行器。这项研究评审了 SSTO 采用新型先进的三组元发动机和氢/氧(H_2/O_2)发动机;确定了发动机的构型和研究方法;为研究发动机的性能还确定了发动机循环方式。目前已完成的工作有:确定各种循环方式的发动机质量,评审了各种循环方式涡轮泵装置的方案,以便进行材料的选择。最后给出了发动机的质量及涡轮的工作温度。     

美国正在加紧研制先进的低成本氧/氢发动机

美国正在加紧研究用于单级入轨火箭的先进低成本氧/氢发动机。这项研究确定了发动机的基本构形和地面规则。为了探索发动机的性能,选择了六种不同的发动机循环进行试验研究。这些循环包括一个开式循环和一系列的闭式循环。这些闭式循环可以变更从推进剂抽取驱动涡轮机械的能量。这些循环可以改变发动机所能达到的最大室压和在任意给定室压下发动机的重量。把发动机质量作为室压的函数,对每年循环的发动机质量进行了计算。计算结果表明,应用新的氧氢发动机作为单级入轨的发动机是可行的。最有竞争力的发动机循环是分级燃烧循环,发动机室压的预选方案是27.579MPa。为了便于比较,本文还简单介绍了 RD—704发动机。     

天地往返运输系统的动力装置

本文在简要介绍未来运载器的基础上,着重描述了未来先进天地往返运输系统的关键技术——推进装置。文中根据未来运载器的总体方案发展设想,提出了今后推进领域内需要研制的各种发动机。