[发明专利]运载火箭液体浮力助推发射法

说明书

运载火箭液体浮力助推发射法是一种利用液体(水或其它低粘度液体)的浮力来帮助发射火箭的新型火箭发射法，它利用沿置于深井中的垂直轨道向上高速运行的浮力助推器来加速火箭，使火箭离开液面时获得一定的速度，然后在此速度基础上再靠本身动力继续加速，利用此法发射火箭，有可能减少火箭本身的质量和级数、增大相对有效载荷、减少燃料消耗和增加发射频度，因此有可能较大幅度降低发射成本和增大发射成功率。

如所周知，利用运载火箭上的火箭发动机产生的强大反作用推力，可克服地球引力将航天器和其它有效载荷发射升空，但利用火箭发动机的动力来发射火箭，火箭发动机消耗的大量工质-燃料和助燃剂需贮存在火箭体内，火箭的起飞质量很大，火箭发动机产生的大部分推力被用来加速这部分无效载荷上，能携带升空的有效载荷相对很少，故利用火箭发射航天器和其它有效载荷，发射成本极高，能源利用率很低。

为了克服这一缺点，目前世界上有些国家已在试验和准备开发建造一些新的非常规发射系统，如美国正在试验用电磁炮和氢气炮来发射小型航天器、正计划在美国西南部或厄瓜多尔选择合适的山体建造磁浮火箭发射竖井、用地面激光束提供推力的模型火箭发射试验也已在进行中、还提出了用微波推动航天器的设想，目前正酝酿投入人力物力来开发这种新型微波动力航天系统；日本计划在二十一世纪初建造用压缩空气和直线电动机从地下2000米发射火箭的竖井和准备设计建造“超导列车”航天飞机发射台等。这些新型发射系统的一个共同特点是，将发射航天器等的主要动力设施和能源置于地面或空间站上，因此动力设施可反复使用，能源利用率可大大提高，发射成本可大幅降低，但这些方法技术相当复杂，能耗仍很大，有的要求极高的功率，除了这些方法之外，还有没有别的耗能更低，技术比较简单一些的方法呢？

我们知道，大自然中存在一种作用力方向与地球引力方向相反的比较大的力，即浸于气体和液体中的物体所受气体和液体对它的浮力，它的大小等于物体所排开的气体和液体的重量，这是一种人们十分熟悉、司空见惯的力，可否利用这种方向与重力方向相反的向上浮力来发射或帮助发射航天器和其它有效载荷升空呢？

利用气球，借助空气的浮力，将中小型人造卫星带至高空施效的设想已经有人提出来了，据报导(见《航天》杂志1996年6期)，法国航空工程师让-波尔·多蒙最近研究成功一种新型热湿空气球-“雷蒙”热气球，它可上升到一般热气球无法上升的高度，据他计算，一个直径100米的“雷蒙”气球可把30吨的重物提升到20公里的高空，因此有可能利用它来发射中小型人造卫星，这无疑是一种十分新奇和可行的方法，但空气的密度很小，产生的浮力很小，气球的体积十分庞大，操纵和使用起来很不方便，要用它来发射大载荷航天器是相当困难的，我们可否转而去考虑利用密度比空气大得多的液体的浮力来发射或帮助发射航天器和其它有效载荷呢？

遗憾的是，目前地球周围没有一层象大气层那样通达外层空间的水层，因此我们不能象利用漂浮在大气中的气球那样直接利用漂浮在水中的“气球”将航天器等带至高空去施放，但我们却可以利用水(或其它液体)的浮力来帮助加速浸于其中的携带航天器或其它有效载荷的运载火箭，使它离开水面或液面时获得一定的速度，然后在此速度基础上再靠本身动力继续加速，水和其它液体的浮力能成本是比较低的且可反复使用，因此利用液体的浮力来帮助发射火箭，有可能较大幅度降低发射成本和增大发射火箭的成功率，发射频度也有可能大大增加，本专利尝试探讨这一有趣课题。

本专利的目的是，研究和探讨利用液体的浮力帮助发射运载火箭的方法和工具，提供几种运载火箭液体浮力助推器和浮力火箭及几种运载火箭液体浮力助推发射场的设计方案，供航天科研和工程技术人员及对未来航天事业感兴趣的人士参考。

下面我们结合图1～图12来作详细描述：

图1多体式液体浮力助推器基本结构示意图；

图2拖曳式液体浮力助推器基本结构示意图；

图3环抱式液体浮力助推器基本结构示意图；

图4上包式液体浮力助推器基本结构示意图；

图5下包式液体浮力助推器基本结构示意图；

图6全包式液体浮力助推器基本结构示意图；

图7磁吸式液体浮力助推器基本结构示意图；

图8浮力火箭基本结构示意图；

图9地下深井运载火箭液体浮力助推发射场构造示意图；

图10地上深井运载火箭液体浮力助推发射场构造示意图；

图11地上-地下直通深井运载火箭液体浮力助推发射场构造示

意图；