[发明专利]用于空间飞行器的低温液体存储系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于空间飞行器(spacecraft)的低温液体存储系统， 所述系统包括至少一个液体贮箱。

背景技术

空间贮箱已知用于存储超流体液态氦，其中所述超流体液态氦用 于冷却探测器和红外线天文卫星中的望远镜。

然而，对于这种类型的贮箱所需的绝缘体的重量是非常大的并且 使得其很难用在推进器装置中。

此外，液态氢和氧在地球轨道任务或星际轨道任务中的使用已经 研究多年，尤其是在美国。必须利用与用于卫星的表面张力贮箱相同 的原理建立微重力条件下的液相/气相边界。绝热体比液态氦贮箱是更 简单的并且重量更轻的。

专利公开文献EP1248031A2公开了这样一种类型的贮箱的实施 例，其中所述贮箱用于在加速时或发射器的短期工作任务的弹道阶段 存储液态氢或液态氧。然而，并未提供用于长期工作的星际任务。

通信卫星也是已知的，其装备有等离子体或离子推进器，其中所 述推进器输送有氙，所述氙以超临界状态存储在高压贮箱内，其中所 述高压贮箱大体上包括具有碳纤维外绕组的钛壳。

减小整体尺寸以及因而增加超临界流体的密度(比重1.4至1.7) 的几率导致了较高的最大工作压力(15兆帕(MPa)至19Mpa)，以 及因此导致了贮箱相当地沉，具有与所存储的氙的重量的10％至13％ 相等的重量。

这种类型的目前的系统仅仅用于控制地球同步卫星的北-南轴线。 如果轨道转移的一部分也是在电驱动器下完成的，则重量有可能加倍。 因此，对于这样的应用，期望的是可以减少贮箱的干重以及体积。

NASA已经准备了利用电推进器的星际任务：Dawn任务是一项针 对小行星带的任务，其利用了供应有氙的离子推进器。Dawn推进系统 的干重是129公斤(kg)。贮箱重21.6kg，并且包含425kg的氙。这 种相对小的百分比(5.1％)是以非常困难的技术为代价获得的。与通 信卫星的50℃相比，极限温度是30℃，并且最大阈值是8.4MPa。贮 箱的直径(90厘米(cm))确定了Dawn探测器的中央管的直径。膨 胀器系统重18.5kg(板、缓冲贮箱、以及高压部件)，不包括控制电 子器件(2.5kg)。

因而可以看出，存储和输送氙的功能部件占了整个干重的33％， 并且对于星际任务重要的是，如果子系统的干重被减小，则性能明显 提高。

大体上，装配有等离子体或离子推进器的系统(其中所述推进器 供应有以超临界状态存储在高压贮箱内的氙)具有以下的不足：

·存储物的干重百分比高于化学推进的情况；

·必须在贮箱与推进器之间夹置高压阀和膨胀器，因而由于增加 数量的部件而导致增加重量并减小可靠性；以及

·贮箱的安全系数大体上太低而无法允许人员在贮箱已经充满 之后没有限制地生存。

图10是示意图，示出了推进系统的现有技术的实施例，其中所述 推进系统包括四个利用中空的阴极的等离子体或离子推进器110，它们 每个装配有氙流速控制模块109，其中所述模块包括一组阀和调节构 件。氙(或合适的超临界氪)存储在高压氙贮箱101内。填充/清空阀 102使得贮箱101经由填充/清空开口103而被填充或清空。

高压传感器104与贮箱101相连。两个冗余分支部(redundant branck)将贮箱101连接至氙流速控制模块109。每个分支部包括两个 串联的高压爆破阀(high-pressurepyrotechnicvalve)105、电膨胀器 106、低压爆破阀(low-pressurepyrotechnicvalve)107、以及双稳阀 (bistablevalve)108。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术的系统的不足。

本发明尤其旨在减少贮箱与相关的液体系统的结构指数并提高压 力下的安全系数，从而使得人员在贮箱已经充满之后没有任何限制地 生存。