[发明专利]一种航天器推进剂在轨加注系统及方法

说明书

技术领域

本发明公开了推进剂在轨加注系统及方法，尤其涉及一种航天器推进剂在轨加注系统及方法，属于航天技术领域。

背景技术

随着我国航天技术的发展，许多昂贵并有重大价值的有效载荷逐渐应用到空间平台中。而空间在轨系统由于自身条件的限制和空间环境的影响，在没有任何补给和维护的条件下，常常由于燃料有限而被迫终止使用，不得不重新制造和发射全新的系统加以取代，造成不必要的损失和浪费。一味通过提高运载发射能力增加推进剂携带量而延长在轨航天器寿命的方法不能从根本上满足未来航天发展要求，还会带来许多不利影响。

在轨加注服务是对空间在轨系统进行预定或应急的在轨燃料加注服务的空间活动，能够延长在轨系统使用寿命，扩展和提高系统性能。该服务进一步方便了航天任务的实施，降低在轨系统全寿命周期成本，提高整体性能，降低风险，增强航天任务灵活性，为进行长期频繁的空间活动提供强有力的后勤保障。

航天器在轨加注过程，就是携带补给推进剂的航天器（补给航天器）与需要进行推进剂补给的航天器（目标航天器）在空间中实现交会对接后，通过连通的管路将推进剂（通常是常规液体推进剂，如胼二甲肼）由补给航天器贮箱输送到目标航天器贮箱的过程。其中空间流体传输技术是在轨加注的关键技术，由于飞行器处于微重力环境，受到液体表面张力、飞行器姿态变化等因素的影响，贮箱内部的推进剂和增压气体在没有推进剂管理的情况下处于气液混合的无序状态，而在轨加注服务要求在微重力环境下把无蒸汽的单相液体以特定的热力学状态从补给航天器贮箱输送到目标航天器贮箱中，这使得空间流体传输过程十分复杂。因此对于空间携带有推进剂的补给航天器，需要采取一种既简单又可靠的方式将单相液体推进剂传输到目标航天器上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：克服现有在推进剂加注服务过程中，如何将补给航天器中的推进剂稳定地传输到目标航天器中的问题，本发明提供一种航天器推进剂在轨加注系统及方法，该系统简单，方法可靠。

本发明的技术解决方案是：一种航天器推进剂在轨加注系统，包括目标航天器加注系统和补给航天器加注系统，其中目标航天器加注系统由目标对接接口、第四阀门M4、目标贮箱、第一压力传感器P1、第一温度传感器T1、第三阀门M3、排气阀、第二阀门M2、第一减压器、第一阀门M1和目标贮箱气源系统组成，目标贮箱气源系统依次通过第一阀门M1、第一减压器、第二阀门M2与目标贮箱的一端相连通，在目标贮箱与第二阀门M2之间分别安装第一压力传感器P1、第一温度传感器T1和第三阀门M3,排气阀通过第三阀门M3与目标贮箱相连通，目标贮箱的另一端通过第四阀门M4与目标对接接口相连通；补给航天器加注系统由补给对接接口、第五阀门M5、加注贮箱、第二压力传感器P2、第六阀门M6、安全阀、第七阀门M7、第二减压器、第八阀门M8和加注贮箱气源系统组成，加注贮箱气源系统依次通过第八阀门M8、第二减压器、第七阀门M7与加注贮箱相连通，在加注贮箱与第七阀门M7之间分别安装第二压力传感器P2和第六阀门M6,安全阀通过第六阀门M6与加注贮箱相连通，加注贮箱的另一端通过第五阀门M5与加注对接接口相连通。

一种利用在轨加注系统的在轨加注方法，步骤如下

（1）将目标航天器中沉底发动机点火，完成目标贮箱中的推进剂沉底；

（2）然后将目标航天器加注系统与补给航天器加注系统通过对接接口进行对接；

（3）打开第三阀门M3对目标贮箱进行排气，通过第一测压传感器P1测量目标贮箱内部的压力，当目标贮箱内部压力达到推进剂的饱和蒸气压以下时，维持对目标贮箱排气30-40s后关闭第三阀门M3；

（4）依次打开第五阀门M5和第四阀门M4，利用加注贮箱对目标贮箱进行加注；

（5）打开第七阀门M7和第八阀门M8,利用加注贮箱气源系统对目标贮箱进行增压；

（6）通过第一测压传感器P1测量目标贮箱内部的压力，当目标贮箱达到工作压力时，关闭第四阀门M4、第五阀门M5、第七阀门M7和第八阀门M8,将目标航天器加注系统与补给航天器加注系统脱开，完成加注。

所述加注贮箱对目标贮箱加注的速度为10L/min。