[发明专利]一种新型的火星飞行器组合推进系统

说明书

本发明涉及一种新型的火星飞行器组合推进系统，涉及火星探测与火星飞行器动力技术领域。为了解决现有推进系统需要从地球上携带大量燃料，并无法满足火星飞行器全阶段飞行任务的问题。所述氧化剂贮箱和燃料贮箱的输出端分别与氧化剂泵和燃料泵的输入端对应相连；在所述氧化剂贮箱与氧化剂泵相连的管路上，以及燃料贮箱与燃料泵相连的管路上均设有流量调节阀；氧化剂贮箱和燃料贮箱内的燃料分别通过氧化剂泵和燃料泵输送至燃烧室内进行燃烧，所述燃烧室的末端与尾喷管的首端相连。本发明可以利用火星的可用资源直接制备飞行器所需的推进剂。

技术领域

本发明涉及一种新型的火星飞行器组合推进系统，涉及火星探测与火星飞行器动力技术领域。

背景技术

随着人类进入空间能力的提升和航天技术的发展，深空已成为人类的重要探索领域之一。火星探测成为近几年来人类深空探测的一个热点。推进技术不断发展为载人火星探测及返回式火星探测等高难度空间任务提供了可能性，随着载人航天、登月计划的不断成功，各个国家的太空角逐目标已经慢慢转向火星。中国的火星探测计划已于2016年1月份正式立项，该计划将在“为人类社会的持续发展服务”的总目标下，探索火星的起源与演化、地形地貌、自然环境以及生命活动信息等一系列科学问题，最终对火星的长期改造与今后大量移民建立人类第二个栖息地的可能性做出评估。作为本发明的背景技术，火星飞行器将在输运物资、转移人员等方面发挥重要作用。

火星飞行器的运行，离不开先进的推进系统。推进系统将在起飞、爬升、巡航等各个阶段为火星飞行器提供推力。按照不同的氧化剂获取方式，可将现有的航空航天推进系统分为吸气式发动机和火箭发动机两大类，前者所需的氧化剂从地球大气中获得，而后者所需氧化剂由其自身携带。两者无论是哪一种，如果将其直接用在火星飞行器上，则会面临两个问题：1.火星大气的主要成分是二氧化碳，现有的吸气式发动机将无法使用；2.火箭发动机的使用寿命受所燃料数量限制，若在火星上使用现有的火箭发动机，则势必要从地球携带大量能源，这将使得任务成本大大增加。

飞行器在大气中飞行，靠的是机翼和空气相对运动产生的升力，以及推进系统提供的推力。火星飞行器的特殊性在于，不同阶段的飞行任务对发动机推力的要求存在巨大差异。一方面，受火星大气低密度的制约，机翼所能提供的升力十分有限，所以推进系统需要在起飞阶段提供较大推力，才能将飞行器加速至离地起飞；另一方面，飞行器在巡航阶段的推力需求相比起飞阶段要小得多，而对推进系统的经济性有较高的要求。

因此，仅仅依靠一种发动机难以完成全阶段的飞行任务，有必要发展一种新型的火星飞行器组合推进系统，既能解决推进系统的能源需求，能够在火星环境下正常工作而无需从地球上输送大量燃料，又能满足在不同阶段下飞行器的推力、效率需求。

发明内容

本发明为了解决现有推进系统需要从地球上携带大量燃料，并无法满足火星飞行器全阶段飞行任务的问题，提供了一种新型的火星飞行器组合推进系统，采用的技术方案是：

一种新型的火星飞行器组合推进系统，包括螺旋桨和火箭发动机，所述螺旋桨和火箭发动机安装在飞行器的机翼上，所述火箭发动机包括氧化剂贮箱，燃料贮箱，氧化剂泵，燃料泵，燃烧室，尾喷管和流量调节阀；

所述氧化剂贮箱和燃料贮箱的输出端分别与氧化剂泵和燃料泵的输入端对应相连；在所述氧化剂贮箱与氧化剂泵相连的管路上，以及燃料贮箱与燃料泵相连的管路上均设有流量调节阀；氧化剂贮箱和燃料贮箱内的燃料分别通过氧化剂泵和燃料泵输送至燃烧室内进行燃烧，所述燃烧室的末端与尾喷管的首端相连。

进一步限定，所述推进系统还包括蓄电池动力系统，蓄电池动力系统包括蓄电池，功率转换器和电动机；所述氧化剂泵、燃料泵和螺旋桨的驱动端分别设有电动机，通过所述电动机实现氧化剂泵、燃料泵和螺旋桨的驱动；蓄电池的直流电信号输出端与功率变换器的直流信号输入端相连，功率变换器功率的交流电信号输出端分别与三个电动机的交流信号输入端对应相连。