[发明专利]低温推进剂在轨热防护装置及其设计方法、航天器

说明书

本发明公开了一种低温推进剂在轨热防护装置及其设计方法、航天器。低温推进剂在轨热防护装置，通过在贮箱的上方设置保护装置，该保护装置包括：设于贮箱上的第一支撑件，第一支撑件的顶部设有用于阻挡太阳辐射的防护罩，防护罩采用隔热材料制成。本发明通过设置防护罩实现了对太阳辐射的遮挡，另外，以宇宙空间作为冷却环境，防护罩吸收的太阳辐射能量以热辐射的形式向外界耗散热量，以此实现推进剂在轨的零蒸发存储，解决了现有的被动防护隔热不能达到推进剂在轨零蒸发存储的问题，大大提高了贮箱的存储效率和安全性，使低温推进剂的应用范围更广。本发明还提供一种上述低温推进剂在轨热防护装置的设计方法。本发明还提供一种包括上述低温推进剂在轨热防护装置的航天器。

技术领域

本发明涉及载人航天、深空探测领域，特别地，涉及一种低温推进剂在轨热防护装置及其设计方法。此外，本发明还涉及一种包括上述低温推进剂在轨热防护装置的航天器。

背景技术

未来的探测任务将会越来越多的应用低温推进剂，如果可以达到低温推进剂的零蒸发存储的目标，将会大大提高贮箱的储存效率和安全性，使低温推进剂应用范围更广，增加相同质量等级航天器的飞行距离，大大节省成本。

传统的低温推进剂在轨存储热防护方案主要有两种方式：被动隔热防护和主动制冷防护。被动隔热防护是以多层隔热结构为主，利用在低温贮箱外包覆多层隔热材料来降低低温贮箱漏热。然而，对于液氢这种沸点极低的低温推进剂，只靠多层隔热结构即使使用100层也无法达到日蒸发量1％以下，更无法达到零蒸发的要求。主动制冷防护主要是借助于制冷机对低温贮箱进行持续的冷却，保证液氢的零蒸发存储，但其在保证制冷效果的同时，大大的增加了系统的质量，增大了航天器的负担。

现有的被动隔热防护通过一些热防护结构无法达到低温推进剂低蒸发率甚至零蒸发率的要求，尚有较大的改进空间。主动制冷防护由于利用了制冷机来保证低温推进剂零蒸发存储，质量重、体积大，给航天器增加负担。

发明内容

本发明提供了一种低温推进剂在轨热防护装置及其设计方法、航天器，在不使用制冷机的前提下，以解决现有的被动隔热防护不能达到推进剂在轨零蒸发存储的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种低温推进剂在轨热防护装置，包括：用于储存推进剂的贮箱，贮箱的上方设有用于阻挡太阳辐射并以热辐射的形式向宇宙空间耗散热量的保护装置，保护装置包括：设于贮箱上的第一支撑件，第一支撑件的顶部设有用于阻挡太阳辐射的防护罩，防护罩采用隔热材料制成。

进一步地，防护罩包括：设置在第一支撑件顶部的第一防护罩、第一防护罩的外围设有第二防护罩，第一防护罩和第二防护罩经第二支撑件连接。

进一步地，贮箱包括用于存储第一推进剂的第一贮箱及用于存储第二推进剂的第二贮箱；第一贮箱和第二贮箱经多个第三支撑件连接，第一贮箱位于靠近防护罩的一侧，第二贮箱位于远离防护罩的一侧。

进一步地，第一贮箱和第二贮箱之间还设有隔热板，用于降低第一贮箱和第二贮箱之间的热传导和热辐射。

进一步地，第一贮箱的外部包覆有第一隔热层，用于隔绝外部的热辐射；第二贮箱上除远离防护罩的端部外均包覆有第二隔热层，第二贮箱远离防护罩的端部用于向宇宙空间以热辐射的形式向外耗散热量。

进一步地，第二贮箱包括：圆柱体贮箱，设置在圆柱体贮箱的两端且与圆柱体贮箱连通的半球形贮箱；靠近第一贮箱一侧的半球形贮箱及圆柱体贮箱外部包覆有第二隔热层，远离第一贮箱的半球形贮箱用于向宇宙空间以热辐射的形式向外耗散热量。

进一步地，第一支撑件、第二支撑件及第三支撑件均采用殷钢制成；第一支撑件、第二支撑件及第三支撑件的外壁面均涂覆有机白漆热控涂层。

进一步地，第一贮箱和第二贮箱均采用铝合金材料制成，第一隔热层和第二隔热层均由聚氨酯泡沫塑料制成；防护罩采用多层聚酰亚胺薄膜材料制成。