[发明专利]用于从高空发射太空火箭的浮动平台及用于将刚性壁气球发射到太空中的方法

说明书

本发明的主题涉及一种用于从高空发射太空火箭(100)的浮动平台(10)，该浮动平台(10)包括用于悬挂太空火箭(100)的支撑结构(20)，该支撑结构(20)可以可释放地连接至太空火箭(100)，所述浮动平台(10)还包括固定至支撑结构(20)的一个或多个充氢或充氦的气球(30)、一个或多个刚性壁储罐(12)、以及连接至所述一个或多个气球(30)和所述刚性壁储罐(12)的压缩机模块(40)，该压缩机模块(40)用于将储存在气球(30)中的氢气或氦气的至少一部分输送到所述一个或多个刚性壁储罐(12)中，所述一个或多个气球(30)的尺寸使其能够提升浮动平台(10)和连接到其上的太空火箭(100)，其特征在于，所述浮动平台(10)包括充氢或充氦的、优选是雪茄形的刚性壁气球(35)，该气球可释放地连接至支撑结构(20)并固定至太空火箭(100)的顶部，并且适合于将太空火箭(100)连接至支撑结构(20)。本发明还涉及一种用于将刚性壁气球(35)发射到太空中的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于从高空发射太空火箭的浮动平台。

本发明还涉及一种用于将刚性壁气球发射到太空中的方法。

背景技术

目前，太空火箭是唯一已知的能向太空运送有效载荷或人类的设备。太空火箭(或简称火箭)是一种反应装置，其中推力是由固体或液体推进剂燃烧产生的高速气体提供的。

太空火箭通常是从海平面、地面航天中心(例如卡纳维拉尔角、肯尼迪、拜科努尔等)或海上发射站(例如海上发射公司)发射的。大气层对发射的火箭施加制动力(空气阻力)，该制动力与火箭速度的平方成正比。由于火箭在大气层的较低部分以非常高的速度飞行，大气层的制动效果非常显著，因此很大一部分燃料被用来补偿大气层的空气阻力。因此，从海平面发射的火箭需要大量燃料，因而火箭本身必须很大，这大大增加了发射成本。

众所周知，随着海拔的升高，空气密度降低。大约80％的大气质量位于18公里海拔高度以下的位置。因此，火箭上的大部分空气阻力发生在穿过对流层和平流层底部的过程中。也就是说，从高空发射火箭能显著降低空气阻力的不良影响。

数十年来，一直使用从飞机上发射的火箭将小型卫星发射至近地轨道(LEO)。这种火箭的一个例子是由轨道科学公司开发的飞马座，它是一种三级固体助推火箭。发射分两个阶段进行。作为第一步，飞马座(例如借助于洛克希德L-1011飞机)被带到12公里的高度。在第二阶段中，释放火箭，并在火箭达到期望高度后点燃火箭发动机。这种方案的优点是，只需较小的火箭就能将给定的有效载荷带到太空，因此成本也可降低。这种方案的缺点是，火箭的尺寸严重受到运载飞机的运载能力的限制，这意味着只能将数百公斤(在飞马座的情况下最多443公斤)发射到太空中。

从大气层中发射火箭的另一种方式是用充气气球将火箭提升到数公里的高度，然后将火箭从气球释放，并启动发动机。在美国专利申请2018/0290767中公开了其中一种气球，即，所谓的火箭气球。这种方案的理念是将一个适当尺寸的充气气球附接至特殊设计的(扁平)多级火箭，以将火箭提升到20-30公里高度。在达到期望的高度时，释放火箭并点燃发动机，正常地将火箭发射到轨道上。这种方案的优点是，从高空发射火箭能节省大量燃料(实际上省去了传统的第一级)，因此发射特定的有效载荷所需的火箭较小。另一个优点是，由于大气较稀薄，因此能设计与传统火箭不同的火箭形状和发动机。针对较低大压力设计的火箭喷管较大，因此效率更高，成本更低。由于天气影响主要局限于对流层(大约10公里以下的大气层)，对流层之上的火箭发射几乎不受天气条件的影响，因此能省去推迟常规发射的费用。

目前的火箭气球方案的缺点是，它们只能向外太空发射轻型火箭，因此有效载荷很小。另一个缺点是，气球中的气体(例如氢气、氦气)在发射后就被释放了，或者随着气球一起丧失。这两个缺点是彼此相关的，因为目前的火箭气球系统是专门针对小型火箭设计的。因此，由于所需的气球的尺寸，不值得重复使用气球中包含的气体或气球本身。在目前的方案的情况下，没有发射平台。另一个缺点是，在目前的方案中，火箭气球的位置和运动基本上由风决定，这使得发射变得很困难。