[其他]空间飞行器的低压反作用式控制推进系统

说明书

本发明涉及到一种空间飞行器推进系统，特别是一种把远地点助推器和反作用式控制推进系统两部分有效地综合在一起的推进系统。

通常，用无人运载火箭或有人驾驶空间穿梭机，把必须推入象地球同步轨道那样的高地球轨道的空间飞行器-如无人卫星-先送入低地球轨道。进入低高度轨道后，多数卫星必须靠自身的推进系统推入应到的最终轨道位置。在以前的一种推进系统技术中，首先通过起动一台固体燃料近地点火箭反作用式发动机对卫星进行加速，该发动机用完后被分离抛弃，然后通过起动一台液体燃料远地点反作用式发动机（AKM）到达最终轨道。新一代的卫星使用唯一的一台液体燃料远地点反作用式发动机来执行轨道转移任务。被送入高地球轨道的卫星，也配备有一些较小的推进发动机，它们含有用来改变空间飞行器的轨道和位置，以及保持空间站的推力控制系统（RCS）。在卫星及其推进系统的设计中，设计者经常为改善其效率、性能、可靠性和使用寿命而努力。

一种现代的卫星推进系统，把推力控制系统与远地点反作用式发动机的两个燃料供应系统一体化。为了使推力控制系统能利用远地点反作用式发动机未消耗的剩余燃料，这种综合是必要的。如果两个燃料供应系统是分离的，这些燃料就不能被利用。这两种推进系统都是靠控制能产生自燃的反作用力（在接触的状态下燃烧）的液体燃料和氧化剂（下面统称为推进剂）的混合而工作的。液体燃料和氧化剂箱都有一个初始加高压的气体空间。在远地点反作用式发动机点火期间通过使用外部气压源（典型的是氦气）调节燃料和氧化剂箱的压力，以保持在上述高压水平上。在远地点反作用式发动机点火完成时，燃料箱的压力调节也就结束了。箱中剩余的推进剂由工作在被认为是“排放”状态的推力控制系统推进器所使用。因为推力控制系统推进器周期性地消耗箱内燃料，所以推进剂的压力逐渐降低到推力控制系统推进器不能再有效和可靠地工作的压力点处。因此，尽管仍保持着燃料和氧化剂的供应，但在一个给定的压力值下，推力控制系统必然会不起作用。因此，空间飞行器必需携带更多的燃料和氧化剂，以保证有足够的可用燃料和氧化剂以满足所需的推力控制系统功能。

上述当今所用的这种综合空间飞行器推进系统有一些缺点。因为燃料和氧化剂箱必须设计成能承受高的内部压力，所以它们必须是具有相当质量的，非常结实的厚壁箱体。此外，为提供所需的增压值并控制压力，箱的加压系统必然非常复杂。箱内残留的燃料和氧化剂的存在，降低了空间飞行器的整级效率（定义为初始的可用推进质量被整级质量相除的值）。最后，推进器必须被设计成能在很宽的推进剂供应压力范围内工作，要折衷设计，这种设计达不到最优性能。上述考虑的问题，对现在的一体化液体燃料卫星推进系统的效率和性能造成了重要的限制。

空间飞行器推进系统的设计师现在已把他们的注意力转移到设计泵式输送推进系统上。泵式输送系统采用了一个燃料加压泵，它接受由贮箱来的液体燃料或氧化剂，然后在压力下把它们输送给推进器。对泵式输送系统。唯一的要求是供给泵的燃料在泵工作期间不能出现气穴。所以，液体燃料贮箱仅需加很低的压力。泵式输送系统的优点包括更高的性能和更大的整级效率。由于使用了更轻的薄壁液体贮箱和更小的、不太复杂的贮箱加压系统而得到更高的整级效率。此外，泵式输送系统有可能利用贮箱内几乎全部的液体并提供几乎不变的推进剂压力。尽管使远地点反作用式发动机具有了上述优点，但是在设计较小的、与泵式输送远地点反作用式发动机一起工作的推力控制系统中，遇到了一些问题。小型推力控制系统不能用和远地点反作用式发动机相同的泵进行工作。这是因为对推力控制系统的每一次机动工作，启动和停止这些较大的泵流量设备是不切实际的。也没有合适的用于推力控制系统的更小的泵供当前使用。推进剂箱内的压力不足以使一般推力控制系统的推进剂工作。新型的推力控制系统泵或低压推力控制系统推进器的研制、试验和鉴定是一种极费钱和费时的过程。因此，在对使泵式输送系统所具有的一些优点失去作用的推进系统不做修改的情况下就把压力输送推力控制系统综合到泵式输送远地点反作用式发动机中去是不现实的。