[发明专利]发射太空船的方法和装置

说明书

本申请是1985年10月1日申请的、申请号为782746的申请的部分继续申请。

本发明涉及太空船的发射和将太空船送入地球上方的预定轨道，更具体地说，是涉及一种减少火箭上面级（upperrocketstage）质量的方法，使得减少的数量足以使回收上面级（以便重复使用）成为可能并使费用低。

设计和建造采用由液体双组元推进剂（例如包括氧化剂和燃料两种组元的液体双组元推进剂）提供动力的发动机的太空船并将太空船从地球上发射的一个主要目的是要最佳地利用与太空船一起被带入上空的总质量的比例，总质量包括一旦太空船达到地球上空较低的地心引力环境时用于推动太空船飞行的双组元推进剂组元质量。

随着航天飞机的诞生，促使人们想建造一种具有一个可重复使用的火箭上面级的太空船，该火箭上面级可由航天飞机回收。为了使这种可重复使用的火箭上面级真正成为可能，则须通过保证完全地和有效地利用双组元推进剂而使火箭上面级的总质量保持一最小值。

例如，对于由使用液体双组元推进剂的发动机驱动的沿地球同步轨道运行的典型太空船来说，双组元推进剂可以构成太空船和双组元推进剂合起重量的75%左右。由液体双组元推进剂提供动力的太空船从航天飞机上发射到围绕地球的地球同步轨道一般至少需要足够的双组元推进剂将太空船从围绕地球的一个相对较低的停泊轨道（Parkingorbit）推入一个通常为椭圆形的转移轨道（transferorbit），然后将太空船从转移轨道推入一个基本上为圆形的地球同步轨道上，使太空船在运行时间内执行与地面站保持一致的飞行任务（Station-keepingmenoeuvres）。

但在过去，有一些因素一直妨碍着太空船总质量的减少和太空船的双组元推进剂的有效利用。例如，在从地球上到进入地球上空较低地心引力环境的旅程期间，必须有足够多的太空船构件来支承太空船的双组元推进剂，因为在此期间，太空船和双组元推进剂经受了很大的加速力。而且常常需要将足够多的过剩双组元推进剂带上天空，以补偿在计算太空船双组元推进剂利用率过程中的不精确性。

在以前的太空船的发射中，液体双组元推进剂通常装在由与太空船连成一体的支承构件支承着的贮箱中而带上天空。在从地球上发射到地球上空较低地心引力环境期间，液体双组元推进剂的迅速加速和摇摆常常导致双组元推进剂承受到力的作用，该力的大小等于双组元推进剂静止在地面上时地球引力作用在双组元推进剂上的力的许多倍。结果，装着双组元推进剂的贮箱和支承着贮箱的支承构件必须足够坚固，以承受这样高的负载。遗憾的是，较坚固的贮箱和支承构件一般都比较庞大。因此，以前的太空船的贮箱和支承构件不得不做的足够庞大和坚固，以承受发射期间双组元推进剂的高负载。

过去，常常将太空船分级，以便在其进入地球上空较低地心引力环境后减少其总质量。例如，建造了这样的太空船，在转移轨道期间，其中将太空船从停泊轨道推入转移轨道的太空船动力装置部分分级。

而且，在过去，为了更有效地利用双组元推进剂以避免有剩余量，采用了各种技术手段。例如，在火箭发动机点火期间，对双组元推进剂的每种组元的消耗率进行测量，由此调节其进入火箭发动机的流率，以便达到更加完全地消耗双组元推进剂的两种组元。此外，就其发射次数很大的那种太空船来说，搜集了大量有关火箭发动机飞行中的性能数据，以提供一个相对较精确的估计值，用于估计对于一定的飞行任务，所需双组元推进剂的每种组元的数量。

虽然用于有效利用液体双组元推进剂的早期技术手段一般都是成功的，但是它们的使用还有一些缺点。例如，测量和调节在火箭发动机点火期间双组元推进剂的流率不可能足够精确地进行。而且，当一种太空船不具有其中要搜集的双组元推进剂消耗率统计数据的多次发射的好处时，可能会有由不足的数据来精确地预测在一具体飞行任务期间，双组元推进剂的消耗率。

因此，需要有一种方法，用于从地面发射带有一个可回收的火箭级的太空船，并使其达到地球上空的预定轨道，同时减少用于在发射期间支承双组元推进剂的太空船总质量，以及当太空船从停泊轨道输送到地球同步轨道时，有效地利用双组元推进剂。本发明满足这种要求。