基于电动力绳的火箭末级离轨系统设计及效能分析

基于电动力绳系的火箭末级离轨方法是任务后的火箭末级被动离轨的有效途径之一,有利于提高火箭离轨效率。但是电动力绳系应用于火箭末级的可行性及离轨效能是需要研究的问题。首先研究适用于电动力绳系离轨的火箭系列类型,针对该类型火箭末级的总体特性开展绳系离轨系统设计,分析了电动力绳系统对火箭的技术需求,对离轨效能进行仿真分析以验证离轨系统设计的可行性。

电动力绳系火箭末级离轨系统动力学与控制研究

电动力绳系离轨技术是一项新颖的被动离轨技术,因其推进剂消耗低、效率高等优势,特别适用于火箭末级快速离轨任务,但也带来了动力学与控制方面的挑战。本文在分析电动力绳系火箭末级离轨任务特点基础上,针对离轨过程的系绳释放开展阶段和电动力辅助离轨阶段,开展了动力学建模及具有工程实用性的控制方案设计,并通过数值仿真验证了方案有效性。最后介绍了电动力绳系离轨系统动力学与控制的国内外试验验证进展,并提出了含末级姿态模拟器的系绳释放地面试验系统方案设想,为后续我国推动电动力绳系离轨技术的进展提供了参考。

火箭末级离轨系统中电动力绳系释放条件分析与控制设计

绳系释放过程是电动力绳系火箭末级离轨技术的关键,开展了绳系释放条件分析及控制方案设计。首先,基于"珠式"思想,建立离轨系统绳系释放过程的刚-柔耦合动力学模型。随后,基于数值仿真开展绳系释放条件分析。仿真结果分析发现,释放时火箭末级初始姿态对绳系释放稳定性影响较大,仅靠绳系拉力控制,系统稳定裕度较小,很难保证绳系释放稳定性。据此,进一步提出了一种绳系稳定释放控制方案,并通过数值仿真验证了控制方案的有效性。

火箭末级的天线布局建模与优化

针对航天器绕定轴旋转飞行时天线与地面测控站的非线性通联时长问题,在航天器本体上建立基础坐标系,将天线信号辐射范围简化为一个空间锥体,通过建立天线布局姿态与航天器本体的空间相对位置关系,以及建立地面测控站与航天器本体的空间相对位置关系,映射得到了天线布局姿态与测控站的通联时长关系模型。基于该模型,利用遗传算法,以通联时长最长为目标函数,对布置3个天线的航天器进行了优化。通过(0°,0°),(20°,30°)和(-20°,-30°)3组布置角度下天线通联各测控站时长的仿真计算,验证了模型的有效性。优化求解得到的3个天线的最优布置角度为(0°,1.23°),(65.36°,178.30°)和(-65.36°,-176.04°),天线通联信号覆盖比率为83.98%。

运载火箭末级主动离轨弹道优化设计技术

为防止卫星与运载火箭分离后,运载火箭末级长期在轨飞行产生空间碎片,研究了运载火箭末级主动离轨弹道优化设计技术。基于对椭圆轨道任务离轨时运载火箭末级最佳点火姿态的优化设计,该技术能够有效降低末级残骸飞行轨道近地点高度,减少末级残骸在轨寿命。

运载火箭末级剩余推进剂排放技术

完成了有效载荷发送任务之后的运载火箭末级是最具有威胁性的空间碎片源。在分析如何防止末级火箭在轨道上爆炸解体的技术途径后,本文重点就末级火箭贮箱中的剩余推进剂排放技术的各个方面进行了探讨。文中还阐述了我国对空间碎片问题的基本立场,并简要介绍了我国将对长征四号甲运载火箭末级采取的控制空间碎片生成的技术措施。

低重力状态下末级火箭剩余推进剂空间排放干扰分析

根据流体力学原理、流型分析，对低重力状态下剩余推进剂空间排放干扰进行了分析、计算。分析认为，采取对称的排放平衡器能满足空间排放姿态稳定控制系统的要求。

末级火箭剩余推进剂的排放技术

与日俱增的空间碎片严重地威胁着航天器的安全,据美国航宇局的研究表明,如果不采取新的防范措施,90年代航天器与空间碎片碰撞的可能性将超过现有的安全限度。 据美国资料统计(至1990年11月),地球上空的卫星(含空间碎片)数量中,碎裂碎片占39％(见图1)。在这些碎片中,除美国及原苏联为空间竞争进行空间试验所产生的大量碎裂碎片以外,相当部分是末级火箭在完成运送任务以后,在轨道上运行过程中发生爆炸而产生的碎片。据资料统计,至1991年5月,末级火箭在轨道上爆炸已达129次。因此,防止末级火箭在轨道上爆炸是减少空间碎片增长的一个重要措施。

基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计

对于运载火箭发射探月返回飞行试验器任务,火箭末级会跟随试验器再入返回地球,因其再入速度快、落区散布范围广,存在严重的安全隐患。为解决末级再入带来的安全性问题,提出基于末级钝化推力变轨的月球借力轨道设计方法,使末级进入绕地月飞行的大椭圆轨道。利用钝化推力实现月球引力辅助变轨,进而达到优化绕地月飞行轨道近地点高度的目的。

空间碎片环境和空间排放技术研究

论述了空间碎片环境及其对人类文明发展和航天安全的潜在威胁和空间剩余推进剂排放是防止末级火箭空间爆炸、减少空间碎片的有效措施。文中重点介绍了空间排放技术。

新一代空间发动机

发射未来空间飞行器的主要方法是利用空间运输系统(STS)。已经做了大量研究工作,验证了采用可贮存推进系统或者低温推进系统的最短长度上面级能从低地轨道的STS上把大型有效载荷和要部署的有效载荷送到地球同步轨道。航空喷气技术系统公司当前正在研制两种适用于上述上面级的推进系统。一种是推力为几千磅的可贮存推进系统,另一种是推力只有几百磅的低温推进系统。这些发动机的严格寿命和性能要求提出了一些新的技术问题。这只能通过在以后为可贮存发动机采用新材料和生产工艺以及为低温发动机搞新的设计方案来解决。可贮存发动机的功能试验业已完成,其飞行重量研制计划将在八十年代底完成。经鉴定合格的发动机预计在九十年代初提供使用。低推力的低温发动机的研制和提供使用的时间都要比可贮存发动机推迟三年。本文主要介绍这两种发动机的技术问题、解决方法以及研制状况。

阿波罗13号 一次最成功的失败

去年咱们的神舟六号成功上天,在全国掀起了一股航天热。那段时间我除了几乎天天观测神六飞船和末级火箭过境外,也对航天知识产生了浓厚的兴趣。趁着神六余热未消。