[發明專利]一種再入返回航天器推進系統優化配置方法

有效

• 申請號: 201611037805.9
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106628263B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 穆育強;和宇碩;付仕明;石凱宇;晁嫣萌;劉飛;劉昕
• 申請（專利權）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱

本發明公開了一種再入返回航天器推進系統優化配置方法，解決以往的配置方法難以滿足小型返回航天器動力系統配置體積質量受限下的配置問題。在對任務進行分析的基礎上，為適應小型返回航天器的特點，合理選擇確定推進系統類型及推進劑，計算確定有效推進劑重量，優化選擇擠壓氣體類型，從而進一步分析初步確定軌控發動機和姿控發動機推力及個數，明確姿軌控發動機及氣瓶貯箱布局，根據計算得到的控制能力優化調整姿控發動機推力，直到滿足控制能力要求，實現推進系統優化配置。

技術領域

本發明涉及一種推進系統優化配置方法，特別是一種再入返回航天器推進系統優化配置方法。

背景技術

隨著我國航天技術的發展，航天器按不同應用可分為在軌航天器和返回航天器。其中神舟系列飛船及返回式衛星都屬于此類型。神舟飛船由推進艙、返回艙和軌道艙三艙組成。推進分系統分別安裝在三個不同的艙實現不同的功能需要。其中推進艙子系統主要實現在軌飛行時提供變軌機動、軌道保持、姿態穩定、姿態調整的沖量等。返回艙子系統為飛船返回提供姿態控制的沖量。軌道艙子系統為飛船主任務結束后，為軌道艙留軌工作提供軌道控制和姿態控制的沖量。

以往方法中，神舟飛船推進艙推進子系統由四氧化二氮/甲基肼的雙組元定壓擠壓系統工作，配置8臺150N大姿控發動機+16臺25N小姿控發動機。全系統除氣瓶和貯箱外其余均采用冗余配置，分主副兩組，既可單獨工作互為備份，也能共同為任一組發動機工作輸送推進劑。神舟飛船返回艙推進子系統由無水肼的單組元定壓擠壓系統工作，配置8臺150N肼分解發動機。系統呈對稱配置，分兩組，除推進劑外其余可視為全冗余。神舟飛船軌道艙推進子系統由無水肼的單組元定壓擠壓系統工作，配置16臺5N肼分解發動機。綜上所述，神舟飛船為了完成變軌、姿態穩定及調整，配置了共48臺發動機，冗余配置較多，不同功能采用分艙布置，占用體積較大。

發明內容

本發明目的在于提供一種再入返回航天器推進系統優化配置方法，解決以往配置方法的冗余較多，體積較大，重量較高而且系統復雜，難以滿足返回式小衛星體積空間及重量受限的問題。

一種再入返回航天器推進系統優化配置方法的具體步驟為：

第一步推進系統類型、推進劑及增壓氣體種類選擇

對于返回式小衛星而言，考慮到小衛星的比沖需求不強而尺寸空間緊張，采用單組元液體發動機。考慮綜合性能及成熟度，推進劑采用DT-3，增壓氣體采用氦氣。

第二步確定有效推進劑重量

根據總體提供的小衛星總重量M，考慮在軌飛行軌道，地球引力常數為μ，地心距為r，半長軸為a，根據公式(1)和公式(2)，確定離軌制動前后軌道在離軌點的速度V₁和V₂：

公式(1)中，V₁為離軌前軌道速度；r₁為離軌前地心距；a₁為離軌前半長軸。

公式(2)中，V₂為離軌后軌道速度；r₂為離軌后地心距；a₂為離軌后半長軸。

確定離軌需要的速率增量dV：

dV＝V₁-V₂ (3)

確定離軌需要的推進劑重量M_t1：

公式(4)中，I_sp為DT-3的比沖，e為自然對數。

確定姿態控制需要的推進劑質量M_t2：