自增压系统在轨姿控动力系统中的应用

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1、第36卷第2期2010年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36．№．2Apr．2010自增压系统在轨姿控动力系统中的应用邹宇，李平(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：自增压轨姿控动力系统结合了涡轮泵压式火箭发动机的高性能、轻质量和挤压武推进系统的可重复启动能力。降低贮箱压力和减少惰性气体用量的同时，通过采用紧凑的高压推力室减少了其他组件的结构尺寸和重量。介绍了自增压系统在轨姿控动力系统的应用优势、技术特点、工作原理和目前的技术发展情况，分析了相应的关键技术，并基于目前技术基础，展望了发展的必要性和技术策略及途

2、径。关键词：液体火箭发动机；轨姿控动力系统；轻质；系统设计中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：(2010)02—0015-05Applicationsofself-pressurizationindivertandattitudecontrolsystemZouYu，LiPing(Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi"an710100，China)Ab8岫lct：Newself-pressurizingDivertandAttitudeControlSystem(DACS)combinestheperformanc

3、eadvantageandlightweightofaturbopumprocketengineandtherestartabilityadvantageofapressurizedpropellantsystem．Newself-pressurizingdivertandattitudecontrolsystemreducesthesizeandmassofhardwarebypermittingtheUSeofcompacthishpressurethrustchambersandreducingliquidtankpressuresandminimiz

4、inginertgasstorage．Inthispaper,theapplicationadvan-tages，technicalcharacters，operationprinciple，currentstatusofnewlightweightdivertandattitudecontrolsystemarepresented．Andthekeytechniquesaleanalyzed．Basedoncurrenttechnologysta-tus，thenecessity，strategyandapproachoffuturedevelopment

5、arebroughtforward．Keywords：liquidrocketen西ne；divertandattitudecontrolsystem；lightweight；systemde-sign收稿日期：2009—11—13；修回日期：2009—12—16。作者简介：邹宇(1979一■，男，工程师，研究领域为液体火箭发动机系统设计。16火箭推进2010年4月0引言轨姿控动力系统是航天器的重要分系统之一，主要为各种航天器的姿态控制和稳定、轨道平面上的变轨、轨道修正、交会机动、月球和行星着陆和起飞、以及再入大气层时的制动和减速(反作用控制)提供控制力。轨

6、姿控动力系统常位于航天器的上部，减轻其结构质量可有效提高系统有效载荷。如何最大限度地减轻轨姿控动力系统的质量一直是轨姿控动力系统研究的方向。现有的轨姿控动力系统多采用惰性气体挤压推进剂，尽管这种系统具有结构简单、工作可靠的优点，但这种系统相比泵压式系统需要采用厚壁贮箱和高压气瓶，因此结构质量相对较重。1998年，美国空军研究院(UnitedStatesAirForceAcademy)对差动活塞式自增压系统开展原理性研究。2003年lO月，进行了过氧化氢单组元自增压系统的试验。该系统共进行了五次独立的点火试验，包括三次单组元试验和二次固液发动机(燃料为聚乙烯)

7、试验。1989年，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LawrenceLivermoreNationalLaboratory，LLNL)进行了往复式活塞式自增压系统的原理研究；1993年11月，采用肼推进剂的往复式活塞式自增压系统在一个小型火箭上进行了飞行试验。2002年，改进后的采用过氧化氢作为推进剂的往复活塞式自增压系统成功完成了点火试验。2005年，LLNL在较为成熟的单组元往复活塞自增压系统的基础上，进行双组元往复活塞自增压发动机的研究，其设计目标是为美国火星探测的地质标本返回飞行器提供上升及姿控动力。介绍了差动活塞式和往复活塞式两种自增压轻质轨姿控动力系统

8、的技术进展和工作原理，并对其方案特点和技术关键进行了