航天技术诞生已经半个世纪之久了,在过去的半个多世纪中航天器虽然种类越来越多、性能越来越强大、使用场景也越来越广阔,但是航天器的动力系统却没有发生较大的改变,时至今日绝大部分航天器依然使用的是传统的液体火箭发动机,因为航天器不管是卫星还是飞船、空间站在轨运行期间受地球引力或者其他星球引力影响,其运行轨道会受到变化,继而影响航天器的正常运行,比如绕地卫星受地球引力影响轨道高度会越来越低,并最终与大气层摩擦、坠毁在大气层内。

所以为了保证绕地航天器的正常运行,所有航天器在正常绕轨运行期间,都需要定期打开自身发动机加速、以抬升运行轨道高度,那么受限于绕地航天器自身搭载的燃料有限,对于大型的空间站、飞船而言,还可以通过多次货运补给增加燃料的方式延长其运行寿命。但是对于体型较小的卫星而言,受限于自身搭载的燃料有限,近地轨道运行的卫星普遍运行寿命只有五六年左右,寿命这么短的原因就在于其距离地球更近、受到的引力更大、需要更加频繁的打开发动机加速,所以燃料消耗的很快,以至于五六年后燃料消耗完了,但是自身其他设备依然处于正常工作状态还是得退役。

对于运行在更高轨道上的其他航天器,比如运行在地球同步、太阳同步等高轨道上的大型通讯、气象卫星而言,其虽然运行的轨道高度更高,受到地球的引力影响更小,同时更加细长的弧形轨道也使得其在正常运行期间能够尽可能的借助太阳或者其他星球的引力加速、从而节省和降低自身燃料消耗,继而延长其运行寿命。但是受限于运载火箭自身发射载荷等原因限制,高轨道运行的卫星等航天器除了部分航天器可以利用“太空摆渡车”将其从星箭分离后的近地轨道一路运送到预定高轨道外,大部分卫星在近地轨道附近星箭分离后,没有太空摆渡车的帮助下,就只能打开自身发动机来加速并不断抬升运行轨道高度、并最终抵达运行的高轨道,那么对于这类需要依靠自身动力前往预定运行轨道的卫星而言,在轨道爬升的过程中会消耗很多燃料,无形中降低了其预定运行寿命。

对于我国正处于建设阶段的天宫空间站而言,前段时间我国已经成功发射了天和号核心舱,到2022年结束前我国还将发射问天和梦天号两个实验舱,和3艘天舟货运飞船和4艘神舟载人飞船,彻底完成整个天宫空间站的一期百吨级建设目标规划。那个对于承担整个天宫空间站未来几十年在轨运行的天和号核心舱而言,其不仅承担着后续两个实验舱和数量更多的天舟和神舟飞船的对接任务,同时还承担着整个天宫空间站在轨运行期间的所有控制和在轨姿态运行任务,所以在天和号核心舱尾部的资源舱内,就装备有用于整个空间站在未来几十年长期在轨运行的轨道姿态控制发动机和变轨发动机。

变轨发动机主要用于未来某个时刻紧急需要变轨躲避太空垃圾、或者更好的和其他航天器对接、脱离需要而设计的专用发动机,在类型上使用了推力更大的化学燃料发动机,但是也因为自身使用频率并不是很高,所以后期对于燃料的消耗速度并不高,并不会造成货运补给压力。前面也说过所有绕地球飞行的近地轨道航天器,因为距离地球距离更近、受到的地心引力更大,为了不坠入大气层烧毁,就得定期打开自身轨道控制发动机加速抬升轨道,或者借助前来对接的其他航天器完成相似动作,以保证自身在轨运行安全。

比如现阶段运行在距离地面390公里高度的国际空间站,因为自身重量更大、运行高度更低,所以最长间隔三个月就得抬升一次轨道高度,但是对于国际空间站而言,由于技术的老旧等原因,其抬升一次轨道高度所消耗的燃料更多,所以就需要更多数量的货运飞船更加频繁的进行燃料补给,这直接增加了航天发射次数、增加了航天发射成本,并不利于未来航天发展需求。

而我国成功发射的天和号核心舱在未来的几十年内,也需要不断的抬升运行轨道高度以保证正常运行,那么对于天和号核心舱而言,如果继续使用传统的化学燃料发动机用于轨道高度控制的话,未来几十年将需要发射数量更多的天舟货运飞船来完成在轨燃料补给,无形中增加了航天发射成本,不利于中国航天未来发展。所以在天和号核心舱的轨道姿态控制发动机上,我们放弃了传统的化学燃料发动机,选择了2019年底发射升空的实践20号卫星上试验成功的LIPS-300型霍尔推进器。

 5/6   首页 上一页 3 4 5 6 下一页 尾页

文章TAG:发动机  普惠  效率  
下一篇