Жидкий апогетический двигатель
Жидкий двигатель апоги ( LAE ) или двигатель Apogee относится к типу химического ракетного двигателя , обычно используемого в качестве основного двигателя в космическом корабле .
Имя двигателя Apogee происходит от типа маневра, для которого обычно используется двигатель, то есть в дельта- V в пространстве , внесенное на апоге эллиптической орбиты, чтобы циркулязировать ее. Для геостационарных спутников этот тип орбитального маневра выполняется для перехода с геостационарной переносной орбиты и поместить спутник на станцию на круговой геостационарной орбите . Несмотря на название, двигатель Apogee может использоваться для ряда других маневров, таких как Deorbit в конце жизни, [ 1 ] Earth Orbit Escape, вставка планетарной орбиты [ 2 ] [ 3 ] и планетальный спуск/подъем. [ 4 ]
В некоторых частях космической промышленности также называется жидким двигателем апоги (LAM), жидким двигателем апогея (LAT) и, в зависимости от топлива, двойного режима жидкого апогея (DMLAT). Несмотря на двусмысленность в отношении использования двигателя и двигателя в этих именах, все используют жидкий пропеллент. мотор для удара (APOGEE (AKM) или Apogee Boost Motor (ABM), такой как Waxwing . Тем не менее, [ 5 ] [ ненадежный источник? ] Эти твердопробранные версии не используются на спутниках нового поколения. [ 5 ] [ 6 ]
История
[ редактировать ]Двигатель Apogee прослеживает свое происхождение до начала 1960 -х годов, когда такие компании, как Aerojet , RocketDyne , реакционные двигатели , Bell Aerosystems , Trw Inc. и компания Marquardt, все участники разработки двигателей для различных спутников и космического корабля. [ 7 ]
Деривативы этих оригинальных двигателей все еще используются сегодня и постоянно развиваются [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] и адаптировано для новых приложений. [ 11 ]
Макет
[ редактировать ]Можно определить типичную схему жидкого апоги -двигателя [ 12 ] как двигатель с:
- кормление гиперголической жидкости, регулируемое давлением, корм
- термически изолированные соленоидные или крутящие моторные клапаны,
- Сборка инжектора, содержащая (хотя и зависит от инжектора) Центральная окислительная галерея и галерея внешнего топлива,
- Радиативная и охлажденная камера сгорания,
- характерная скорость, ограниченная тепловой способностью материала камеры сгорания,
- Коэффициент тяги ограничена сверхзвуковым соотношением площади расширения сопла.
Чтобы защитить космический корабль от лучистого тепла камеры сгорания, эти двигатели обычно устанавливаются вместе с тепловым экраном . [ Цитация необходима ]
Пропеллент
[ редактировать ]Двигатели Apogee обычно используют одно топливо и один окислитель. Этот топливный, обычно, но не ограничивается, [ 7 ] гиперголическая комбинация , такая как:
- Не
2 часа
4 / n
2 o
4 , - MMH / N.
2 o
4 , - Udmh / n
2 o
4 .
Гиперголические комбинации топлива воспламеняются после контакта в камере сжигания двигателя и обеспечивают очень высокую надежность зажигания, а также способность к правлению.
Во многих случаях смешанные оксиды азота (Mon), такие как Mon-3 ( n
2 o
4 с 3 мас.% Нет ), используется в качестве замены чистого N
2 o
4 . [ 13 ]
Использование n
2 часа
4 находится под угрозой в Европе в связи с достижением правил. В 2011 году законодательство о рамке добавлено n
2 часа
4 к своему кандидату на список веществ очень высокой заботы . Этот шаг увеличивает риск использования n
2 часа
4 будет запрещено или ограничено в ближней-средней перспективе. [ 14 ] [ 15 ]
Испытания стремятся разрешить n
2 часа
4 Для использования для космических приложений, однако для снижения этого риска компании исследуют альтернативные пропелленты и конструкции двигателей. [ 16 ] Изменение этих альтернативных пропеллентов не является простым, и такие проблемы, как производительность, надежность и совместимость (например, спутниковая двигательная система и инфраструктура на месте запуска), требуют исследования. [ 15 ]
Производительность
[ редактировать ]Производительность двигателя апогии обычно цитируется с точки зрения вакуумного импульсного и вакуумного тяги. Тем не менее, есть много других деталей, которые влияют на производительность:
- Характеристическая скорость влияет на конструктивные детали, такие как комбинация топлива, давление в пищи, температуру топлива и соотношение смеси пропеллента.
- На коэффициент тяги влияет в первую очередь по отношению к сверхзвуковой площади сопла.
Типичный гиперголичный жидкий жидкий двигатель 500 N-класса имеет вакуумный импульс в области 320 с, [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] с практическим пределом, оцениваемым в 335 с. [ 7 ]
Несмотря на то, что они продаются для предоставления конкретного номинального тяги и номинального специфического импульса в условиях номинального кормления топлива, эти двигатели фактически проходят строгие испытания, где производительность отображается в целом районе эксплуатационных условий, прежде чем их считают квалифицированными . Это означает, что производитель может быть настроен (в пределах разумного), квалифицированный производственный двигатель для удовлетворения конкретных требований миссии, таких как более высокая тяга. [ 21 ]
Операция
[ редактировать ]Большинство двигателей апогея работают в зависимости от уровня фиксированной тяги. Это потому, что используемые клапаны имеют только две позиции: открытые или закрытые. [ 22 ]
Продолжительность, для которой движется двигатель, иногда называемый продолжительностью сжигания , зависит как от маневра, так и от возможностей двигателя. Двигатели имеют квалификацию для определенной минимальной и максимальной продолжительности однократного сжигания.
Двигатели также имеют квалификацию для обеспечения максимальной кумулятивной продолжительности ожога, иногда называемой кумулятивной пропускной способностью топлива . Срок полезного использования двигателя на определенном уровне производительности продиктован сроком полезного использования материалов строительства, в первую очередь, используемых для камеры сгорания. [ 12 ]
Приложения
[ редактировать ]Можно провести упрощенное подразделение между двигателями Apogee, используемыми для телекоммуникаций и исследований:
- Настоящие телекоммуникационные космические платформы, как правило, получают больше пользы от высокого специфического импульса, чем высокой тяги. [ 23 ] Чем меньше топлива потребляется для попадания на орбиту, тем больше доступно для хранения станции на станции. Это увеличение оставшегося топлива может быть непосредственно переведено в увеличение срока службы спутника, увеличивая финансовую прибыль на эти миссии.
- Планетарные исследования космического корабля, особенно более крупных, имеют тенденцию пользоваться большим количеством высокой тяги, чем высокого специфического импульса. [ 24 ] Чем быстрее может быть выполнен высокий дельта - маневер, тем выше эффективность этого маневра, и тем меньше требуется пропеллент. Это сокращение требуемого топлива может быть непосредственно переведено в увеличение массы автобуса и полезной нагрузки (на этапе проектирования), что позволяет лучше возвращаться к науке на эти миссии. [ 12 ] [ 23 ]
Фактический двигатель, выбранный для миссии, зависит от технических деталей миссии. Более практические соображения, такие как стоимость, время заказа и ограничения экспорта (например, ITAR ), также играют роль в решении.
Смотрите также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Подпрыгнуть до: а беременный «Объединенная двигательная система - фоновая» . Airbus защита и пространство . Архивировано с оригинала 2014-09-25 . Получено 29 января 2015 года .
- ^ Амос, Джонатан (2012-09-04). «Juno Jupiter зонд получает British Boost» . BBC News . Получено 29 января 2015 года .
- ^ Доминг, DL; Рассел, Коннектикут (19 декабря 2007 г.). Миссия посланника в Меркурий . Springer Science & Business Media. п. 197 ISBN 978-0-387-77214-1 .
- ^ «Комитет по промышленной политике, план разведки робота, Программа работы 2009-2014 и соответствующий план закупок» (PDF) . Европейское космическое агентство. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-03 . Получено 25 января 2015 года .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Pocha, JJ (1987). «Маневр апогея». Библиотека космических технологий Том 1. Введение в дизайн миссии для геостационарных спутников. Глава 4: Маневр апоги . Спрингер. С. 51–66. doi : 10.1007/978-94-009-3857-1_4 . ISBN 978-94-010-8215-0 .
- ^ Лей, Уилфред; Виттманн, Клаус; Hallmann, Willi, eds. (2009). Справочник космических технологий . John Wiley & Sons, Ltd. с. 323 –324. ISBN 978-0-470-69739-9 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Стехман, Карл; Харпер, Стив (2010). «Улучшения производительности в малых земных ракетных двигателях - эпоха приближения к теоретическому». 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE CONBIT CONPERNION (2010–6884).
- ^ «ESA исследует ALM на наличие спутниковых двигателей в пространстве» . Слой . Архивировано из оригинала 2014-11-29 . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ Хайд, Саймон (2012). «Конструкция камеры сгорания для аддитивного производства». Космическая движения 2012 Конференция, Бордо, Франция .
- ^ Хайд, Саймон (2012). «Исследование оптимизации дизайна общего двухпротельерного инжектора для аддитивного производства». Космическая движения 2012 Конференция, Бордо, Франция .
- ^ Вернер, Дебра (2013-07-15). «Космическое движение - Moog рассматривает жидкий двигатель жидкого топлива с более высоким выводом как правильный подойдет для миссий Mars» . www.spacenews.com . Архивировано с оригинала 15 ноября 2014 года . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Найкер, Лолан; Стена, Ронан; Дэвид, Периго (2014). «Обзор тестирования модели разработки для двигателя Apogee с высокой тягой Leros 4». Конференция космического движения 2014 года, Кельн, Германия (2969298).
- ^ Райт, AC (февраль 1977 г.). Справочники для пропеллента ВВС США: азотная кислота / азот-тетроксидные окислители (AFRPL-TR-76-76 Ed.). Мартин Мариетта Корпорация. п. 2.3–3.
- ^ «Учитывая спутниковое движение без гидразина» . Эса Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Валенсия-Бель, Ферран (2012). «Замена обычных пропеллентов космического корабля на зеленые пропелленты». Космическая движения 2012 Конференция, Бордо, Франция .
- ^ «Зеленое движение» . www.sscspace.com . Архивировано с оригинала 29 ноября 2014 года . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ «Апоги/верхняя ступень» . www.moog.com . Архивировано с оригинала 2015-03-02 . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ «400 N Bipropellant Apogee Motors» . Астриеум -космическая движения . Архивировано из оригинала 2014-04-26 . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ «Двухцветные ракетные двигатели» . www.rocket.com . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ «Спутниковая двигательная система» . www.ihi.co.jp. Архивировано с оригинала 24 ноября 2014 года . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ «Двигатель Leros продвигает космический корабль Juno в своем историческом путешествии в Юпитер» . Получено 15 ноября 2014 года .
- ^ Хьюстон, Мартин; Смит, Пит; Найкер, Лолан; Периго, Дэвид; Уолл, Ронан (2014). «Высокий соленоидный клапан двигателя Apogee Apogee для следующего поколения планетарных миссий ESA». Космическая движения 2014 года, Кельн, Германия (2962486).
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Найкер, Лолан; Бейкер, Адам; Коксхилл, Ян; Хаммонд, Джефф; Мартин, Хьюстон; Периго, Дэвид; Солуэй, Ник; Уолл, Ронан (2012). «Прогресс в направлении апоги -двигателя 1,1 кН для межпланетного движения». Space Propulsion 2012, Bordeaux, Франция (2394092).
- ^ Периго, Дэвид (2012). «Большая платформа спутниковая движения с акцентом на приложения для разведки». Космическая движущая сила 2012 Конференция, Сан -Себастьян, Испания .