重大突破!航天器低温燃料将可在太空长期贮存

发布时间 : 2017-10-11     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  不久的将来,低温推进剂可在太空长期贮存。目前,中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)掌握了低温推进剂在轨长期贮存核心技术,取得重大进展。

    

低温燃料易蒸发

 
  据火箭院研发中心设计师张晓屿介绍,低温推进剂由于其比冲高、无毒无污染、价格相对低廉,被认为是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,在国内外运载火箭和上面级上得到了广泛应用。
  常见的低温推进剂冷若冰霜,如液氢为-253℃,液氧为-183℃。我国新一代大型运载火箭采用的就是这种深低温推进剂,被外界称为“冰箭”。
  正因为温度极低,火箭飞行过程中推进剂也极易蒸发。张晓屿说:“即便是在常温条件下,低温推进剂也很快就会蒸发。”
  观看火箭发射直播时,细心的观众也许会注意到,火箭发射前底部会散发阵阵白色“烟雾”。原来,液氢、液氧极易因受热而蒸发, “烟雾”实际上就是气体状的液氢、液氧。

 
长期贮存是深空探测的前提

 
  张晓屿说:“蒸发会损失推进剂,进而影响运载能力。目前,火箭的飞行时间较短,这个问题表现得并不突出。但未来,航天器要在太空长期停留,控制蒸发量是前提。”
  业内认为,低温推进剂在太空停留5天以上便可称之为长期贮存。未来,我国要开展载人月球探测和深空探测任务,航天器在太空工作时间长达几周、几个月甚至几年,这就需要携带大量的低温推进剂。
  于是,破解低温推进剂在太空长期贮存难题,是我国开展深空探测的前提和基础。

  

关键技术已攻克

 
  一般情况下,火箭贮箱通过采取隔热措施,可以减少低温推进剂蒸发。但张晓屿说,采用这种方法,即便将设计优化到极致,也只能将每天的蒸发量控制到0.5%左右。长期下来,仍是不小的损失。
  因此,火箭院设计人员开始探索更加积极有效的控制方法。
  张晓屿说,针对航天器需在轨运行5到60天的情况,火箭院研制出了“热力学排气系统”。通过牺牲一小部分推进剂,为低温贮箱降压、为贮箱内推进剂降温,减少蒸发。“采用这种方法,可将每天的蒸发量控制在0.2%以下。”

 
△热力学排气系统试验现场

 
  针对在轨飞行60天以上的情况,火箭院设计人员提出了主动制冷机方案。它就像空调一样,能够源源不断地为贮箱提供冷气,使低温推进剂长时间“零蒸发”。“具体实施中,我们会根据任务特点,计算到底哪一种方案更划算,让蒸发量最小。”
  张晓屿说,这两项核心技术,攻克了低温推进剂在轨长期贮存难题,为后续我国载人月球探测和深空探测等任务奠定了重要基础。

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