重大突破!這項技術讓低溫火箭在軌時間可達30天

發布時間 : 2019-07-02     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

  近日,火箭院在“低溫推進劑蒸發量控制技術”上取得突破,這項技術可以使我國低溫火箭在軌時間延長到30天,為我國深空探測以及遠距離空間運輸提供了可行條件。
  該技術團隊成員張少華介紹,低溫火箭還有一個高冷的名字叫“冰箭”,它采用的液氫、液氧等低溫化學推進劑無毒、無污染,經濟實惠、效率高,因此在國內外運載火箭和上面級都得到了廣泛應用。我國的長征五號運載火箭、長征七號運載火箭等都屬于低溫火箭。不過,低溫火箭雖好,但長時間飛行卻受到制約。在此之前,國內外低溫火箭在軌時間大多只能維持在幾十分鐘到幾小時之間。

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△ 長征七號運載火箭 

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  低溫火箭的在軌時間是由什么決定的呢?張少華介紹,制約低溫火箭在軌時間的主要因素是推進劑的蒸發損失。我們都知道,常壓下液氫為-253°C,液氧為-183°C,溫度極低,低溫火箭長時間在軌飛行,會面臨嚴酷的熱環境,低溫推進劑受熱,會大量蒸發。由于火箭攜帶的低溫推進劑總量有限,大量蒸發必然影響燃料供給,制約在軌任務的時間。這就好比汽車油箱里的油,油的多少決定著汽車最終能夠行駛的距離,推進劑之于火箭也是一樣的道理。 

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△長征五號運載火箭 

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  另外,火箭在飛行時,每隔一段時間就要向外排氣,維持貯箱壓力不超限。但是,在太空微重力環境下,氣體和液體低溫推進劑交織在一起,難以分離,排氣的時候,也有大量液體推進劑夾帶在氣體中被排出貯箱,造成推進劑損失,制約低溫火箭在軌飛行時間。
  如何延長低溫火箭在軌時間一直困擾著國內外航天設計師,火箭院又是怎么破解的呢?張少華介紹,“低溫推進劑蒸發量控制技術”使用了兩種先進材料和一種排氣方案。

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△ 新型聚氨酯泡沫隔熱材料

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  火箭院研制的兩種先進隔熱材料,一種是“新型聚氨酯泡沫隔熱材料”,相比傳統泡沫材料,它的隔熱能力在低溫條件下提升50%以上;另一種是“變密度多層隔熱材料”,相比普通多層隔熱材料,隔熱能力提升18%以上。 

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△ 復合隔熱材料熱性能試驗 

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  火箭院現役火箭低溫推進劑的蒸發量是每天蒸發2.5%以上,將來如果火箭用上以上兩種隔熱效果顯著的材料,低溫推進劑每天的蒸發量可以減少到0.5%。這意味著火箭攜帶同樣重量的低溫推進劑,在軌時間可以大大延長。
  同時,火箭院還采用了“熱力學排氣方案”,這種方案能夠在盡可能少的推進劑排出的情況下實現有效排氣,保持貯箱壓力,也減少了推進劑損失。

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△ 低溫熱力學排氣系統地面集成試驗 

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  張少華介紹,“低溫推進劑蒸發量控制”技術已于近日通過了大型地面試驗驗證,方案正確可行。該技術的突破,能夠使我國低溫火箭在軌時間長達30天,實現低溫推進劑長期在軌貯存,對于未來大規模深空探測及遠距離空間運輸等任務具有長遠意義。

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