專利名稱：一種太空往返飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)載工具，特別是一種能夠完全重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。
目前使用的航天工具有兩類1、航天飛機(jī)主要由助推器和軌道器組成，是部分重復(fù)使用的，其價(jià)值約合3000萬美元的大貯箱在用完后墜入大氣層燒毀，其兩個固體助推器可重復(fù)使用，但必須出動海上打撈船隊(duì)才能回收利用，軌道器雖可重復(fù)利用，但不具備主動飛行能力，再入走廊較窄，地面發(fā)射和回收系統(tǒng)復(fù)雜，當(dāng)需要從太空中緊急返回時(shí)在軌等待時(shí)間較長，著陸要求一次成功，轉(zhuǎn)場需要馱機(jī)等，因而使用效果差。2、運(yùn)載火箭(含宇宙飛船)是一次使用的，且地面發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間超過50天。兩者均不具備完全重復(fù)使用性能，而且使用探作復(fù)雜，因而導(dǎo)致目前航天運(yùn)輸費(fèi)用昂貴，超過了黃金的單價(jià)，嚴(yán)重阻礙了空間開發(fā)的大規(guī)模商業(yè)化。
為此世界上許多國家提出發(fā)展新的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，其中包括兩級完全重復(fù)使用航天運(yùn)載器。俄羅斯和美國分別在《航空周刊、1990.11.19》和《IAF89-221》中提出垂直起飛水平降落兩級完全重復(fù)使用的運(yùn)載器，德國在文獻(xiàn)《AIAA89-5007》中公布了水平起降的兩級完全重復(fù)使用的運(yùn)載器。但它們在總體方案上都不具備重返大氣層后主動飛行和應(yīng)急隨時(shí)返回的能力，地面使用維護(hù)不方便。
本發(fā)明的目的是提供一種太空往返飛行器，以克服目前航天運(yùn)載工具不能完全重復(fù)使用、使用維護(hù)不方便等缺陷，它任務(wù)適應(yīng)能力強(qiáng)，能完全重復(fù)使用，使用維護(hù)方便，地面周轉(zhuǎn)時(shí)間短，既能提供低費(fèi)用的航天往返運(yùn)輸服務(wù)，又能提供在軌服務(wù)，還能提供高速遠(yuǎn)程的跨洋運(yùn)輸服務(wù)，從而擴(kuò)大航天商業(yè)服務(wù)范圍，使航天商業(yè)開發(fā)費(fèi)用進(jìn)入人們可以接受的程度。
本發(fā)明目的是通過以下結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，本太空往返飛行器由一大飛行體和一小飛行體組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置連接，大、小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機(jī)，在小飛行體的有效載荷艙與機(jī)尾艙之間設(shè)有與機(jī)身一體化的裝有液體推進(jìn)劑的貯箱，小飛體的尾部通過機(jī)架裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，機(jī)尾艙上裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道；在大飛行體上設(shè)有與機(jī)身一體化的裝有液體推進(jìn)劑的貯箱，尾部裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，機(jī)尾艙內(nèi)設(shè)有油箱機(jī)尾艙上裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道。其中大飛行體在整機(jī)中起助推作用，小飛行體為軌道器，在整機(jī)中用來完成軌道飛行任務(wù)，大小兩個飛行體均可由現(xiàn)有的航天飛機(jī)軌道器改進(jìn)而成。小飛行體在現(xiàn)有航天飛機(jī)軌道器的有效載荷艙與機(jī)尾艙之間加裝了與機(jī)身一體化、用來給液體火箭發(fā)動機(jī)提供液體推進(jìn)劑的貯箱，在機(jī)體尾部通過機(jī)架加裝了使用航空煤油、為機(jī)體巡航、水平起降、轉(zhuǎn)場飛行提供動力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，在機(jī)尾艙還加裝了給渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)提供航空煤油的油箱，在機(jī)尾艙上加裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道，當(dāng)然，生產(chǎn)該飛行體時(shí)，火箭發(fā)動機(jī)總推力會有所調(diào)整，機(jī)體其它部分根據(jù)加裝需要作適應(yīng)性變化。大飛行體是用來運(yùn)送小飛行體的，與現(xiàn)有航天飛機(jī)軌道器相比，它取消了有效載荷艙，由與機(jī)身一體化的、用來給液體火箭發(fā)動機(jī)提供液體推進(jìn)劑的貯箱取代，并去掉了軌道機(jī)動發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和氣閘艙，在機(jī)體尾部通過機(jī)架加裝了使用航空煤油、為機(jī)體巡航、水平起降、轉(zhuǎn)場飛行提供動力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，在機(jī)尾艙還加裝了為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)提供航空煤油的油箱，在機(jī)尾艙上加裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道，當(dāng)然，生產(chǎn)飛行體時(shí)，火箭發(fā)動機(jī)總推力會有所調(diào)整，機(jī)體其它部分根據(jù)加裝需要作適應(yīng)性變化。
上述兩個飛行體可通過現(xiàn)有的、廣泛用于航空航天飛行器的連接分離裝置并聯(lián)而成，連接分離裝置既可以沿用現(xiàn)有的航天飛機(jī)軌道器的連接分離裝置，也可以采用搖臂式連接分離裝置，還可以采用其它火工連接分離裝置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、小飛行體和大飛行體均可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)無損著陸，具備完全重復(fù)使用能力。2、可以在任何國際機(jī)場單獨(dú)水平起降和轉(zhuǎn)場，使用維護(hù)方便。3、返回區(qū)和著陸可選區(qū)域大，機(jī)動性強(qiáng)，具有隨時(shí)從太空中應(yīng)急返回能力，當(dāng)需要應(yīng)急返回時(shí)，在軌等待時(shí)間為零。4、再入走廊寬，再入熱環(huán)境好，飛行器再入熱平衡溫度低。5、具有自主巡航能力，因而可以在著陸前耗散再入返回時(shí)帶來的大量熱量。6、有動力著陸，著陸可靠性和安全性高。7、開發(fā)、使用、維護(hù)成本低，可實(shí)現(xiàn)太空旅游和大規(guī)模開發(fā)太空。8、發(fā)射周轉(zhuǎn)時(shí)間短、發(fā)射效率高，地面發(fā)射周轉(zhuǎn)時(shí)間可減少為15天。9、運(yùn)載能力高，任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)，可以起到航天飛機(jī)、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站綜合作用。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述

圖1本發(fā)明的整機(jī)主視2本發(fā)明中小飛行體的主視3為小飛行體的俯視4為小飛行體的左視5為本發(fā)明中大飛行體的主視6為大飛行體的俯視7為大飛行體的左視圖本實(shí)施例為一種完全重復(fù)使用太空往返飛行器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由小飛行體1和大飛行體2利用已知的連接分離裝置3(分連接分離裝置上支點(diǎn)和連接分離裝置下支點(diǎn))腹部對腹部地并聯(lián)在一起，連接分離裝置可以是搖臂式連接分離裝置，火工連接分離裝置或沿用現(xiàn)有航天飛機(jī)小飛行體連接分離裝置，其中大飛行體起飛質(zhì)量約為小飛行體起飛質(zhì)量的四倍左右，大飛行體直徑比小飛行體直徑大0.5倍左右，大飛行體比小飛行體長0.5倍左右。大飛行體推進(jìn)劑量不少于小飛行體推進(jìn)劑量的四倍，大飛行體火箭發(fā)動機(jī)總推力不小于小飛行體火箭發(fā)動機(jī)總推力的5倍，大飛行體的機(jī)翼面積是小飛行體機(jī)翼面積的1.5倍以上。圖2、3、4為小飛行體各向視圖。該小飛行體是由現(xiàn)有航天飛機(jī)軌道器改進(jìn)而成，在機(jī)體尾部加裝有使用航空煤油的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)4。在機(jī)體上有效載荷艙5與機(jī)尾艙6之間加裝有與機(jī)身一體化的用來給液體火箭發(fā)動機(jī)提供液體推進(jìn)劑的貯箱7，在機(jī)尾艙6還裝有為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)提供艙空煤油的油箱，并在機(jī)翼上方的機(jī)尾艙6上加裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道9。圖5、6、7為大飛行體各向視圖，它是由現(xiàn)有航天飛機(jī)小飛行體改進(jìn)而成，在機(jī)體尾部加裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)10，取消了有效載荷艙3，由與機(jī)身一體化、用來給液體火箭發(fā)動機(jī)提供液體推進(jìn)劑的貯箱11取代，并去掉了軌道機(jī)動發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和氣閘艙，在機(jī)尾艙還加裝有為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)提供航空煤油的油箱。在機(jī)翼上方的機(jī)尾艙12上加裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道14，且所述的大、小飛行體的后端基本位于同一平面內(nèi)。
本發(fā)明所述太空往返飛行器以如下方式工作其整機(jī)采取垂直發(fā)射，水平著陸，自帶動力主動飛行方式，即發(fā)射時(shí)兩個飛行體通過連接分離裝置腹部對腹部地并聯(lián)在一起，整體垂直置于發(fā)射臺上，由地面發(fā)射控制臺發(fā)布指令，兩個飛行體火箭發(fā)動機(jī)同時(shí)點(diǎn)火，整體同時(shí)離地，垂直起飛升空。整體同時(shí)垂直發(fā)射升空后，開始程序轉(zhuǎn)彎，當(dāng)達(dá)到一定高度后，小飛行體火箭發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，大飛行體火箭發(fā)動機(jī)繼續(xù)工作，直到大飛行體貯箱中的液體推進(jìn)劑消耗完畢，其火箭發(fā)動機(jī)全部關(guān)閉之后，連接分離裝置解鎖，大飛行體與小飛行體脫離。大飛行體與小飛行體分離后，在其飛行員的探縱和姿控系統(tǒng)的控制下執(zhí)行下列動作滾轉(zhuǎn)180°；抵達(dá)彈道頂點(diǎn)并調(diào)姿；大飛行體再入；大飛行體經(jīng)過大氣的阻滯，作減速飛行；大飛行體在其渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)推動下，在冷空氣中作至少10min以上巡航飛行直至機(jī)體在地面機(jī)場完成有動力水平定點(diǎn)著陸。小飛行體與大飛行體分離后，靠自帶動力主動飛行，整體全部入軌，小飛行體完成在軌任務(wù)后在其飛行員的操縱和姿控系統(tǒng)的控制下執(zhí)行下列動作離軌制動，進(jìn)入返回軌道；小飛行體再入；小飛行體經(jīng)過大氣的阻滯，作減速飛行；小飛行體在其渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)推動下，在冷空氣中作至少10min以上巡航飛行直至機(jī)體在地面機(jī)場完成有動力水平定點(diǎn)著陸。大飛行體和小飛行體在機(jī)場經(jīng)過一定的休整，分別加注燃油，各自利用其自身的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)單獨(dú)完成轉(zhuǎn)場飛行的水平起飛、續(xù)航和水平著陸，回飛至發(fā)射中心并入庫，待命執(zhí)行下次航天發(fā)射和飛行任務(wù)。
按本例所述方案制造的太空往返飛行器，其典型運(yùn)載能力和主要飛行特性如下運(yùn)載能力發(fā)射衛(wèi)星質(zhì)量5噸，回收衛(wèi)星質(zhì)量5噸或運(yùn)載乘客25人。
發(fā)射地點(diǎn)中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心LEO軌道200×450km×52°為提高地面測發(fā)控效率和可靠性安全性，整機(jī)采取在機(jī)動式發(fā)射車上垂直總裝對接、整體垂直運(yùn)輸至發(fā)射臺方式，全機(jī)檢測采取全部自動化方式，飛行控制以自動為主、飛行員手動駕駛和地面控制備保，飛行軟件具備故障檢測和應(yīng)急處理能力，采取“故障-工作、再故障-安全”模式。為創(chuàng)造一個良好的返回環(huán)境，兩個飛行體采用大攻角配平布局，配平攻角大于30°，為增強(qiáng)機(jī)體防熱性能，機(jī)體熱防護(hù)采用添加有顆粒狀陶瓷的石英材料；為耗散返回時(shí)帶來的大量熱量，其最好方式是在冷空氣中巡航10min以上，為擴(kuò)大和增強(qiáng)其機(jī)動性能，機(jī)身采用方拱形非軸對稱外形；為充分發(fā)揮效益，可制成不同規(guī)格，通過裝載不同的有效載荷，分別完成下述任務(wù)太空旅游、太空營救、地球資源和氣象調(diào)查、全球觀測和太空觀測、空間實(shí)驗(yàn)室、衛(wèi)星發(fā)射，衛(wèi)星抓取和維修、衛(wèi)星補(bǔ)給、衛(wèi)星回收、太空站補(bǔ)給和人員物質(zhì)來往運(yùn)送、太空偵察以及太空戰(zhàn)略布署和截?fù)舻取?br> 權(quán)利要求
1.一種太空往返飛行器，其特征在于它由一大飛行體(2)和一小飛行體(1)組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置(3)連接，大、小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機(jī)、機(jī)翼和起落架，在小飛行體(1)的有效載荷艙(5)與機(jī)尾艙(6)之間設(shè)有與機(jī)身一體化的裝有液體推進(jìn)劑的貯箱(7)，小飛行體的尾部通過機(jī)架裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)(4)，機(jī)尾艙(6)內(nèi)設(shè)有油箱，機(jī)尾艙(6)上裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道(9)；在大飛行體(2)上設(shè)有與機(jī)身一體化的裝有液體推進(jìn)劑的貯箱(11)，尾部裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)(10)，機(jī)尾艙(12)內(nèi)設(shè)有油箱，機(jī)尾艙(12)上裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體的機(jī)翼面積是小飛行體機(jī)翼面積的1.5倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體(2)的直徑和長度分別比小飛行體(1)的直徑和長度大0.47倍以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體(2)和小飛行體(1)的液體火箭發(fā)動機(jī)單臺主機(jī)相同。
全文摘要
本發(fā)明為一種太空往返飛行器，它由一大飛行體和一小飛行體組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置連接，大小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機(jī)并設(shè)有機(jī)身一體化推進(jìn)劑貯箱，機(jī)體尾部通過機(jī)架裝設(shè)有渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)在于具備完全重復(fù)使用性能，使用維護(hù)方便，機(jī)動性強(qiáng)，具有應(yīng)急返回能力，再入走廊寬，再入熱環(huán)境好，具有自主巡航能力。
文檔編號B64G1/14GK1157247SQ9610118
公開日1997年8月20日 申請日期1996年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月16日
發(fā)明者蔡耀華 申請人:蔡耀華