Kapalný motor apogee - Liquid apogee engine

400 N hypergolický kapalný apogeový motor, včetně tepelného štítu a montážní konstrukce, vystavený v návštěvnickém centru DLR, Lampoldshausen, Německo. Motor byl navržen pro použití na satelitech Symphonie. Jednalo se o první tříosé stabilizované komunikační satelity na geostacionární oběžné dráze, které pro vložení na oběžnou dráhu používaly motor kapalného bipropellantu apogee.

Kapalina Apogee motor ( LAE ), nebo Apogee motoru , se odkazuje na druh chemické raketového motoru typicky používá jako hlavní motor v kosmické lodi .

Název apogee engine je odvozen od typu manévru, pro který se motor obvykle používá, tj . Změny v prostoru delta v provedené v apogeu eliptické oběžné dráhy za účelem jeho cirkulace. U geostacionárních satelitů se tento typ orbitálního manévru provádí k přechodu z geostacionární přenosové oběžné dráhy a umístění satelitu na stanici na kruhovou geostacionární oběžnou dráhu . Navzdory názvu lze motor apogee použít pro řadu dalších manévrů, jako je deorbit na konci životnosti, útěk na oběžnou dráhu Země, vložení planetární orbity a planetární sestup/výstup.

V některých částech kosmického průmyslu je LAE také označován jako kapalný apogeový motor (LAM), kapalný apogeový pohon (LAT) a v závislosti na hnacím plynu dvojitý režim kapalného apogeového pohonu (DMLAT). Navzdory nejednoznačnosti, pokud jde o použití motoru a motoru v těchto názvech, všechny používají kapalný pohon. Apogee kop motoru (AKM) nebo apogee zesílení motor (ABM), jako je například Waxwing však používá tuhé pohonné látky. Tyto verze na tuhá paliva se na satelitech nové generace nepoužívají.

Dějiny

Motor apogee sleduje svůj původ na počátku 60. let minulého století, kdy se společnosti jako Aerojet , Rocketdyne , Reaction Motors , Bell Aerosystems , TRW Inc. a The Marquardt Company účastnily vývoje motorů pro různé satelity a kosmické lodě.

Deriváty těchto původních motorů se používají dodnes a neustále se vyvíjejí a přizpůsobují novým aplikacím.

Rozložení

Typické schéma motoru pro kapalnou apogee lze definovat jako motor s:

  • tlakově regulované hypergolické tekuté bipropellantové krmivo,
  • tepelně izolované solenoidové nebo momentové ventily motoru,
  • sestava vstřikovače obsahující (i když v závislosti na vstřikovači) centrální galvanizaci oxidantů a vnější galerii paliva,
  • radiační a filmem chlazená spalovací komora,
  • charakteristická rychlost omezená tepelnou schopností materiálu spalovací komory,
  • Součinitel tahu omezený poměrem nadzvukové plochy expanzní trysky.

K ochraně kosmické lodi před sálavým teplem spalovací komory jsou tyto motory obvykle instalovány společně s tepelným štítem .

Hnací plyn

Motory Apogee obvykle používají jedno palivo a jedno oxidační činidlo. Tento hnací plyn je obvykle, ale není omezen na, hypergolickou kombinaci, jako například:

Hypergolické kombinace pohonných hmot se při kontaktu ve spalovací komoře motoru vznítí a nabízejí velmi vysokou spolehlivost zapalování a schopnost opětovného vznícení.

V mnoha případech smíšené oxidy dusíku (MON), jako je MON-3 ( N.
2Ó
4s 3% hmotn. NO ), se používá jako náhrada za čistý N
2Ó
4.

Použití N.
2H
4je v Evropě ohrožen předpisy REACH . V roce 2011 přidala rámcová legislativa REACH N.
2H
4na jeho kandidátský seznam látek vzbuzujících mimořádné obavy . Tento krok zvyšuje riziko, že použití N.
2H
4 bude v blízké až polovině období zakázáno nebo omezeno.

Hledají se výjimky, aby N
2H
4aby byly použity pro vesmírné aplikace, ale aby se toto riziko zmírnilo, společnosti zkoumají alternativní pohonné hmoty a návrhy motorů. Přechod na tyto alternativní pohonné látky není přímočarý a otázky, jako je výkon, spolehlivost a kompatibilita (např. Satelitní pohonný systém a infrastruktura místa startu), vyžadují prozkoumání.

Výkon

Výkon motoru apogee se obvykle uvádí jako impuls a vakuový tah specifický pro vakuum. Existuje však mnoho dalších podrobností, které ovlivňují výkon:

  • Charakteristická rychlost je ovlivněna konstrukčními detaily, jako je kombinace pohonných hmot, vstupní tlak pohonných hmot, teplota hnacího plynu a poměr směsi hnacích plynů.
  • Součinitel tahu je ovlivněn především poměrem nadzvukové plochy trysky.

Typický hypergolický kapalný apogeový motor třídy 500 N má vakuový specifický impuls v oblasti 320 s, přičemž praktický limit se odhaduje na blízko 335 s.

Ačkoli byly tyto motory uváděny na trh, aby poskytovaly určitý jmenovitý tah a jmenovitý specifický impuls při jmenovitých podmínkách přívodu hnacího plynu, ve skutečnosti procházejí přísnými testy, kde je výkon zmapován v celé řadě provozních podmínek, než jsou považovány za letově kvalifikované . To znamená, že výrobní motor vhodný pro let může výrobce (v rozumných mezích) vyladit tak, aby splňoval konkrétní požadavky mise, jako je vyšší tah.

Úkon

Většina motorů apogee je provozována způsobem on -off na pevné úrovni tahu. Důvodem je, že použité ventily mají pouze dvě polohy: otevřené nebo zavřené.

Doba, po kterou je motor zapnutý, někdy označovaná jako doba hoření , závisí jak na manévru, tak na schopnostech motoru. Motory jsou způsobilé na určitou minimální a maximální dobu jednoho vypalování.

Motory jsou také způsobilé poskytovat maximální kumulativní dobu hoření, někdy označovanou jako kumulativní propustnost propelentu . Životnost motoru na konkrétní úrovni výkonu je dána dobou použitelnosti konstrukčních materiálů, zejména těch, které se používají pro spalovací komoru.

Aplikace

Lze zjednodušit rozdělení mezi apogee motory používané pro telekomunikace a průzkumné mise:

  1. Současné platformy telekomunikačních kosmických lodí mají tendenci těžit více z vysokého specifického impulsu než z vysokého tahu. Čím méně paliva se spotřebuje, aby se dostalo na oběžnou dráhu, tím více je k dispozici pro udržení stanice, když je na stanici. Toto zvýšení zbývajícího paliva může být přímo převedeno na prodloužení životnosti satelitu, což zvyšuje finanční návratnost těchto misí.
  2. Planetární průzkumné kosmické lodě, zejména ty větší, mají tendenci těžit více z vysokého tahu než z vysokého specifického impulsu. Čím rychleji vysoká delta v manévr může být proveden, tím vyšší je účinnost tohoto manévru, a je zapotřebí méně hnací prostředek. Toto snížení potřebného hnacího plynu lze přímo přeložit na zvýšení hmotnosti autobusu a užitečného zatížení (ve fázi návrhu), což umožňuje lepší návrat vědy na tyto mise.

Skutečný motor zvolený pro misi závisí na technických podrobnostech mise. Při rozhodování hraje roli i praktičtější úvaha, jako je cena, dodací lhůta a omezení vývozu (např. ITAR ).

Viz také


Reference