Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги (варианты)

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для защиты космических аппаратов (КА) и станций от жидкофазных контаминантов, содержащихся в реактивных струях, истекающих из сопел ракетных двигателей на химическом топливе. Согласно изобретению каждое из сопел снабжено осесимметричным ему устройством защиты в виде экрана с расположенным внутри поглощающим телом, торцевые поверхности которых герметично примыкают к срезу сопла, причем снаружи между экраном и поглощающим телом выполнен вентиляционный зазор (первый вариант). В другом варианте поглощающее пористое вещество выполнено в форме тела вращения, охватывающего сопло и имеющего соосные (торцевые) отверстия, между которыми это сопло расположено. В поглощающем теле может быть установлена электрорегенерационная спираль. Изобретение позволяет надежно защитить поверхности КА от жидких капель контаминантов для основных известных механизмов образования и разлета таких капель со среза сопла. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для защиты поверхностей космических аппаратов (КА) и космических станций (КС) от загрязнений жидкофазными контаминантами, образующимися при работе управляющих ракетных двигателей малой тяги (РДМТ), в том числе работающих на самовоспламеняющихся топливах типа азотный тетраксид в качестве окислителя и несимметричный диметилгидразин в качестве горючего.

Известно устройство [1], предназначенное для предотвращения загрязнения искусственного спутника (ИС), возникающего при работе блока двигателей, и представляющее собой дискообразные панели, устанавливаемые перед участком защищаемой поверхности ИС. Недостатком данного устройства является то, что оно защищает только от контаминантов, переносимых газовой фазой выхлопа двигателей в соответствующем телесном угле пространства, занятого его струей. Устройство не защищает поверхности от той части контаминантов, образующихся в жидкостных ракетных двигателях малой тяги (ЖРДМТ), которая является основной при импульсной работе ЖРДМТ и которая первоначально движется вдоль поверхности сопла двигателя в виде жидкой пленки. Такое устройство не может быть использовано для защиты поверхностей современных КА и КС блочных конструкций с пространственной компоновкой блоков.

Известно также устройство, предназначенное для защиты элементов межпланетного КА от загрязняющих воздействий ЖРДМТ, описанное в работе [2] и представляющее собой металлический экран в виде элемента цилиндрической поверхности, расположенный за блоком из шести двигателей. Такое устройство способно экранировать лишь от контаминантов из периферийной области с углами более 90^o от оси выхлопной струи. Кроме того, в случае близкого расположения двигателей к корпусу аппарата, как это имеет место в большинстве случаев, такая конструкция экрана не может быть использована.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является защита поверхностей КА и КС сложных и пространственных форм в оптимальном телесном угле распространения выхлопных струй без снижения тяги двигателей от загрязняющих веществ, образующихся при работе РДМТ, в том числе в импульсных режимах. На стадиях запуска и останова РДМТ часть топлива в виде жидкофазных продуктов неравновесных и нестехиометрических реакций, являющихся малоиспаряющимися контаминантами, содержится в виде паров или микрокапель в газовой фазе струи или первоначально движется по внутренним поверхностям камеры двигателя в виде пленок, сдуваемых в моменты последующих запусков газовой фазы струи, дробится и разлетается в жидкокапельной форме в стороны под углами от 45 до 120^o к оси сопла (1-ый механизм выноса контаминантов), а также той части контаминантов, которая за счет сил повышенной смачиваемости в вакууме и сил поверхностного натяжения разворачивается на кромке сопла и перемещается по его внешней поверхности (2-ой механизм выноса контаминантов).

Решение этой задачи в максимальной степени предотвращает попадание контаминантов на поверхности КА и КС сложных форм, а также пространственных блочных компоновок, приводящее к загрязнению поверхностей объектов с изменением их функциональных характеристик и нарушению нормальной работы КА и КС.

Для решения этой задачи предлагается два варианта защиты поверхностей КС и КА от контаминантов.

В первом варианте двигательной установки (фиг.1) с помощью устройства защиты предотвращается загрязнение поверхностей КА и КС двумя перечисленными механизмами выноса контаминантов. Для этого каждое из сопел 1 камер 2 РДМТ снабжено осесимметричным ему устройством защиты поверхностей КА и КС от парообразных и жидкофазных контаминантов. Устройство представляет собой экран 3 с расположенным внутри него поглощающим телом 4. Торцевые поверхности экрана и поглощающего тела герметично соединены между собой и закреплены без зазора на срезе сопла. Внешняя поверхность поглощающего тела 4 расположена относительно экрана с вентиляционным зазором 5, а внутренняя поверхность 6 пористого тела имеет угол конусности не менее выходного угла сопла. Внутренний диаметр торцевой поверхности поглощающего тела, прилегающего к срезу сопла, выбирается в диапазоне 1,02-1,1 от внутреннего диаметра среза сопла. Первый вариант устройства целесообразно использовать в случае близкого расположения двигателей к поверхностям КА и КС.

Во втором варианте предлагаемого устройства обеспечивается защита от контаминантов, выносимых из двигателей по первому механизму, т.е. от контаминантов, выносимых с газовой фазой реактивной струи и жидкофазных контаминантов, движущихся в виде пленок по стенкам камеры двигателя и сдуваемых с кромок сопла.

В этом варианте (фиг.2) каждое из сопел РДМТ 1 окружено осесимметричным ему устройством защиты КА и КС от жидкофазных контаминантов, содержащихся в периферийной части реактивной струи, а также движущихся вдоль внутренней стенки сопла 1 и разбрызгиваемых на его кромке в стороны. Устройство представляет собой охватывающее сопло и поглощающее контаминанты пористое тело 2, выполненное в виде тела вращения с двумя соосными взаимопротивоположными отверстиями 3 и 4, между которыми расположен срез сопла 5. Форма экрана по второму варианту может быть выполнена, например, цилиндрической в виде усеченного конуса, в виде тора. Пример выполнения тела вращения в виде цилиндра приведен на фиг. 2.

Второй вариант устройства наиболее целесообразно использовать для выносных двигательных установок, размещаемых на расстоянии от КА и КС на специальных штангах.

В обоих вариантах может быть предусмотрена также электронагревательная спираль 7 для погашенного нагрева пористого тела с целью периодической регенерации его поглотительной способности.

Формула изобретения

1. Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги, содержащая сопла для истечения реактивной струи, в которой образуются наряду с продуктами полного сгорания топлива жидкофазные контаминанты, а также устройство защиты поверхностей космического аппарата от указанных контаминантов, отличающаяся тем, что устройство защиты осесимметрично охватывает каждое из сопл ракетного двигателя малой тяги и представляет собой экран с расположенным внутри него поглощающим пористым телом, торцевые поверхности которых герметично соединены между собой и закреплены без зазора на срезе сопла, при этом внешняя поверхность поглощающего пористого тела расположена относительно экрана с вентиляционным зазором, а его внутренняя поверхность имеет угол конусности не менее выходного угла сопла, причем внутренний диаметр торцевой поверхности поглощающего пористого тела, прилегающий к срезу сопла, выбирается в диапазоне 1,0 - 1,1 внутреннего диаметра среза сопла.

2. Управляющая двигательная установка космических аппаратов и станций с ракетными двигателями малой тяги, содержащая сопла для истечения реактивной струи, в которой образуются наряду с продуктами полного сгорания топлива жидкофазные контаминанты, а также устройство защиты поверхностей космического аппарата от указанных контаминантов, отличающаяся тем, что устройство защиты осесимметрично охватывает каждое из сопл ракетного двигателя малой тяги и представляет собой поглощающее пористое тело вращения с двумя соосными взаимопротивоположными отверстиями, между которыми расположен срез сопла.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что внутри поглощающего пористого тела установлена электронагревательная регенерационная спираль.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2