[其他]發射太空船的方法和裝置

在審

• 申請號: 101987000006637
• 申請日: 1987-09-30
• 公開（公告）號: CN1004998B
• 公開（公告）日: 1989-08-16
• 發明（設計）人: 羅森·哈羅德·A
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李永波

發射包含一個儀表艙和一個輸送級的太空船并回收輸送級的裝置和方法，其中輸送級有一個由液體雙組元推進劑驅動的火箭發動機，通過減少輸送級質量，使回收輸送級以便重復使用成為可能并使所花費用減少。采用了多種技術來減少輸送級質量，如將推進劑組元分別裝在太空船外部的貯箱中，與太空船一起由運輸飛行器輸送到一停泊軌道，再將推進劑轉移到相應的太空船貯箱中。本發明尤其可用于將儀表艙送入地球同步軌道。

本申請是1985年10月1日申請的、申請號為782746的申請的部分繼續申請。

本發明涉及太空船的發射和將太空船送入地球上方的預定軌道，更具體地說，是涉及一種減少火箭上面級（upper rocket stage）質量的方法，使得減少的數量足以使回收上面級（以便重復使用）成為可能并使費用低。

設計和建造采用由液體雙組元推進劑（例如包括氧化劑和燃料兩種組元的液體雙組元推進劑）提供動力的發動機的太空船并將太空船從地球上發射的一個主要目的是要最佳地利用與太空船一起被帶入上空的總質量的比例，總質量包括一旦太空船達到地球上空較低的地心引力環境時用于推動太空船飛行的雙組元推進劑組元質量。

隨著航天飛機的誕生，促使人們想建造一種具有一個可重復使用的火箭上面級的太空船，該火箭上面級可由航天飛機回收。為了使這種可重復使用的火箭上面級真正成為可能，則須通過保證完全地和有效地利用雙組元推進劑而使火箭上面級的總質量保持一最小值。

例如，對于由使用液體雙組元推進劑的發動機驅動的沿地球同步軌道運行的典型太空船來說，雙組元推進劑可以構成太空船和雙組元推進劑合起重量的75%左右。由液體雙組元推進劑提供動力的太空船從航天飛機上發射到圍繞地球的地球同步軌道一般至少需要足夠的雙組元推進劑將太空船從圍繞地球的一個相對較低的停泊軌道（Parking orbit）推入一個通常為橢圓形的轉移軌道（transfer orbit），然后將太空船從轉移軌道推入一個基本上為圓形的地球同步軌道上，使太空船在運行時間內執行與地面站保持一致的飛行任務（Station-keeping menoeuvres）。

但在過去，有一些因素一直妨礙著太空船總質量的減少和太空船的雙組元推進劑的有效利用。例如，在從地球上到進入地球上空較低地心引力環境的旅程期間，必須有足夠多的太空船構件來支承太空船的雙組元推進劑，因為在此期間，太空船和雙組元推進劑經受了很大的加速力。而且常常需要將足夠多的過剩雙組元推進劑帶上天空，以補償在計算太空船雙組元推進劑利用率過程中的不精確性。

在以前的太空船的發射中，液體雙組元推進劑通常裝在由與太空船連成一體的支承構件支承著的貯箱中而帶上天空。在從地球上發射到地球上空較低地心引力環境期間，液體雙組元推進劑的迅速加速和搖擺常常導致雙組元推進劑承受到力的作用，該力的大小等于雙組元推進劑靜止在地面上時地球引力作用在雙組元推進劑上的力的許多倍。結果，裝著雙組元推進劑的貯箱和支承著貯箱的支承構件必須足夠堅固，以承受這樣高的負載。遺憾的是，較堅固的貯箱和支承構件一般都比較龐大。因此，以前的太空船的貯箱和支承構件不得不做的足夠龐大和堅固，以承受發射期間雙組元推進劑的高負載。

過去，常常將太空船分級，以便在其進入地球上空較低地心引力環境后減少其總質量。例如，建造了這樣的太空船，在轉移軌道期間，其中將太空船從停泊軌道推入轉移軌道的太空船動力裝置部分分級。

而且，在過去，為了更有效地利用雙組元推進劑以避免有剩余量，采用了各種技術手段。例如，在火箭發動機點火期間，對雙組元推進劑的每種組元的消耗率進行測量，由此調節其進入火箭發動機的流率，以便達到更加完全地消耗雙組元推進劑的兩種組元。此外，就其發射次數很大的那種太空船來說，搜集了大量有關火箭發動機飛行中的性能數據，以提供一個相對較精確的估計值，用于估計對于一定的飛行任務，所需雙組元推進劑的每種組元的數量。

雖然用于有效利用液體雙組元推進劑的早期技術手段一般都是成功的，但是它們的使用還有一些缺點。例如，測量和調節在火箭發動機點火期間雙組元推進劑的流率不可能足夠精確地進行。而且，當一種太空船不具有其中要搜集的雙組元推進劑消耗率統計數據的多次發射的好處時，可能會有由不足的數據來精確地預測在一具體飛行任務期間，雙組元推進劑的消耗率。