一种三段式空间运载系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三段式空间运载系统，属于航天技术领域。本发明专利技术包括：弹射器、运载飞机、空间飞行器，其特征在于：运载飞机由冲压喷气式发动机驱动；弹射器用于支承、推动、加速运载飞机，使运载飞机达到冲压喷气式发动机启动所需要的速度；运载飞机用于承载空间飞行器，并通过冲压喷气式发动机驱动运载空间飞行器达到预定的飞行速度、预定的位置、预定的空间高度；空间飞行器用于达到空间轨道。本发明专利技术基于环境不同特点，根据空间运载系统速度和高度将整个过程分为三段，每一段选用最优推进工具，避免了或部分避免了空间运载固有矛盾，提高了空间运载能力和经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三段式空间运载系统，属于航天

技术介绍
现有航天技术中，通常从地面垂直或者近乎垂直发射运载火箭以运送物质到空间轨道。这种空间运载方式有许多矛盾难以调和折衷，导致了火箭的低效性、很差的经济性、且不适合于某些应用场合，也限制了空间运载能力的极限。这些矛盾表现在。I)推力方向损失及阻力损失，由于对圆形、椭圆形及其它多数任务要求的最终飞行姿态是水平或近乎水平的。为了减少与推力方向改变有关的损失(推力方向损失)，理想的方式是使空间运载工具在相对较低速度爬升时就俯仰向上，飞行轨迹在早期就表现为近乎水平爬升而非垂直爬升。但是，结构应力及气动力加热等因素，阻碍了这种理想的飞行轨迹在空间运载工具经过大气层条件下的应用。气动力是一个与大气密度及空间运载工具本身速度相关的参数，垂直发射可以减少气动力损耗，但这是以付出了由于推力方向损失而造成的使用过量的推进剂为代价的。2)重力损失，运载火箭在大部分时间作垂直或者近乎垂直的飞行，重力直接抵销了相当部分的推力，导致了显著的重力损失。3)大气压力诱导的推力减少损失，火箭发动机的效率与排气喷口的面积是正相关的，但排气喷口的面积增加时，作用在火箭发动机喷口的大气环境压力也增加了。所以，在稠密大气中发射火箭不得不在这三个参数中折衷，最终，发动机推进效率受到了影响。4)由于推进剂及飞行通过人口稠密区可能带来危险性，火箭发射的操作和地址受到了明显的限制。为了解决或部分解决上述矛盾，提高空间运载能力和经济性，专利技术新的空间运载工具，是时之所需。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有空间运载的需要，提出一种三段式空间运载系统，以提高空间运载能力和经济性。本专利技术是这样实现的:所述一种三段式空间运载系统包括:弹射器、运载飞机、空间飞行器，其中，运载飞机包括一个或者一个以上冲压喷气式发动机，其特征是:运载飞机由冲压喷气式发动机驱动；运载飞机通过连接器A可拆卸地安装于弹射器；空间飞行器通过连接器B可拆卸地安装于运载飞机；弹射器用于支承、推动、加速运载飞机，使运载飞机达到冲压喷气式发动机启动所需要的速度；运载飞机用于承载空间飞行器，并通过冲压喷气式发动机的驱动运载空间飞行器达到预定的飞行速度、预定的位置、预定的空间高度；空间飞行器用于达到空间轨道。空间飞行器可以是运载火箭，太空船，航天飞机等。所述弹射器是电磁弹射器。电磁弹射器的好处是对辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉。所述弹射器的弹射轨道是水平的或者近乎水平的。水平的或者近乎水平的轨道方便操作，适合运载飞机起飞。所述弹射器安装于陆地固定场所。陆地固定场所方便操作、维护。所述弹射器安装于水面移动平台上，如航空母舰。水面移动平台具有明显的机动性，为发射地点和飞行轨迹提供了明显的优势。运载飞机的飞行轨迹中，最大上升角是较小的角度(小于45度),该角度满足所述运载飞机气动要求。以利用运载飞机的气动外形，避免破坏性的气动力载荷及热荷。运载飞机在飞行过程中，通过运载飞机自身的机动飞行和调整，使运载飞机能飞行在空间飞行器的预定轨迹方向上，以满足空间飞行器发射时的总能量给空间飞行器在预定上升轨迹中所需能量作出贡献。空间飞行器机动飞行比运载飞机机动飞行效率低很多。空间飞行器通过连接器B可拆卸地安装于运载飞机杨身内部。以获得较好的气动外形，减少空气阻力。空间飞行器通过连接器B可拆卸地安装于运载飞机机身之下。这样两者分离时比较方便安全。所述一种三段式空间运载系统的工作流程如下。I)空间飞行器通过连接器B可拆卸地安装于运载飞机之下；运载飞机通过连接器A可拆卸地安装于弹射器之上。进入第一阶段。2)启动弹射器；运载飞机沿着弹射轨道向前加速，达到冲压喷气式发动机启动所需要的速度；启动冲压喷气式发动机，运载飞机沿着弹射轨道进一步向前加速，达到运载飞机起飞速度；连接器A打开，运载飞机与弹射器分离，运载飞机起飞。进入第二阶段。3)运载飞机在冲压喷气式发动机驱动下进一步向前加速并上升，上升角是一个较小的角度(小于45度)，该角度满足运载飞机气动要求。4)运载飞机作机动飞行和调整，使运载飞机能飞行在空间飞行器的预定轨迹方向上，以满足发射时空间飞行器的总能量给空间飞行器在预定上升轨迹中所需能量作出贡献。5)当运载飞机达到预定的飞行速度、预定的位置、预定的空间高度后，连接器B打开，空间飞行器与运载飞机分离、发射。进入第三阶段。6)空间飞行器启动，空间飞行器进一步向前加速并上升，按照预定轨迹达到达到空间轨道。本专利技术中，因为冲压喷气式发动机的特点，它需要一定速度才能启动，所以，弹射器是必不可少的。本专利技术的优点在于:基于环境不同特点，根据空间运载系统的速度和高度将整个过程分为三段，每一段选用最优推进工具，避免了或部分避免了空间运载固有矛盾，提高了空间运载能力和经济性；在第一段，使用弹射器使冲压喷气式发动机快速达到启动速度，弥补了冲压喷气式发动机低速不能正常工作的特点；在第二段，冲压喷气式发动机加速，冲压喷气式发动机构造简单、重量轻、推重比大、成本低、以空气中的氧气为助燃剂，加上运载飞机的气动外形，将明显减少系统总质量，并可以选用更优轨道，还可飞到任意需要位置和恰当的高度；在第三段，空间飞行器加速并进入空间轨道，因为空间飞行器是在任意需要位置的高空发射，减少推力方向损失及阻力损失、重力损失；火箭发动机的排气喷口可以做大，减少大气压力诱导的推力损失，优化发射轨迹，绕开人口稠密区，避免不必要的机动飞行。【附图说明】图1 一种三段式空间运载系统侧视示意图。图2 —种三段式空间运载系统正视示意图。图3 —种三段式空间运载系统发射过程示意图。图中，I弹射器，1.1连接器A，2运载飞机，2.1连接器B，2.2冲压喷气式发动机，3空间飞行器，10飞行轨道，20飞行轨道。【具体实施方式】下面结合说明书的附图1、附图2和附图3对本专利技术作进一步描述。某年某月某日，本专利技术所述一种三段式空间运载系统于某发射场准备发射。所述一种三段式空间运载系统包括:弹射器(I)、运载飞机(2)、空间飞行器(3)，运载飞机(2)是双体飞机，左右两翼各有一个冲压喷气式发动机(2.2)，其特征是:运载飞机(2)由两个冲压喷气式发动机(2.2)驱动；运载飞机(2)通过连接器A (1.1)可拆卸地安装于弹射器(I);空间飞行器(3)通过连接器B (2.1)可拆卸地安装于运载飞机(2)，空间飞行器(3)位于双体的运载飞机(2)的两个机体之间；弹射器(I)用于当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三段式空间运载系统包括：弹射器、运载飞机、空间飞行器，其中，所述运载飞机包括一个或者一个以上冲压喷气式发动机，其特征在于：运载飞机由冲压喷气式发动机驱动；运载飞机通过连接器A可拆卸地安装于弹射器；空间飞行器通过连接器B可拆卸地安装于运载飞机；弹射器用于支承、推动、加速运载飞机，使运载飞机达到冲压喷气式发动机启动所需要的速度；运载飞机用于承载空间飞行器，并通过冲压喷气式发动机的驱动运载空间飞行器达到预定的飞行速度、预定的位置、预定的空间高度；空间飞行器用于达到空间轨道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱世军，
申请(专利权)人：邱世军，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23