一种空气燃料推动卫星的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种空气燃料推动卫星的装置和方法，其结构包括收集装置和反应装置，收集装置自上而下分为一级气体分离区域和二级气体分离区域，收集装置的顶端设有进气阀门，收集装置的两侧分别设有第一储能罐或第二储能罐，一级气体分离区域和二级气体分离区域分别通过超杜邦N117离子膜与第一储能罐或第二储能罐连通，反应装置通过气体输送管道与收集装置连接。本发明专利技术利用超杜邦N117离子膜分离出空气中的氧、氮、氙等气体，能够通过控制进气的速率和排气的速率保持储能罐内充满助燃气体和燃料气体，能够利用空气中的气体作为助燃剂，减少携带的燃料以及氧化剂；能够利用气体，将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出产生推力。推力。推力。

【技术实现步骤摘要】
一种空气燃料推动卫星的装置和方法


[0001]本专利技术涉及航天航空
，尤其是涉及一种空气燃料推动卫星的装置和方法。

技术介绍

[0002]目前卫星发射方法普遍是使用多级火箭推动的方法，即把火箭一级一级地连接起来，待每一级的燃料耗尽以后就把箭体分离，下级火箭提供强大的动力推动火箭起飞，上级负责继续加速，减轻整体质量，提高比冲。传统的卫星发射一般是搭载涡轮发动机、固态发动机、液态发动机和离子发动机，所携带的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、四氧化二氮
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肼类(偏二甲肼，一甲基肼，肼)、煤油等。脱离大气层之后，由于太空中属于真空状态，不可能使用螺旋桨推动，一般是运用化学推进器和电力离子推进器，离子推进器能够利用电能和氙气转化为带正电荷的高速离子流，然后通过对离子流输出高电压，离子流获得加速度，加速后的离子流使推进器获得高额的加速度前进，其原理本质上都是一样的，通过尾部喷出的外物推进。
[0003]根据人造卫星探测数据的推算，在距离地面10km的高度，空气密度约为地面的三分之一；在100km的高空，空气密度只有地面的千万分之四左右；在2000
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3000km的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这个数值，和星际空间的密度非常相近。地球90％的大气质量都集中在离地面高度16km内，故在火箭刚启动上升阶段收集气体为最适宜阶段。
[0004]卫星发射需要携带大量的燃料，卫星发射除去要克服自身的重量以外，还需要克服大量燃料的重量，故需要克服额外的负载飞行，这无疑会增加大量的能源损耗。当燃料耗尽，卫星会逐渐脱离轨道坠入大气销毁，即燃料会直接决定卫星的使用寿命。故燃料对于卫星的正常运作极其重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种空气燃料推动卫星的装置和方法，借助超杜邦N117离子膜收集助燃气体和燃料气体，以助燃气体和燃料气体作为卫星推进的主要动力，实现携带少量燃料发射卫星，减少不必要的能源损耗。
[0006]根据本专利技术的一个目的，本专利技术提供一种空气燃料推动卫星的装置，包括收集装置和反应装置，所述收集装置自上而下分为一级气体分离区域和二级气体分离区域，所述收集装置的顶端设有进气阀门，所述收集装置的两侧分别设有第一储能罐或第二储能罐，所述一级气体分离区域和所述二级气体分离区域分别通过超杜邦N117离子膜与所述第一储能罐或所述第二储能罐连通，所述第一储能罐和所述第二储能罐底端分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一储能罐和所述第二储能罐的底部分别装有第一排气阀门和第二排气阀门，所述反应装置通过气体输送管道与所述收集装置连接。
[0007]进一步地，所述一级气体分离区域并对称分布有第一超杜邦N117离子膜和第二超
杜邦N117离子膜，所述二级气体分离区域并对称分布有第三超杜邦N117离子膜和第四超杜邦N117离子膜。
[0008]进一步地，所述反应装置为燃烧室、电阻加热区、电弧加热区或放电室。
[0009]进一步地，所述收集装置的末端设有废气排出口。
[0010]根据本专利技术的另一个目的，本专利技术提供一种空气燃料推动卫星的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一，在火箭带动卫星向上推动的过程中收集空气中的助燃气体和燃料气体
[0012]在多级火箭向上推动卫星上升的过程中，打开进气阀门收集助燃气体和燃料气体；
[0013]步骤二，利用超杜邦N117离子膜分离出空气中的氧、氮、氢、氙等助燃气体和燃料气体并分开存储
[0014]超杜邦N117离子膜设置于卫星两侧前部，向前推进时，进气阀门自动开启，利用全回收吸附气体分离方法进行气体分离，第一储能罐用于装载氧气，第二储能罐用于装载氮气、氢气和氙气；
[0015]步骤三，控制进气的速率与排气的速率平衡，始终保持储能罐内充满可利用气体
[0016]利用第一压力传感器和第二压力传感器监测第一储能罐和第二储能罐内的气体压力，控制进气的速率与排气的速率平衡，始终保持第一储能罐和第二储能罐内充满助燃气体和燃料气体；首先打开进气阀门，轻微开启第一排气阀门和第二排气阀门，待助燃气体和燃料气体充满第一储能罐和第二储能罐时，打开第一排气阀门和第二排气阀门，控制助燃气体和燃料气体进气速率和排气速率平衡，在大气层内始终保持第一储能罐和第二储能罐处于充满助燃气体和燃料气体的状态；
[0017]步骤四，助燃气体和燃料气体作为燃料推动卫星发射
[0018]助燃气体和燃料气体进入反应装置与燃料混合燃烧，经喷射器喷出产生动力。
[0019]进一步地，还包括步骤五，对排出的废气进行二次选择性回收利用
[0020]通过超杜邦N117离子膜对排出的废气进行二次选择性收集，二次利用气体重新回到燃烧室与燃料混合燃烧产生推进力。
[0021]进一步地，步骤四中，第二储能罐排出的气体经过压缩后进入燃烧室，同时第一储能罐排出氧气作为氧化剂，在燃烧室内将化学能转化为热能，生成高温燃气后经喷管膨胀加速，将热能转化为气流动能从喷管排出产生推力。
[0022]进一步地，步骤四中，助燃气体和燃料气体进入到电阻加热区，利用电阻热加热助燃气体和燃料气体，气体受热膨胀进入喷管，将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出产生推力。
[0023]进一步地，步骤四中，助燃气体和燃料气体进入到电弧加热区，在阴极与阳极间加点火电压，阴极头部与喷管喉部间产生电弧放电，利用电弧迅速加热助燃气体和燃料气体，助燃气体和燃料气体被电弧加热后将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出产生推力。
[0024]进一步地，步骤四中，助燃气体和燃料气体经过放电室被电离成带电离子，通过电离助燃气体和燃料气体，利用电能加速工质，形成高速射流而产生推力。
[0025]本专利技术的技术方案在卫星发射阶段收集可利用的气体，利用超杜邦N117离子膜分离出空气中的氧、氮、氙等气体，能够通过控制进气的速率和排气的速率保持储能罐内充满
助燃气体和燃料气体，能够利用空气中的气体作为助燃剂，减少携带的燃料以及氧化剂；能够利用气体，将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出产生推力。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例气体分离与收集装置的正视剖面结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例的气体分离与收集装置的侧视剖面结构示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例的气体分离与收集装置的轴测结构示意图；
[0030]图4为本专利技术实施例的气体分离与收集装置的工作流程图。
[0031]图5为本专利技术实施例的优选方案中的电阻加热区结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气燃料推动卫星的装置，其特征在于，包括收集装置和反应装置，所述收集装置自上而下分为一级气体分离区域和二级气体分离区域，所述收集装置的顶端设有进气阀门，所述收集装置的两侧分别设有第一储能罐或第二储能罐，所述一级气体分离区域和所述二级气体分离区域分别通过超杜邦N117离子膜与所述第一储能罐或所述第二储能罐连通，所述第一储能罐和所述第二储能罐底端分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一储能罐和所述第二储能罐的底部分别装有第一排气阀门和第二排气阀门，所述反应装置通过气体输送管道与所述收集装置连接。2.根据权利要求1所述的空气燃料推动卫星的装置，其特征在于，所述一级气体分离区域并对称分布有第一超杜邦N117离子膜和第二超杜邦N117离子膜，所述二级气体分离区域并对称分布有第三超杜邦N117离子膜和第四超杜邦N117离子膜。3.根据权利要求1所述的空气燃料推动卫星的装置，其特征在于，所述反应装置为燃烧室、电阻加热区、电弧加热区或放电室。4.根据权利要求1所述的空气燃料推动卫星的装置，其特征在于，所述收集装置的末端设有废气排出口。5.一种空气燃料推动卫星的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，在火箭带动卫星向上推动的过程中收集空气中的助燃气体和燃料气体在多级火箭向上推动卫星上升的过程中，打开进气阀门收集助燃气体和燃料气体；步骤二，利用超杜邦N117离子膜分离出空气中的助燃气体和燃料气体并分开存储超杜邦N117离子膜设置于卫星两侧前部，向前推进时，进气阀门自动开启，利用全回收吸附气体分离方法进行气体分离，第一储能罐用于装载氧气，第二储能罐用于装载氮气、氢气和氙气；步骤三，控制进气的速率与排气的速率平衡，始终保持储能罐内充满可利用气体利用第一压力传感器和第二压力传感器监测第一储能罐和第二储能罐内的气体压力，控制进气的速率与排气的速率平衡，始终保持第一储...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建辉，谢堂，张伟荣，曾耀华，谭天，马明栋，霍宇轩，陈伯川，温雨欣，王嘉龙，梁家丽，周晓思，黄茜，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：