在星际任务中减轻船载燃料重量的方法技术

本发明专利技术涉及一种在星际任务中减轻船载燃料重量的方法，其特征在于，该方法包括：将第一轨道飞行器宇宙飞船（１）从地球发射（１０ａ）到通向待探测的目标行星的第一星际轨道（３１，３３）上，将第二轨道飞行器宇宙飞船（２）从地球发射（１０ｂ）到通向交会点（３８）的第二星际轨道（３２，３４）上，该第二星际轨道不包括任何位于绕所述目标行星的轨道中的阶段，回收待运输的负载并将其装载到所述第一轨道飞行器宇宙飞船（１）上，所述第一轨道飞行器宇宙飞船（１）和负载从所述目标行星返回到所述交会点（３８），启动所述两个轨道飞行器宇宙飞船（１，２）的对接（１４），至少所述第二轨道飞行器宇宙飞船（２）和负载从所述交会点（３８）返回到地球轨道（４１）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。其特别 应用于例如执行火星探测任务的回程飞行中的星际宇宙飞船的领域。
技术介绍
宇航员和/或物质样本从遥远的行星返回到地球特别需要将例如被称为轨道飞行器(orbiter)的宇宙飞船发射到将被探测的行星上并使该 宇宙飞船返回到地球。在旅行过程中，特别是由于宇宙飞船必须加速 以脱离地球，然后在其到达将被探测的行星之前制动，再次加速以离 开行星，以及最后在到达地球之前制动，这一任务引起几种重要的操 作以及相关的燃料的重量消耗。一方面，在速度剧烈变化期间，即在起飞和着陆的各个阶段中， 燃料的消耗很高；另一方面，飞船的总重量越高越大，这些后续的速 度变化所产生的燃料需求指数型增大(称为"雪球"效应)，因此将携带 的重量也指数型增大。通常，星际任务必需的燃料的重量大于被称为 净重(dry weight)的宇宙飞船的有用重量。要携带的燃料的重量非常重要，由于在发射时需要例如更大的也 因此更昂贵的运载火箭，因此其显著地影响星际任务的成本以及轨道 飞行器宇宙飞船的尺寸和重量。为了降低星际任务将携带的燃料的重量，已知在返回地球时，使 用在返回阶段(re-entryphase)将其能量直接耗散到地球大气中的被动 式气体热力返回船(aero-thermo-dynamic passive re-entry capsule)。 该 返回舱可以避免在着陆于地球之前的最后制动阶段，但其存在对于地 球环境来说非常严重的事故的风险，特别是当该任务包括取回物质样 本时，例如从彗星收集尘埃样本的美国Genesis任务，就在其地球着陆 阶段失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出一种方法来弥补上述缺陷，该方法可以 节省星际任务所携带的燃料的重量，且不表现被动式返回舱对地球环 境的危险。为此，本专利技术的主题是一种在星际任务中减轻船载燃料重量的方 法，其特征在于，该方法包括将第一轨道飞行器宇宙飞船从地球发射到通向待探测的目标行星 的第一星际轨道上，将第二轨道飞行器宇宙飞船从地球发射到通向交会点的第二星际 轨道上，该第二星际轨道不包括任何位于绕目标行星的轨道中的阶段，回收(recover)待运输的负载并将其装载到第一轨道飞行器宇宙 飞船上，第一轨道飞行器宇宙飞船和负载从目标行星返回到交会点， 启动两个轨道飞行器宇宙飞船的对接，至少第二轨道飞行器宇宙飞船和负载从交会点返回到地球轨道。有利地，在第一轨道飞行器宇宙飞船从地球发射的过程中，第一 轨道飞行器宇宙飞船包括仅对应于用于完成任务的第一部分所需的重 量的燃料重量，该任务的第一部分在对接时在交会点处结束。有利地，第二轨道飞行器宇宙飞船包括允许其在对接后接替第一 宇宙飞船并完成从交会点直到返回地球轨道的任务的燃料的重量。有利地，该方法进一步包括利用至少一个位于第二星际轨道上的 行星或月球的重力辅助，以进一步降低完成任务所需的燃料的重量。根据本专利技术的第一实施例，对接阶段之后，两个轨道飞行器宇宙 飞船一起回到地球轨道。有利地，两个轨道飞行器宇宙飞船从交会点返回地球轨道所需的 燃料重量放置在第二轨道飞行器宇宙飞船中。根据本专利技术的第二实施例，该方法进一步包括在对接阶段之后， 将负载从第一轨道飞行器宇宙飞船卸载到第二轨道飞行器宇宙飞船 中，然后废弃第一轨道飞行器宇宙飞船。优选地，通过从目标行星向第一轨道飞行器宇宙飞船发射的第一 火箭或第一航天飞机(space shuttle)来回收负载，且在负载的回收过程中，第一轨道飞行器宇宙飞船留在绕目标行星的轨道中。优选地，通过选自从地球朝第二轨道飞行器宇宙飞船发射的空间站、第二火箭或第二航天飞机的第三宇宙飞船来卸载负载，第二轨道飞行器宇宙飞船单独的或者与第一轨道飞行器宇宙飞船限定在一起留在绕地轨道中。优选地，交会点位于目标行星和地球之间的交会轨道上。 有利地，负载包括乘客和/或从目标行星收集的物质样本。附图说明参考附图，通过后续的仅为示例性为非限制性的描述，本专利技术的 其他特征和优点将显而易见，其中图1是根据现有技术的星际任务中燃料重量变化的实例的简要示 意图2是根据本专利技术的星际任务中燃料重量变化的简要示意图； 图3是根据本专利技术的第一轨道飞行器宇宙飞船的轨迹的第一实例； 图4是根据本专利技术的第二轨道飞行器宇宙飞船的轨迹的第一实例； 图5是根据本专利技术利用重力辅助操作来加速或制动轨道飞行器宇 宙飞船的两个轨道飞行器宇宙飞船的轨迹的第二实例。具体实施例方式参考图1，发射时轨道飞行器宇宙飞船上的燃料的总重量TM0在 对应于第一速度变化等于Delta VI的相对于地球释放飞船及其方位的 阶段IO第一次剧烈减少，然后在对应于第二速度变化等于Delta V2的 接近于目标行星并着陆于该目标行星的制动阶段11第二次剧烈减少。 在宇宙飞船返回地球的途中，燃料的总重量在对应于第三速度变化等 于Delta V3的从目标行星离开的阶段12第三次大量减少，然后在对应 于第四速度变化等于Delta V4的制动和着陆于地球的阶段13第四次大 量减少。一旦到达地球，宇宙飞船上的剩余重量TMR对应于宇宙飞船的固 有重量加上可能的乘客和/或从目标行星收集的物质样本的重量。燃料 的重量通常在飞船在地球和目标行星之间的返回旅程中全部被消耗掉。在飞船飞行的前三个阶段的每一阶段中，由于用于执行第四阶段 中的制动和着陆操作的船载燃料的额外重量，燃料消耗已经增加。实 际上，在前三个阶段的每一阶段中，第四阶段所需的燃料的重量增加 了将被制动或加速的飞船的总重量，而飞船的总重量还必须要加上执 行更大的重量的加速或制动所需的燃料的额外重量。这种现象被称为 "雪球"效应。除了燃料消耗最高的这四个主要阶段，还有包括在空间和在行星 轨道中的操作的中间操作，这增大了 "雪球"效应。参考图2，根据本专利技术，具有总重量TM1的第一轨道飞行器宇宙 飞船1被发射到朝向待探测的目标行星的第一星际轨道，具有总重量TM2的第二轨道飞行器宇宙飞船2被发射到第二星际轨道，该第二星 际轨道通向可能但并非必然4立于星际交会轨道(interplanetary encounter orbit) 30上的预定交会点。星际交会轨道30优选地位于目标行星与地 球之间，且可以例如但并非必须穿过目标行星的轨道和地球轨道。可 变的，交会轨道也可以位于例如目标行星和地球中间或位于目标行星 的轨道中。优选地，第二星际轨道不包括任何位于(placing)绕目标 行星的轨道的阶段。第二轨道飞行器在其进入绕目标行星的轨道之前、 之中、或之后都不与交会点相遇，因为这将需要后续的制动和加速操 作，其是严重消耗燃料的阶段。第二轨道飞行器宇宙飞船2的发射10b 可以在第一轨道飞行器宇宙飞船1的发射10a之前或之后进行，但是 某些发射轨迹是优选的，因为其能更经济地到达预定的交会点。有利 地，发射时第一轨道飞行器飞船1在船上只装载完成任务的第一部分 (对应于飞行的前三个阶段10a， 11， 12)所需的燃料的重量。对应于 制动和进入绕地轨道13的飞行的第四阶段所需的燃料的重量装载在第 二轨道飞行器宇宙飞船上。发射后，第二轨道飞行器宇宙飞船2在其 轨道上朝交会点运动，例如位于星际交会轨道30上的交会点，直到第 一轨道飞行器宇宙飞船1与其相遇。当在交会点的交会启动时，第一 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在星际任务中减轻船载燃料重量的方法，其特征在于，该方法包括：　将第一轨道飞行器宇宙飞船（１）从地球发射（１０ａ）到通向待探测的目标行星的第一星际轨道（３１，３３）上，　将第二轨道飞行器宇宙飞船（２）从地球发射（１０ｂ）到通向 交会点（３８）的第二星际轨道（３２，３４）上，该第二星际轨道不包括任何位于绕所述目标行星的轨道中的阶段，　回收待运输的负载并将其装载到所述第一轨道飞行器宇宙飞船（１）上，　所述第一轨道飞行器宇宙飞船（１）和负载从所述目标行星返回 到所述交会点（３８），　启动所述两个轨道飞行器宇宙飞船（１，２）的对接（１４），　至少所述第二轨道飞行器宇宙飞船（２）和负载从所述交会点（３８）返回到地球轨道（４１）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HR塞恩科特，X罗塞，V马蒂诺，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]