專利名稱：一種太空往返飛行器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運載工具，特別是一種能夠完全重復使用的航天運載器。
目前使用的航天工具有兩類1、航天飛機主要由助推器和軌道器組成，是部分重復使用的，其價值約合3000萬美元的大貯箱在用完后墜入大氣層燒毀，其兩個固體助推器可重復使用，但必須出動海上打撈船隊才能回收利用，軌道器雖可重復利用，但不具備主動飛行能力，再入走廊較窄，地面發(fā)射和回收系統(tǒng)復雜，當需要從太空中緊急返回時在軌等待時間較長，著陸要求一次成功，轉場需要馱機等，因而使用效果差。2、運載火箭(含宇宙飛船)是一次使用的，且地面發(fā)射準備時間超過50天。兩者均不具備完全重復使用性能，而且使用探作復雜，因而導致目前航天運輸費用昂貴，超過了黃金的單價，嚴重阻礙了空間開發(fā)的大規(guī)模商業(yè)化。
為此世界上許多國家提出發(fā)展新的航天運輸系統(tǒng)，其中包括兩級完全重復使用航天運載器。俄羅斯和美國分別在《航空周刊、1990.11.19》和《IAF89-221》中提出垂直起飛水平降落兩級完全重復使用的運載器，德國在文獻《AIAA89-5007》中公布了水平起降的兩級完全重復使用的運載器。但它們在總體方案上都不具備重返大氣層后主動飛行和應急隨時返回的能力，地面使用維護不方便。
本發(fā)明的目的是提供一種太空往返飛行器，以克服目前航天運載工具不能完全重復使用、使用維護不方便等缺陷，它任務適應能力強，能完全重復使用，使用維護方便，地面周轉時間短，既能提供低費用的航天往返運輸服務，又能提供在軌服務，還能提供高速遠程的跨洋運輸服務，從而擴大航天商業(yè)服務范圍，使航天商業(yè)開發(fā)費用進入人們可以接受的程度。
本發(fā)明目的是通過以下結構實現(xiàn)的，本太空往返飛行器由一大飛行體和一小飛行體組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置連接，大、小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機，在小飛行體的有效載荷艙與機尾艙之間設有與機身一體化的裝有液體推進劑的貯箱，小飛體的尾部通過機架裝設有渦輪風扇發(fā)動機，機尾艙上裝設有渦輪風扇發(fā)動機進氣道；在大飛行體上設有與機身一體化的裝有液體推進劑的貯箱，尾部裝設有渦輪風扇發(fā)動機，機尾艙內(nèi)設有油箱機尾艙上裝設有渦輪風扇發(fā)動機進氣道。其中大飛行體在整機中起助推作用，小飛行體為軌道器，在整機中用來完成軌道飛行任務，大小兩個飛行體均可由現(xiàn)有的航天飛機軌道器改進而成。小飛行體在現(xiàn)有航天飛機軌道器的有效載荷艙與機尾艙之間加裝了與機身一體化、用來給液體火箭發(fā)動機提供液體推進劑的貯箱，在機體尾部通過機架加裝了使用航空煤油、為機體巡航、水平起降、轉場飛行提供動力的渦輪風扇發(fā)動機，在機尾艙還加裝了給渦輪風扇發(fā)動機提供航空煤油的油箱，在機尾艙上加裝有渦輪風扇發(fā)動機進氣道，當然，生產(chǎn)該飛行體時，火箭發(fā)動機總推力會有所調整，機體其它部分根據(jù)加裝需要作適應性變化。大飛行體是用來運送小飛行體的，與現(xiàn)有航天飛機軌道器相比，它取消了有效載荷艙，由與機身一體化的、用來給液體火箭發(fā)動機提供液體推進劑的貯箱取代，并去掉了軌道機動發(fā)動機系統(tǒng)和氣閘艙，在機體尾部通過機架加裝了使用航空煤油、為機體巡航、水平起降、轉場飛行提供動力的渦輪風扇發(fā)動機，在機尾艙還加裝了為渦輪風扇發(fā)動機提供航空煤油的油箱，在機尾艙上加裝有渦輪風扇發(fā)動機進氣道，當然，生產(chǎn)飛行體時，火箭發(fā)動機總推力會有所調整，機體其它部分根據(jù)加裝需要作適應性變化。
上述兩個飛行體可通過現(xiàn)有的、廣泛用于航空航天飛行器的連接分離裝置并聯(lián)而成，連接分離裝置既可以沿用現(xiàn)有的航天飛機軌道器的連接分離裝置，也可以采用搖臂式連接分離裝置，還可以采用其它火工連接分離裝置。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點1、小飛行體和大飛行體均可以實現(xiàn)定點無損著陸，具備完全重復使用能力。2、可以在任何國際機場單獨水平起降和轉場，使用維護方便。3、返回區(qū)和著陸可選區(qū)域大，機動性強，具有隨時從太空中應急返回能力，當需要應急返回時，在軌等待時間為零。4、再入走廊寬，再入熱環(huán)境好，飛行器再入熱平衡溫度低。5、具有自主巡航能力，因而可以在著陸前耗散再入返回時帶來的大量熱量。6、有動力著陸，著陸可靠性和安全性高。7、開發(fā)、使用、維護成本低，可實現(xiàn)太空旅游和大規(guī)模開發(fā)太空。8、發(fā)射周轉時間短、發(fā)射效率高，地面發(fā)射周轉時間可減少為15天。9、運載能力高，任務適應性強，可以起到航天飛機、運載火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站綜合作用。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述

圖1本發(fā)明的整機主視2本發(fā)明中小飛行體的主視3為小飛行體的俯視4為小飛行體的左視5為本發(fā)明中大飛行體的主視6為大飛行體的俯視7為大飛行體的左視圖本實施例為一種完全重復使用太空往返飛行器，其結構如圖1所示，它由小飛行體1和大飛行體2利用已知的連接分離裝置3(分連接分離裝置上支點和連接分離裝置下支點)腹部對腹部地并聯(lián)在一起，連接分離裝置可以是搖臂式連接分離裝置，火工連接分離裝置或沿用現(xiàn)有航天飛機小飛行體連接分離裝置，其中大飛行體起飛質量約為小飛行體起飛質量的四倍左右，大飛行體直徑比小飛行體直徑大0.5倍左右，大飛行體比小飛行體長0.5倍左右。大飛行體推進劑量不少于小飛行體推進劑量的四倍，大飛行體火箭發(fā)動機總推力不小于小飛行體火箭發(fā)動機總推力的5倍，大飛行體的機翼面積是小飛行體機翼面積的1.5倍以上。圖2、3、4為小飛行體各向視圖。該小飛行體是由現(xiàn)有航天飛機軌道器改進而成，在機體尾部加裝有使用航空煤油的渦輪風扇發(fā)動機4。在機體上有效載荷艙5與機尾艙6之間加裝有與機身一體化的用來給液體火箭發(fā)動機提供液體推進劑的貯箱7，在機尾艙6還裝有為渦輪風扇發(fā)動機提供艙空煤油的油箱，并在機翼上方的機尾艙6上加裝有渦輪風扇發(fā)動機進氣道9。圖5、6、7為大飛行體各向視圖，它是由現(xiàn)有航天飛機小飛行體改進而成，在機體尾部加裝有渦輪風扇發(fā)動機10，取消了有效載荷艙3，由與機身一體化、用來給液體火箭發(fā)動機提供液體推進劑的貯箱11取代，并去掉了軌道機動發(fā)動機系統(tǒng)和氣閘艙，在機尾艙還加裝有為渦輪風扇發(fā)動機提供航空煤油的油箱。在機翼上方的機尾艙12上加裝有渦輪風扇發(fā)動機進氣道14，且所述的大、小飛行體的后端基本位于同一平面內(nèi)。
本發(fā)明所述太空往返飛行器以如下方式工作其整機采取垂直發(fā)射，水平著陸，自帶動力主動飛行方式，即發(fā)射時兩個飛行體通過連接分離裝置腹部對腹部地并聯(lián)在一起，整體垂直置于發(fā)射臺上，由地面發(fā)射控制臺發(fā)布指令，兩個飛行體火箭發(fā)動機同時點火，整體同時離地，垂直起飛升空。整體同時垂直發(fā)射升空后，開始程序轉彎，當達到一定高度后，小飛行體火箭發(fā)動機關機，大飛行體火箭發(fā)動機繼續(xù)工作，直到大飛行體貯箱中的液體推進劑消耗完畢，其火箭發(fā)動機全部關閉之后，連接分離裝置解鎖，大飛行體與小飛行體脫離。大飛行體與小飛行體分離后，在其飛行員的探縱和姿控系統(tǒng)的控制下執(zhí)行下列動作滾轉180°；抵達彈道頂點并調姿；大飛行體再入；大飛行體經(jīng)過大氣的阻滯，作減速飛行；大飛行體在其渦輪風扇發(fā)動機推動下，在冷空氣中作至少10min以上巡航飛行直至機體在地面機場完成有動力水平定點著陸。小飛行體與大飛行體分離后，靠自帶動力主動飛行，整體全部入軌，小飛行體完成在軌任務后在其飛行員的操縱和姿控系統(tǒng)的控制下執(zhí)行下列動作離軌制動，進入返回軌道；小飛行體再入；小飛行體經(jīng)過大氣的阻滯，作減速飛行；小飛行體在其渦輪風扇發(fā)動機推動下，在冷空氣中作至少10min以上巡航飛行直至機體在地面機場完成有動力水平定點著陸。大飛行體和小飛行體在機場經(jīng)過一定的休整，分別加注燃油，各自利用其自身的渦輪風扇發(fā)動機單獨完成轉場飛行的水平起飛、續(xù)航和水平著陸，回飛至發(fā)射中心并入庫，待命執(zhí)行下次航天發(fā)射和飛行任務。
按本例所述方案制造的太空往返飛行器，其典型運載能力和主要飛行特性如下運載能力發(fā)射衛(wèi)星質量5噸，回收衛(wèi)星質量5噸或運載乘客25人。
發(fā)射地點中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心LEO軌道200×450km×52°為提高地面測發(fā)控效率和可靠性安全性，整機采取在機動式發(fā)射車上垂直總裝對接、整體垂直運輸至發(fā)射臺方式，全機檢測采取全部自動化方式，飛行控制以自動為主、飛行員手動駕駛和地面控制備保，飛行軟件具備故障檢測和應急處理能力，采取“故障-工作、再故障-安全”模式。為創(chuàng)造一個良好的返回環(huán)境，兩個飛行體采用大攻角配平布局，配平攻角大于30°，為增強機體防熱性能，機體熱防護采用添加有顆粒狀陶瓷的石英材料；為耗散返回時帶來的大量熱量，其最好方式是在冷空氣中巡航10min以上，為擴大和增強其機動性能，機身采用方拱形非軸對稱外形；為充分發(fā)揮效益，可制成不同規(guī)格，通過裝載不同的有效載荷，分別完成下述任務太空旅游、太空營救、地球資源和氣象調查、全球觀測和太空觀測、空間實驗室、衛(wèi)星發(fā)射，衛(wèi)星抓取和維修、衛(wèi)星補給、衛(wèi)星回收、太空站補給和人員物質來往運送、太空偵察以及太空戰(zhàn)略布署和截擊等。
權利要求
1.一種太空往返飛行器，其特征在于它由一大飛行體(2)和一小飛行體(1)組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置(3)連接，大、小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機、機翼和起落架，在小飛行體(1)的有效載荷艙(5)與機尾艙(6)之間設有與機身一體化的裝有液體推進劑的貯箱(7)，小飛行體的尾部通過機架裝設有渦輪風扇發(fā)動機(4)，機尾艙(6)內(nèi)設有油箱，機尾艙(6)上裝設有渦輪風扇發(fā)動機進氣道(9)；在大飛行體(2)上設有與機身一體化的裝有液體推進劑的貯箱(11)，尾部裝設有渦輪風扇發(fā)動機(10)，機尾艙(12)內(nèi)設有油箱，機尾艙(12)上裝設有渦輪風扇發(fā)動機進氣道(14)。
2.根據(jù)權利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體的機翼面積是小飛行體機翼面積的1.5倍以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體(2)的直徑和長度分別比小飛行體(1)的直徑和長度大0.47倍以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的太空往返飛行器，其特征在于大飛行體(2)和小飛行體(1)的液體火箭發(fā)動機單臺主機相同。
全文摘要
本發(fā)明為一種太空往返飛行器，它由一大飛行體和一小飛行體組成，大飛行體和小飛行體之間通過連接分離裝置連接，大小飛行體上各裝有液體火箭發(fā)動機并設有機身一體化推進劑貯箱，機體尾部通過機架裝設有渦輪風扇發(fā)動機。其優(yōu)點在于具備完全重復使用性能，使用維護方便，機動性強，具有應急返回能力，再入走廊寬，再入熱環(huán)境好，具有自主巡航能力。
文檔編號B64G1/14GK1157247SQ9610118
公開日1997年8月20日 申請日期1996年2月16日 優(yōu)先權日1996年2月16日
發(fā)明者蔡耀華 申請人:蔡耀華