一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统的制作方法

本申请涉及型号总体的，特别是一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统。

背景技术：

1、随着我国空间站“t”字构型在轨组装完成，我国完成了天宫空间站的在轨建造，进入到应用与发展阶段，开始了常态化运营。采用差异化技术路线开发一型器箭一体化的新型货运飞行器，可以很好地补充我国空间站的运行服务样式和手段，将显著提升我国空间站的整体运营效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有空间站货运系统的上述缺陷，提供一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统，通过系统的可重复使用和器箭一体化设计，实现了设备资源共享共用，减少了地面和器上设备数量，降低了整个系统的重量和功耗需求，大幅提升了空间站货物运输上下行能力及系统可靠性。

2、第一方面，提供了一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统，包括升力式重复使用货运飞行器和重复使用火箭，其中，升力式重复使用货运飞行器采用无尾式翼身组合体气动布局，具备多次重复使用、与空间站自主快速对接、装载加压货物的能力。

3、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述重复使用火箭包括重复使用火箭一子级和不重复使用不火箭二子级，所述不重复使用火箭二子级通过不重复使用级间段安装在重复使用火箭一子级上。

4、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述系统的动作包括：

5、通过火箭一子级和火箭二子级发射升力式重复使用货运飞行器，在火箭一子级和火箭二子级分离后，升力式重复使用货运飞行器由火箭二子级不带整流罩顶推发射进入初始轨道；

6、升力式重复使用货运飞行器通过自身辅助动力自主机动至空间站运行轨道；

7、升力式重复使用货运飞行器通过交会对接远距离导引、近距离自主控制最终在空间站交会轨道上与空间站前向或后向对接口对接；

8、升力式重复使用货运飞行器完成在轨组合体运行任务后，升力式货运飞行器与空间站分离并自主控制到安全距离；

9、升力式重复使用货运飞行器撤离至返回轨道完成剩余推进剂排放、离轨制动、再入大气层，在机场跑道精确着陆。

10、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，锂离子蓄电池组及配电器安装在升力式重复使用货运飞行器上，不仅为升力式重复使用货运飞行器自身设备进行供配电，也为火箭二子级进行供配电。

11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，综合电子和测控通信相关设备均安装在升力式重复使用货运飞行器上，重复使用货运飞行器和火箭二子级之间存在非电触点、数据总线接口，升力式重复使用货运飞行器通过tte总线与火箭二子级连接，通过升力式重复使用货运飞行器上的设备，实现重复使用货运飞行器和火箭二子级的飞行控制、时序控制、任务管理、火工品控制、测量参数采集与传输。

12、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，升力式重复使用货运飞行器用于为火箭二子级提供滚动控制所需的力矩。

13、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，火箭二子级安装一台真空推力1434kn的yf-100mi液氧煤油发动机，发动机摇摆用于提供俯仰和偏航方向的控制力矩，最大合成摆角为1.8°，发动机工作时产生的滚动干扰力矩为6757nm。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，升力式重复使用货运飞行器的上升段依靠安装在尾端面的8台1000n rcs发动机提供滚动方向所需的控制力矩。

15、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，8台1000n rcs发动机工作用于提供的控制力矩为7534nm。

16、第二方面，提供了一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统的应用方法，所述方法包括：

17、升力式重复使用货运飞行器由重复使用火箭不带整流罩顶推发射入轨；

18、升力式重复使用货运飞行器通过自身辅助动力自主机动至空间站运行轨道；

19、升力式重复使用货运飞行器通过交会对接远距离导引、近距离自主控制最终在空间站交会轨道上与空间站前向或后向对接口对接；

20、升力式重复使用货运飞行器完成在轨组合体运行任务后，升力式重复使用货运飞行器与空间站分离并自主控制到安全距离；

21、升力式重复使用货运飞行器撤离至返回轨道完成剩余推进剂排放、离轨制动、再入大气层，在机场跑道精确着陆。

22、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

23、(1)、本发明采用了新型升力式飞行器构型，可大幅提升飞行器控制稳定性，适应货物运输过程中质心较大范围变化的需求；采用“器箭一体化”的设计方案，将货运飞行器与运载火箭二子级一体化设计，共用一套电气设备和控制系统，推动了电气系统融合技术发展；全器统一健康管理，使得“航班化”飞行成为可能。采用了结构轻量化、无缆化、整机健康管理等先进技术，并将人工智能技术应用于飞行规划和智能管理，实现了传统航天器的全面升级，可带动材料、无缆化和智能化等大批新技术发展。

24、(2)、本发明不同于目前为空间站服务的“天舟”飞船，结合飞行器研制经验，选择了更具返回优势的升力体气动构型，可以实现飞行器完整着陆复用；货运飞行器具有5吨货物上下行能力，且相比飞船构型，返回环境条件更加优越，过载不超过2.5g，可以满足更高要求的货物运输，实现高价值货物平稳舒适返回，能够大幅提升我国空间站货物的下行能力，满足空间站日益多样化任务的运输需求；飞行器下行能力强，为空间站利用微重力、高真空等特殊的空间环境开展大规模空间应用创造提供了条件，如大规模在轨制造返回、实验样本返回等。

25、(3)、本发明采用新一代重复使用载人火箭不带整流罩顶推发射入轨，节省了发射整流罩，降低了系统研制成本；采用重复使用的运载火箭和重复使用货运飞行器，整个货物运输系统重复使用率较高，一次性使用产品较少，仅有火箭支架和简化后火箭二级为单次使用。运载火箭可重复使用10次，货运飞行器可重复使用20次，与一次性货物运输系统相比，在服务成本、测发周期、再次发射时间等方面具有显著优势，为实现低成本货运提出了新的技术途径。

技术特征：

1.一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统，其特征在于，包括升力式重复使用货运飞行器和重复使用火箭，其中，升力式重复使用货运飞行器采用无尾式翼身组合体气动布局，具备多次重复使用、与空间站自主快速对接、装载加压货物的能力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述重复使用火箭包括重复使用火箭一子级和不重复使用不火箭二子级，所述不重复使用火箭二子级通过不重复使用级间段安装在重复使用火箭一子级上。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统的动作包括：

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，锂离子蓄电池组及配电器安装在升力式重复使用货运飞行器上，不仅为升力式重复使用货运飞行器自身设备进行供配电，也为火箭二子级进行供配电。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，综合电子和测控通信相关设备均安装在升力式重复使用货运飞行器上，重复使用货运飞行器和火箭二子级之间存在非电触点、数据总线接口，升力式重复使用货运飞行器通过tte总线与火箭二子级连接，通过升力式重复使用货运飞行器上的设备，实现重复使用货运飞行器和火箭二子级的飞行控制、时序控制、任务管理、火工品控制、测量参数采集与传输。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，升力式重复使用货运飞行器用于为火箭二子级提供滚动控制所需的力矩。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，火箭二子级安装一台真空推力1434kn的yf-100mi液氧煤油发动机，发动机摇摆用于提供俯仰和偏航方向的控制力矩，最大合成摆角为1.8°，发动机工作时产生的滚动干扰力矩为6757nm。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，升力式重复使用货运飞行器的上升段依靠安装在尾端面的8台1000n rcs发动机提供滚动方向所需的控制力矩。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，8台1000n rcs发动机工作用于提供的控制力矩为7534nm。

10.一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统的应用方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明公开了一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统，包括升力式重复使用货运飞行器和重复使用火箭，其中，升力式重复使用货运飞行器采用无尾式翼身组合体气动布局，具备多次重复使用、与空间站自主快速对接、装载加压货物的能力。本发明的目的在于克服现有空间站货运系统的上述缺陷，提供一种空间站货运系统的器箭一体化总体系统，通过系统的可重复使用和器箭一体化设计，实现了设备资源共享共用，减少了地面和器上设备数量，降低了整个系统的重量和功耗需求，大幅提升了空间站货物运输上下行能力及系统可靠性。技术研发人员：黄喜元,王领华,陈雅曦,郎鹏飞,杜志博,陈永强,张月玲,刘菲,吴俊辉受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/29