运载火箭系统的模块化构造的制作方法

本发明涉及运载火箭模块化。更具体地说，本发明涉及优化运载火箭关于下级发动机的数量或级本身的数量的系统和方法，以便对发射的特定有效载荷实现高效发射。

背景技术：

1、传统的运载火箭体积庞大，重量很重，为有效载荷优化运载火箭并非易事。目前，将卫星送入轨道在各方面都很复杂且昂贵，包括开发成本和发射运行成本。一般来说，有效载荷的重量和体积范围很广，但目前只有数量有限的运载火箭可以将这些范围广泛的有效载荷送入地球轨道。

2、传统运载火箭成本高的另一个原因是单独的火箭发动机。这些传统运载火箭通常有大量相互依存的部件和一个大推力单个发动机，而不是多个小推力的发动机。

3、现有运载火箭设计的另一个缺点是不容易适应运载各种尺寸的有效载荷。发射任务可能涉及将任何尺寸的有效载荷送入地球轨道，因此，对于发射的特定有效载荷，必须对运载火箭的发动机数量或级数进行周密的规划和开发。

4、因此，需要能够轻松容纳任何尺寸和重量有效载荷的运载火箭，同时其开发、建造和运营成本要低于目前的运载火箭。减少和优化有效载荷，降低总体发射成本，使其低于目前发射系统的成本。

5、专利申请ep0508609a2讨论了模块化固体推进剂运载火箭系列和相关发射设施，用于将各种有效载荷送入地球轨道，与目前的发射系统相比，成本大大降低。模块化固体推进剂运载火箭的基本系列仅由两种尺寸规格的模块化固体推进剂火箭发动机构成，一种是大型火箭电机，另一种是小型火箭电机。这些模块化火箭电机以不同的构架聚集和堆叠，组成运载火箭系列。两个固体推进剂火箭电机的物理和性能特征，包括重量、真空比冲和作用时间，都是为最大限度地提高运载火箭系列每个成员的有效载荷能力而量身定做的，同时又不超过预定的最大和分段动压限值以及最大加速度限值。通用发射设施使用钢罐，其尺寸可容纳运载火箭的最大直径和长度。钢罐固定在混凝土衬砌的发射井中，运载火箭通过活塞从钢罐中排出。活塞在到达罐末端时会被阻挡装置卡住。活塞顶部的组装平台提供了用于组装运载火箭的平台。

6、专利us5799902a涉及一种低成本液体推进剂火箭，该运载火箭具有中央吊舱，该中央吊舱承载可选的末级火箭发动机集群，并且具有布置在径向相对的成对发动机集群中的附加发动机集群。这些成对的集群按照分级顺序燃烧和分离，直至到达最后一级。在目前优选的实施方案中，有三对发动机集群围绕中央吊舱呈六角形排列，每个发动机集群包含七个相同的发动机。发动机由重量轻、成本低的材料制成，没有万向节或其他活动部件。飞行器的转向是通过对所选发动机的发动机推力的差分控制来实现的，使用的方法是对多个开/关推进剂供应阀进行占空比调节，此外，还可以控制其他开/关阀来控制向发动机上的二级喷射口供应惰性低温流体。机载气体发生器为流体加压提供惰性气体，并且优选使用与低温流体相同的材料作为其主要反应物。导航由廉价的机载系统实现，与传统运载火箭相比，整个运载火箭的成本大幅降低。

7、专利us4231537a讨论了如何通过最大限度地减少所使用的运载火箭的运载能力，使一颗用于插入准同步地球轨道的卫星适应高效发射。该卫星包括至少一个主推力源，如远地点冲动式发动机(an apogee kick motor)，确定卫星的主要推力轴。航天飞机等可重复使用的运载火箭包括货舱，其最大尺寸与运载火箭推力轴平行。通过调整卫星使其位于运载火箭的货舱内，并使其推力轴与运载火箭的推力轴垂直，可最大限度地减少卫星对货舱容量的使用。

8、工程学院的空间系统研究员珍妮-金斯顿(jenny kingston)撰写的题为“模块化作为更高效商业小型卫星计划的推动者”的科技文献，讨论了商业小型卫星平台的关键要求，以及在有效调整其适应一系列任务类型方面遇到的具体问题。提出了一种模块化概念，可以对其进行重新构造，使其更紧密地匹配每个特定任务的要求，同时最大限度地减少所需的重新设计时间和相关成本。通过这种概念，可以采用程序化方法，最大限度地提高平台的先验设计、制造和测试水平。这种方法的好处是，平台供应商能够更迅速、更有竞争力地对合同招标做出反应，同时大大缩短航天器的交付时间。

9、m bouffard,j等人撰写的题为“soho：实现灵活的有效载荷集成和高效开发的模块化航天器概念”的科技文献讨论了模块化设计如何能够管理此类航天器的多个复杂接口。首先，回顾了具有相关约束条件的有效载荷仪器的科学目标。然后，描述了总体任务实施情况，并详细介绍了主要的设计特点，以说明如何在航天器的设计和开发中提供极大的灵活性。

10、然而，现有技术都没有讨论模块化构造技术，以优化运载火箭的低级发动机数量或各级本身的数量，从而为发射的特定有效载荷实现最高效的发射。

11、本发明试图克服现有技术中存在的缺点，提供一种可将模块化传递到子系统级的飞行器，从而减少未使用组件的数量。模块化设计中未使用组件硬件数量的减少，也增加了总体成本的降低。运载火箭的模块化设计减少了重新设计运载火箭新构造所需的时间，从而使发射频率大大提高，连续发射之间的时间间隔最多为两到三周。

12、本发明的目的

13、本发明的主要目的是提供一种利用模块化构造技术以优化运载火箭的低级发动机的数量或者各级本身的数量的系统，以便为发射的特定有效载荷获得尽可能高效的发射。

14、本发明的另一个目的是提供一种将模块化传递到子系统级的运载火箭，从而减少未使用组件的质量。

15、本发明的另一个目的是提供一种运载火箭的模块化设计，以减少重新设计运载火箭新构造所需的时间，并可实现频繁发射，连续发射之间的时间跨度最多为两到三周。

16、本发明的另一个目的是提供一种系统，根据运载到特定轨道的有效载荷的质量，从飞行器上安装或拆除一定数量的级或一定数量的发动机，并使运载火箭飞行。因此，修改构造就像即插即用一样简单。

17、本发明的另一个目的是减少运载火箭的质量，从而以较低的成本和较少的时间提高效率，简化组装过程，为设计的可配置性和灵活性创造空间，并允许根据客户和有效载荷的要求进行改进。

18、本发明的另一个目的是提供一种服务(provision)，其中飞行器的模块化减少了为特定任务设计优化飞行器所需的时间。通过减少飞行器的总质量，有助于降低任务的成本。

技术实现思路

1、本发明涉及运载火箭的模块化，即通过在运载火箭中使用集群的发动机构造或通过改变运载火箭的级数来实现模块化。

2、在本发明的一个方面中，运载火箭组件的设计通过系统和子系统级别，在运载火箭的所有级别中都采用了模块化几何结构。

3、在本发明的另一个方面，可以减少级数，使运载火箭更轻，效率更高。

4、在本发明的另一个方面，重新构造和鉴定所需的时间和成本低于为给定有效载荷重新设计一个新的高效飞行器所需的时间和成本。模块化飞行器设计提高了弹道效率，从而降低了任务的总体成本。

5、在本发明的另一个方面，当前任务中未使用的发动机数量可保存到下一次任务中，从而减少组装新飞行器所需的时间、成本和精力。