绿色液体空间推进进展 9787308237246

姚兆普，研究员，北京控制工程研究所空间推进产品研制中*主任。获得军队科技进步*等奖*次、中**科技集团公司科技进步三等奖*次。长期从事*器高性能绿色液体空间推进技术的基础技术研究及产品开发工作。

第1章 绪论

1.1 液体空间推进的功能

1.2 液体空间推进的工作原理与分类

1.3 液体空间推进的发展历程

1.4 高性能绿色液体空间推进技术

1.4.1 二硝酰胺铵(ADN)基液体推进技术概述

1.4.2 硝酸羟胺(HAN)基液体推进技术概述

1.5 内容框架

参考文献

第2章 高性能绿色液体推进剂

2.1 引言

2.2 ADN基液体推进剂

2.2.1 ADN概述

2.2.2 ADN基液体推进剂

2.2.3 ADN基液体推进剂的制备

2.2.4 ADN基液体推进剂的应用

2.3 HAN基液体推进剂

2.3.1 HAN概述

2.3.2 HAN基液体推进剂

2.3.3 HAN基液体推进剂的制备

2.3.4 HAN基液体推进剂的应用

参考文献

第3章 二硝酰胺铵(ADN)基液体推进技术

3.1 引言

3.2 液态ADN的蒸发机理研究

3.2.1 ADN基推进剂液滴在受热平板上的蒸发过程

3.2.2 ADN基推进剂液滴在预热空间内的蒸发过程

3.2.3 推进剂雾化特性

3.3 多孔介质内的ADN气液两相流动特性

3.3.1 微尺度流动燃烧现象的可视化实验

3.3.2 ADN基液体推进剂催化分解反应的可视化实验

3.4 燃烧室内的燃烧过程

3.4.1 吸收光谱技术原理

3.4.2 实验系统的设计及搭建

3.4.3 实验结果及分析

3.5 快速压缩机实验研究

3.5.1 快速压缩机实验系统

3.5.2 CH2OH在ADN热解气体氛围中的燃烧过程压缩实验

3.6 ADN基液体空间发动机的地面试验与在轨飞行试验研究

3.7 研制案例

参考文献

第4章 硝酸羟胺(HAN)基液体推进技术

4.1 引言

4.1.1 基于LP系列推进剂的HAN基推进系统

4.1.2 基于AF一315系列推进剂的HAN基推进系统

4.1.3 基于SHPl63系列推进剂的HAN基推进系统

4.2 HAN基发动机可靠常温启动技术

4.2.1 不同脉宽条件下常温启动技术

4.2.2 变流量控制常温启动技术

4.3 HAN基发动机催化分解匹配技术

4.3.1 高活性及抗高温氧化HAN基推进剂分解催化剂

4.3.2 推进剂与催化剂的热试性能匹配优化

4.4 HAN基发动机轻质耐高温材料技术

4.4.1 SiBCN陶瓷材料设计

4.4.2 基于SiBCN陶瓷材料的发动机喷管设计制造

4.5 研制案例

4.5.1 HAN基发动机方案设计

4.5.2 发动机点火热试准备

4.5.3 地面点火热试车实验

4.5.4 小结

参考文献

第5章 电一化学双模式离子液体推进技术

5.1 引言

5.2 工作原理及技术实现方法

5.2.1 电一化学双模式推进技术任务总体规划

5.2.2 电离喷雾推进技术

5.2.3 离子液体化学推进技术

5.2.4 双模式离子液体推进剂的研制

5.2.5 推进剂液滴催化燃烧

5.3 离子液体推进剂催化燃烧分析

5.3.1 实验工况

5.3.2 双模式离子液体推进剂的热重实验研究

5.3.3 推进剂分解产物分析

5.3.4 离子液体推进剂分解特性

5.4 高空模拟热试车试验

5.4.1 试验对象

5.4.2 高空模拟热试车试验结果

5.5 双模式离子液体推进剂电喷雾验证

5.5.1 离子液体电喷雾工装及实验条件

5.5.2 推进剂电喷雾试验结果

参考文献

第6章 绿色液体空间微推进技术

6.1 引言

6.2 系统模块设计

6.2.1 增材制造微推进技术

6.2.2 金属MEMS微推进模块

6.2.3 常规管路连接微推进模块

6.3 推力器优化设计

6.3.1 发动机总体结构方案

6.3.2 热设计及管理

6.3.3 催化燃烧匹配性研究

6.4 ADN基0.2 N推力器研制案例

6.4.1 喷注器设计

6.4.2 热控器件加热研究

6.4.3 推力器工作寿命

6.4.4 推力器研制试验

参考文献

第7章 绿色液体空间发动机主动点火技术

7.1 引言

7.2 电阻式点火技术

7.2.1 工作原理

7.2.2 绿色液体推进剂电阻式点火实验系统

7.2.3 不同点火电压下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

7.2.4 不同液滴初始体积的ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

7.2.5 不同气体氛围下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

7.2.6 不同环境压力下ADN基液体推进剂点火特性的实验研究

7.2.7 不同电极材料下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

7.2.8 流动状态下ADN基液体推进剂电点火特性的实验研究

7.3 电解式点火技术

7.3.1 工作原理

7.3.2 绿色液体推进剂电解式点火技术研究进展

7.4 电弧式点火技术

7.4.1 工作原理

7.4.2 绿色液体推进剂电弧式点火技术研究进展

7.5 热点火技术

7.5.1 工作原理

7.5.2 绿色液体推进剂热点火技术研究进展

7.6 激光点火技术

7.6.1 工作原理

7.6.2 绿色液体推进剂激光点火技术研究进展

参考文献

第8章 绿色液体空间发动机工作过程数值仿真

8.1 引言

8.2 绿色液体推进剂分解及燃烧反应机理研究

8.2.1ADN基液体推进剂分解及燃烧反应机理

8.2.2HAN基液体推进剂分解及燃烧反应机理

8.3绿色液体空间发动机工作过程的仿真研究

8.3.1ADN基发动机分解及燃烧反应过程的仿真分析

8.3.2HAN基发动机工作过程的仿真分析

8.4绿色液体空间发动机优化设计的仿真研究

8.4.1ADN基发动机结构参数优化设计研究

8.4.2HAN基发动机结构参数优化设计研究

参考文献

索引

1.1液体空间推进的功能

空间推进系统是卫星、飞船、探测器等各种航天器的重要分系统之一。其主要功能是提供航天器轨道变换、位置保持与姿态调整所需的力和力矩，具体可以

表述为：在深空探测领域，空间推进系统为航天器远距离航行提供动力；为在轨航天器克服月球和太阳引力引起的轨道倾角变化、克服地球摄动和太阳光压造成的航天器经度漂移与偏心率摄动、完成航天器位置保持提供控制力；对于低轨道航天器，为航天器轨道提升提供控制力；在航天器长期运行过程中，为姿态控制(姿控）、动量轮卸载等需求提供控制力。

航天器空间推进技术是在火箭推进技术的基础上发展而来的，因此，其早期发展史与火箭推进技术发展史保持一致。航天器在轨功能需求不断提升，对空间推进技术提出了新的技术挑战，也让空间推进具备鲜明的技术特点。与火箭运载推进相比，空间推进具有如下特点。

①推力量级范围宽：推力范围一般为10-6N~10kN。

②工作寿命长：用于卫星或者深空探测航天器的推进系统需要在轨工作15年以上，发动机最长连续工作可达数十小时，而运载火箭推进所用大推力发动机的工作时间通常以秒计算。

③可多次重复工作：根据航天器的控制指令，推进系统要多次工作，姿态控制和轨道控制(轨控）(两者合称姿轨控)发动机的累积脉冲工作次数可达数十万次。

④工作环境恶劣：受空间环境、辐照等因素的影响，空间推进工作难度较大。⑤地面验证有局限性：由于地面大气环境的存在，空间发动机在试验过程中需要通过真空舱内点火，进行高空模拟热试车试验，以完成产品考核。考核试验条件与真实太空环境有所差距。

就推进剂种类而言，空间推进可以使用固体推进剂、液体推进剂和气体推进剂。其中，液体推进剂和气体推进剂由于多次启动技术简单易实现，在空间推进技术领域使用较为广泛。液体推进剂主要应用于化学推进技术，推进剂发生化学反应、燃烧放热，产生的高温高压燃气喷出后产生推力。液体空间推进技术产生的推力量级一般较大，可以实现航天器的快速机动，但其缺点是推进剂产生的比冲相对有限，且受到理论最大比冲值的限制，推进剂消耗较大。气体推进剂主要应用于冷气推进技术及电推进技术，采用的具体工质包括氮气、氙气、氪气等。通过高精度流体控制，实现冷气推进的极小精确推力，可以应用于引力波探测、重力场测量等特殊应用场景。

电推进技术依靠电场、磁场使带电气体粒子加速产生射流，从而产生推力。电推进技术由于其高比冲、推力精确的特点，近年来在国内外均得到广泛应用，与采用液体推进剂的化学推进技术形成有效互补，共同促进航天器总体性能的不断提升。典型化学空间发动机与电推力器的工作过程如图1-1所示。

……

本书主要内容涵盖国内外空间推进技术领域几种研究较为广泛、技术先进性较高的高性能绿色液体空间推进技术，介绍技术的历史发展沿革、最新基础研究进展、工程应用情况等。主要包括：二硝酰胺铵(ADN)基液体推进技术、硝酸羟胺(HAN)基液体推进技术、双模式离子液体推进技术等。绿色液体空间推进技术作为目前国际上推进技术领域的研究热点，每年在国际国内权威期刊上均有为数众多的学术论文发表。从调研情况看，国内目前在专业书籍领域，尚无总结相关领域系统性研究进展、发展趋势的书籍出版，本书作者及研究团队在相关领域有多年基础科学研究及技术开发积累，书中相关内容可以作为国内推进技术专业书籍领域的重要补充。