在这份白皮书中,我们研究了一种新型的行星科学任务推进系统:一种低温氢氧推进系统(REAPS)。尽管排骨比其他化学推进系统的低温火箭发动机具有相当大的优势,但由于长期在低温推进剂的空间存储中面临的挑战,大部分都将其用于任务的发射阶段。我们表明,被动低温储存技术的新发展可以解决此问题,现在使排骨适合空间推进。排骨发动机比传统的高光发动机具有重要的特定脉冲(I SP)优势,从而减少了发射的大量行星科学航天器。排骨还提供了比传统高光发动机的其他优势,这些优势对于行星科学任务尤其重要,尤其是天体生物学兴趣场所的着陆器。这些包括“清洁”燃烧的排气,类似于仅产生水的燃料电池;可登陆的登陆;使用推进剂发电的可能性比仅使用主电池的任务允许更长的寿命任务。以及将燃料用作辐射屏蔽的可能性。我们建议对地面测试中的行星应用评估低温氢氧推进系统,包括已在MSFC,GSFC和其他地方开发的系统,从而进行了行星应用。
目录 前言 iv 国家标准 1 第一部分:空中力量的悠久历史 第一章 - 空中力量简介 10 第二章 - 空中力量的青春期:1904-1919 15 第三章 - 黄金时代:1919-1939 21 第四章 - 空中力量走向战争 27 第五章 - 航空:从冷战到沙漠风暴 35 第六章 - 航空学的进步 45 第二部分:飞行和导航原理 第七章 - 基础航空学和空气动力学 48 第八章 - 运动中的飞机 52 第九章 - 飞行导航 58 第三部分:航空航天界 第十章 - 机场 63 第十一章 - 航空公司 65 第十二章 - 通用航空 68 第十三章 - 商务和商业航空 71 第十四章 - 军用飞机 75 第十五章 - 直升机、短距起降、垂直起降和无人机 79 第 16 章 - 航空航天组织 84 第 17 章 - 航空航天职业与培训 88 第四部分:空气环境 第 18 章 - 大气层 92 第 19 章 - 天气要素 98 第 20 章 - 航空天气 102 第五部分:火箭 第 21 章 - 火箭基础知识 106 第 22 章 - 化学推进 110 第 23 章 - 轨道和轨迹 114 第六部分:太空 第 24 章 - 太空环境 118 第 25 章 - 我们的太阳系 123 第 26 章 - 无人太空探索 129 第 27 章 - 载人航天器 137
目录 前言 iv 国家标准 1 第一部分:空中力量的悠久历史 第一章 - 空中力量简介 10 第二章 - 空中力量的青春期:1904-1919 15 第三章 - 黄金时代:1919-1939 21 第四章 - 空中力量走向战争 27 第五章 - 航空:从冷战到沙漠风暴 35 第六章 - 航空学的进步 45 第二部分:飞行和导航原理 第七章 - 基础航空学和空气动力学 48 第八章 - 运动中的飞机 52 第九章 - 飞行导航 58 第三部分:航空航天界 第十章 - 机场 63 第十一章 - 航空公司 65 第十二章 - 通用航空 68 第十三章 - 商务和商业航空 71 第十四章 - 军用飞机 75 第十五章 - 直升机、短距起降、垂直起降和无人机 79 第 16 章 - 航空航天组织 83 第 17 章 - 航空航天职业与培训 87 第四部分:空气环境 第 18 章 - 大气层 91 第 19 章 - 天气要素 97 第 20 章 - 航空天气 101 第五部分:火箭 第 21 章 - 火箭基础知识 105 第 22 章 - 化学推进 109 第 23 章 - 轨道和轨迹 112 第六部分:太空 第 24 章 - 太空环境 117 第 25 章 - 我们的太阳系 122 第 26 章 - 无人太空探索 128 第 27 章 - 载人航天器 134
摘要:当前的研究趋势已在各种空间任务中大规模地使用了“绿色推进剂”的使用;主要出于环境可持续性和安全问题。小型卫星,尤其是微型和纳米卫星,从被动行星孔发展到能够执行可能需要高推动冲动能力的主动轨道操作。因此,需要在船上和辅助推进系统上执行此类轨道操作。初级推进系统设计中的新颖性要求特别关注微型化,这可以通过上述轨道传递能力来实现,通过使用绿色单核剂,由于其相对的高性能以及与气态和二线化剂相比,尤其是用于微型型系统的相比,它们的相对高性能以及更好的可保持性。由于绿色 - 普罗普尔领域正在进行的快速研究活动,有必要广泛研究和收集各种绿色单opelt剂性能和绩效的数据,这些数据将进一步帮助分析师和设计师进行液体推进系统的研究和开发。这篇评论追溯了绿色单opello剂的历史和起源,以及经过深入研究此类推进剂的理化特性后,可以将绿色单opel剂分类为三个主要类别:能量离子液体(EILS),液体NOX NOX单核纤维素和氢过氧化物溶液(HPAS)。通过不同的推进系统配置讨论了绿色单opell剂的某些应用,例如:多模式,二模式和化学 - 电动推进。此外,列表的数据和性能比较将在使用分析工具(例如:火箭推进分析(RPA)和NASA CEA)方面为工程师和科学家提供有关化学推进系统分析和设计的工程师和科学家。尽管在许多空间应用中广泛提出和使用了空间(即AF-M315E和LMP-103S)(即AF-M315E和LMP-103S),但调查的调查表明,NOX燃料混合物具有最高的性能,而HPA的HPAS也会产生最低的性能。
尽管从未尝试过,但可以评估,同样的技术可以用于执行一些初步的火星载人任务[1, 2]。众所周知,要真正探索和殖民最近的天体,需要开发广泛的技术[3]——开发原地资源的技术、保护宇航员免受辐射的技术、在目的地星球上制造工厂的技术等——但需要直接与推进相关的新技术。特别是,必须使用核能而不是化学能来推动航天器。基于核裂变反应的核热推进和核电推进(NTP 和 NEP)两种替代方案都得到了详细研究,前者已经进行了台架测试,结果非常令人满意。 NTP 和 NEP 可以减少旅行时间(从而减少宇航员受到的宇宙辐射),同时降低低地球轨道初始质量 (IMLEO),从而使星际任务更加经济实惠,从而提高人类执行火星及更远星球任务的机会。NASA 设计参考架构 5 (DRA5) [3, 4] 报告了 NTP 和载人火星任务化学方法之间的有趣比较。此外,NEP 还可以显著改善化学推进,而上述两种核方法之间的选择主要取决于政治决策,即哪种技术可以发展到足够的技术就绪水平。上述两种核方法均基于裂变核反应 [5]。轻质结构和薄膜太阳能电池方面的最新进展使得人们可以考虑将太阳能电力推进 (SEP) 用于载人行星任务,尤其是首次载人火星任务。这是一种“过渡”解决方案,用于提高行星际航天器的性能,使其性能高于化学推进,同时等待 NTP 或 NEP 技术可用。通过将 SEP 的性能与化学推进和 NTP 的性能进行比较,IMLEO 方面的优势显而易见,而就 NEP 而言,它们仅取决于发电机的比重 α,短期内这对太阳能电池阵列比对核发电机更有利。从长远来看,后者会好得多,但开发 SEP 意味着为载人飞行任务开发高功率电推进器,以便在轻型核发电机可用时它们已准备就绪。无论如何,毫无疑问,要成为真正的太空文明,我们必须开发基于核聚变的火箭发动机 [6, 7]。使用聚变能进行航天器推进的想法由来已久 [8]。对于聚变推进,有两种替代方案:类似于 NTP 和聚变 NEP。在过去的 20 年里,许多研究都致力于核聚变发电的总体发展,尤其是核聚变火箭的发展。核聚变 NEP 需要开发轻型核聚变反应堆,而这在今天看来似乎是一项艰巨的任务。此外,这里的重点仍然只是发电机的比重 α,而核聚变发电机的 α 值要比裂变发电机更好还需要很多年 [9],更不用说今天还没有出现过即使 α 值很高的核聚变发电机。在核聚变 NEP 中,α 值越低,比冲的最佳值就越高,因此即使有了轻型发电机,也需要做大量工作来改进电推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机,其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆,该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的开发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。DFD 使用一种新型磁约束和加热系统,以氦和氢核同位素混合物为燃料,产生高比功率、可变推力和比冲量以及低辐射航天器推进系统。最简单的聚变驱动器类型是使用小型不受控制的热核爆炸来推动航天器前进,就像猎户座计划 [5] 中计划的那样,但即使使用连续的受控反应,DFD 似乎也更容易实现,而 D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内实现太阳系殖民的推进器。虽然与 DFD 相关的大多数研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务,但本文的目的是详细研究人类快速前往火星和小行星带的任务。结果表明,核聚变推进是开启太阳系殖民和建立太阳系经济的有利技术。本文的结构如下:在第二部分中,我们描述了推进器及其主要特性。第三部分专门考虑了地球 - 火星任务的三种情况:i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作;ii. 有限的 VEV 操作;iii. 慢速货运航天器任务。第四部分讨论了前往 16 Phyche 小行星的任务,最后是结论要使聚变发电机的 α 值优于裂变发电机还需要很多年 [9],更何况目前还没有可用的聚变发电机,哪怕它的 α 值非常高。在聚变 NEP 中,α 值越低,比冲的最优值就越高,所以即使有了轻型发电机,也需要做大量工作来改进电力推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机,其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆,该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的研发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。 DFD 使用一种新型磁约束和加热系统,以氦和氢核同位素混合物为燃料,产生高比功率、可变推力和比冲量,以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进,就像猎户座计划 [5] 中计划的那样,但即使使用连续的受控反应,DFD 似乎也更容易实现,D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务,但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是,核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下:第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况:i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作;ii. 有限的 VEV 操作;iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务,最后是结论要使聚变发电机的 α 值优于裂变发电机还需要很多年 [9],更何况目前还没有可用的聚变发电机,哪怕它的 α 值非常高。在聚变 NEP 中,α 值越低,比冲的最优值就越高,所以即使有了轻型发电机,也需要做大量工作来改进电力推进器。革命性的直接聚变驱动器 (DFD) 是一种核聚变发动机,其概念基于普林斯顿场反转配置反应堆,该反应堆无需经过中间的发电步骤即可从聚变中产生推力 [10]。该发动机的研发与普林斯顿等离子体物理实验室正在进行的聚变研究有关。 DFD 使用一种新型磁约束和加热系统,以氦和氢核同位素混合物为燃料,产生高比功率、可变推力和比冲量,以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进,就像猎户座计划 [5] 中计划的那样,但即使使用连续的受控反应,DFD 似乎也更容易实现,D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务,但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是,核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下:第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况:i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作;ii. 有限的 VEV 操作;iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务,最后是结论DFD 使用一种新型磁约束和加热系统,以氦和氢核同位素混合物为燃料,产生高比功率、可变推力和比冲量,以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进,就像猎户座计划 [5] 中计划的那样,但即使使用连续的受控反应,DFD 似乎也更容易实现,D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务,但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是,核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下:第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况:i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作;ii. 有限的 VEV 操作;iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务,最后是结论DFD 使用一种新型磁约束和加热系统,以氦和氢核同位素混合物为燃料,产生高比功率、可变推力和比冲量,以及低辐射航天器推进系统。最简单的核聚变驱动类型是使用小型不受控制的热核爆炸推动航天器前进,就像猎户座计划 [5] 中计划的那样,但即使使用连续的受控反应,DFD 似乎也更容易实现,D-3He 直接聚变推进器似乎是可以在中期内殖民太阳系的推进器。虽然大多数与 DFD 相关的研究都涉及外太阳系或近星际空间的任务,但本文的目的是详细研究人类快速登陆火星和小行星带的任务。结果是,核聚变推进是启动太阳系殖民和建立太阳系经济的使能技术。本文的结构如下:第二部分描述了推进器及其主要特性。第三部分考虑了地球-火星任务的三种情况:i. 理想的可变弹射速度 (VEV) 操作;ii. 有限的 VEV 操作;iii. 慢速货运航天器任务。第四部分考虑了前往 16 Phyche 小行星的任务,最后是结论