本专著总结了一项为期一年的研究(从 2002 年 6 月到 2003 年 7 月),研究内容涉及国家风洞和推进测试需求,以及美国国家航空航天局 (NASA) 的主要风洞 (WT) 和推进测试 (PT) 设施 1 持续满足这些需求的能力;该研究还确定了 NASA 内部所需的任何新投资和过剩产能。该研究重点关注对更大(因此建造和运营成本更高)测试设施的需求,并确定了 NASA WT/PT 设施面临的管理问题。本专著应引起 NASA、国防部、航空航天工业、管理和预算办公室、科学和技术政策办公室以及国会决策者的兴趣。本专著的详细支持信息包含在一份较长的配套技术报告中:
本技术报告提供了为期一年的研究(从 2002 年 6 月到 2003 年 7 月)的详细数据、观察结果和结论,该研究考察了国家风洞和推进测试需求以及美国国家航空航天局 (NASA) 主要风洞 (WT) 和推进测试 (PT) 设施 1 在满足这些需求方面的持续能力,确定了所需的新投资和 NASA 内部的任何过剩产能。本报告应引起 NASA、国防部和航空航天业研究开发测试和评估社区的人们的兴趣,他们希望详细了解 WT/PT 设施测试的国家需求、NASA 的设施以及对国家需求很重要的选定非 NASA 设施的技术考虑。本报告作为配套报告并支持以下专著:
在新型发动机概念开发的早期,重点放在对发动机循环及其部件的分析评估上,以将设计方案的选择范围缩小到最有利于进一步开发的设计方案。重复的地面测试虽然昂贵且困难,但却是必要的下一步,因为通常不可能从第一原理对发动机的所有物理现象进行分析建模。对于新型高速(高超音速)发动机尤其如此,因为大多数技术领域(流体动力学、燃烧、材料等)的最新技术水平都超出了传统界限。因此,地面测试的重要性得到了强调。地面飞行模拟可能是一项复杂的任务。将测试发动机牢固地安装在地面上,通过将发动机放置在高速气流中来模拟飞行,该气流会在发动机内部和外部产生适当的速度、压力和温度条件。为了产生这种气流,来自高压高温供应的空气通过超音速(或高超音速)喷嘴膨胀。根据能量守恒定律,当高供应压力和温度条件下的空气膨胀到所需的超音速时,会产生适当的局部静压和温度条件来模拟所需的高度。因此,地面测试设施必须具有压缩、储存和加热大量空气的能力,并且必须配备控制系统来为这些大型喷气机提供适当的流量。此外,还必须有燃料供应系统、水供应系统、排气抽吸系统等。
Orion 发动机系列 Orion 32 Vectorable 32.5 119.6 4,429 4,908 0.90 1,231,750 53.6 经过部件认证的 Orion 32 XL Vectorable 32.5 179.5 6,953 7,756 0.90 1,838,200 52.4 经过部件认证的 Orion 38 Vectorable 38 52.6 1,698 1,924 0.88 491,140 66.8 经过飞行验证的 Orion 50 Vectorable 50.2 103.2 6,669 7,395 0.90 1,949,000 75.1 经过飞行验证的 Orion 50 XL Vectorable 50.2 120.9 8,631 9,494 0.91 2,521,900 71.0 经过飞行验证的 Orion 50S 固定式 50.2 350.1 26,801 29,529 0.91 7,873,000 74.9 经过飞行验证的 Orion 50ST 矢量型 50.2 335.4 26,801 29,103 0.92 7,676,500 74.2 经过飞行验证的 Orion 50S XL 固定式 50.2 404.3 33,145 36,153 0.92 9,744,300 69.7 经过飞行验证的 Orion 50S XLT 矢量型 50.2 390.8 33,145 35,763 0.93 9,472,400 69.0 经过飞行验证的 Orion 50S XLG 矢量发动机 50.2 344.0 33,145 35,525 0.93 9,061,400 69.0 经过飞行验证的 CASTOR 发动机系列 CASTOR IVA 固定发动机 40.1 363.4 22,286 25,737 0.87 5,967,840 55.2 经过飞行验证的 CASTOR IVA-XL 固定发动机 40.1 457.0 28,906 33,031 0.88 8,140,170 58.0 经过飞行验证的 CASTOR IVB 矢量发动机 40.1 353.7 21,990 25,441 0.86 5,880,600 63.6 经过飞行验证的 CASTOR 30 Vectorable 92 144.2 28,098 30,590 0.92 8,239,110 149.8 经过飞行验证的 CASTOR 30B Vectorable 92 169.9 28,405 30,800 0.92 8,539,320 126.7 经过飞行验证的 CASTOR 30XL Vectorable 92 235.8 54,949 58,217 0.94 16,174,800 155.0 经过飞行验证的 CASTOR 120 Vectorable 92 355 107,914 116,993 0.92 30,000,000 79.4经过飞行验证的 CASTOR 120XL Vectorable 92.1 378.3 114,194 123,383 0.93 31,872,000 83.5 合格石墨环氧树脂发动机 (GEM) 系列 GEM 40 固定(空气点火)
推力 = 通过风扇管道的空气质量流速 (V jb – V a ) + 通过核心发动机的空气质量流速 (V je – V a )
本技术报告提供了为期一年的研究(从 2002 年 6 月到 2003 年 7 月)的详细数据、观察结果和结论,该研究考察了国家风洞和推进测试需求以及美国国家航空航天局 (NASA) 主要风洞 (WT) 和推进测试 (PT) 设施 1 满足这些需求的持续能力,确定了所需的新投资和 NASA 内部的任何过剩产能。本报告应该引起 NASA、国防部和航空航天业研究开发测试和评估社区的人士的兴趣,他们希望详细了解国家对 WT/PT 设施测试的需求、NASA 的设施以及对国家需求很重要的选定非 NASA 设施的技术考虑。本报告作为以下专著的配套报告并为其提供支持:
阿拉巴马州亨茨维尔是 Plasma Processes 的所在地,这是一家为航空航天和国防应用提供高温材料解决方案的材料公司。他们的能力包括多种热喷涂技术、近净形耐火金属制造以及一系列政府和商业客户实体。2016 年获得的一份小型企业创新研究 (SBIR) 合同推动了 Plasma 第一个完全集成的推进器组件的开发,该组件使用 Plasma 每天为各种实体制造的推力室、喷射器头和高温部件的组件工艺。推进器组件使用 ASCENT 或 AF-M315E 推进剂,该推进剂首次在绿色推进灌注任务 (GPIM) 上得到展示,该任务以 Plasma Processes 制造的推力室为特色。在展示了推进器的可行性后,Plasma 的 SBIR 推进器组件引起了 NASA 飞行项目的关注。2021 年,十二台推进器被交付给月球手电筒任务,其中四台推进器于 2022 年 12 月发射。
核聚变长期以来一直被认为是一种理想的太空推进方法,因为它具有极高的燃料比能(比最好的化学燃料高 + 2 # 10 6)和排气速度(+ 4% 的光速,而最好的化学燃料为 + 4 公里/秒)。这种高性能将允许在参与研究人员的一生中快速完成行星际任务以及星际任务。1然而,聚变推进存在两个主要困难:点燃自持聚变链式反应的困难以及反应产生的大量电离辐射,这需要相当大的屏蔽质量来抵御这种辐射。1本摘要介绍了一种独特但众所周知的核物理技术“自旋极化”的能力,它可降低点火要求和航天器必须处理的电离辐射通量。
摘要:人们对太空探索重新产生兴趣,这导致了有关先进太空推进系统(包括高效电力推进系统)的研究力度加大。尽管这些系统几十年前就已经在太空中进行了测试,目前正应用于各种太空平台和数千颗卫星,但它们在轨道和深空应用中的潜力尚未得到充分发挥。空间电力推进的一个特点是该技术中使用的物理过程种类繁多,这在许多其他类型的运输用推进系统(例如飞机或汽车使用的推进系统)中并不常见。各种物理过程和机制是不同电力推进技术的基础,应将它们结合起来,以推动未来空间电力推进系统科学技术的发展。这篇评论文章简要强调了空间电力推进的这一特点,并概述了这种多样性带来的一些挑战和机遇。