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VTVL火箭系统工程
内容：2021 年秋季进行的研究介绍了 VTVL 飞行器 Colibri 的定型过程、初步设计阶段概念和每个子系统的要求。该火箭依靠 1200N N2O/Ehanol 可节流火箭发动机，该发动机基于该协会已经开发和测试的 1000N 版本的经验。发动机万向节和反应控制系统将允许完全控制该自主飞行器以实现各种飞行剖面机会。它将能够在携带 3 公斤有效载荷的情况下悬停超过 75 秒。该飞行器的首次系留飞行预计将于 2023 年中期进行，随后在 2023 年底进行自由飞行。开发和测试计划已计划好，因此该项目在不到 10 名学生的小团队中仍然可行。最后，该项目由学生在学业之余管理，其成本预计约为 55,000 瑞士法郎，这要感谢行业合作伙伴和捐款的帮助。
韦斯科特试验场火箭试验概述（2022/2023）
韦斯科特创业园 (前身为火箭推进机构) 是越来越多推进器和推进服务公司的所在地。本文概述了其中一些公司的近期活动。Airborne Engineering Limited 报告了其 LOX/LCH4 测试设施的调试工作以及其 VTVL 火箭的进一步测试工作。Protolaunch 报告了使用各种推进剂在 20N-500N 范围内的推进器技术的一系列发展。URA Thrusters 一直在开发各种各样的在轨使用电力推进选项。最后，Race to Space 计划启动，为来自英国大学的学生提供动手推进培训。该计划得到了 Airborne Engineering 和 Protolaunch 的支持，他们为学生举办了热火发动机测试，而 European Astrotech 则协助进行冷流测试。
文章 可重复使用火箭发动机应用的涡轮泵参数建模和可靠性评估
摘要：现代可重复使用发射器的发展，例如采用 LOX/LCH4 Prometheus 发动机的 Themis 项目、采用 LOX/LH2 RSR2 发动机的可重复使用 VTVL 发射器第一级演示器的 CALLISTO 以及采用 Merlin 1D 发动机的 SpaceX 猎鹰 9 号，都凸显了对先进控制算法的需求，以确保发动机的可靠运行。这些发动机的多次重启能力对节流阀提出了额外的要求，需要扩展控制器有效性域，以便在各种操作状态下安全地实现低推力水平。这种能力也增加了部件故障的风险，尤其是当发动机参数随着任务概况而变化时。为了解决这个问题，我们的研究使用多物理系统级建模和仿真，特别关注涡轮泵部件，评估了可重复使用火箭发动机 (RRE) 及其子部件在不同故障模式下的动态可靠性。使用 EcosimPro-ESPSS 软件（版本 6.4.34）进行的瞬态条件建模和性能分析表明，涡轮泵组件在标称条件下保持高可靠性，涡轮叶片即使在变化的热负荷和机械负荷下也表现出显著的疲劳寿命。此外，提出的预测模型估计了关键部件的剩余使用寿命，为提高可重复使用火箭发动机中涡轮泵的寿命和可靠性提供了宝贵的见解。本研究采用确定性、热相关结构模拟，关键控制目标包括燃烧室压力和混合比的最终状态跟踪以及操作约束的验证，以 LUMEN 演示发动机和 LE-5B-2 发动机为例。
HISST：第二届国际高速车辆科学技术会议
摘要可重复使用的发射系统在过去十年中彻底改变了太空运输行业。Falcon 9（SpaceX）的既定成功对许多私人公司和太空机构发挥了关键作用，促使他们在重复使用的发射车辆（RLV）上投资一致的资源（RLV），以重新构成主要阶段和上层阶段。在这项研究中，引入了一种基于最佳分期，结构索引曲线和火箭发动机特征的可重复使用的主阶段大小的新型概念前方法。该方法可以用于开发最初的猜测和界限，以进一步详细的RLV尺寸。它将基于速度预算的最佳分阶段的传统启动器设计方法扩展到具有恢复硬件的可重复使用的轨迹。这用于对设计替代方案在性能和参数成本指标方面的适用性进行概念分析，并包括基于VTVL和VTHL火箭概念的不同恢复解决方案。该研究还探讨了使用氢，甲烷，丙烷，氨和煤油作为燃料的差异。结果表明，对恢复推进剂进行调整的重要性以及对与最低最低限度质量解决方案不同成本最佳设计的预期重用数量的敏感性。尽管它提供了可以初始化RLV概念设计的快速结果，但由于难以从概念上对其他设计参数进行建模及其对车辆轨迹和干质量的影响，因此其有效性受到限制。因此，它的结果必须在随后的设计阶段仔细使用，尽管它可以用作初始化策略。尤其是，速度分析学科可以为延迟的轨迹优化产生初始猜测，以及用于多学科设计分析和优化（MDAO）评估的最佳分阶性程序。进行的交易将进一步补充有关结构设计和高档MDAO的未来详细研究。
未来可重复使用运载火箭的生态设计：洞察其生命周期和大气影响
摘要 可重复使用运载火箭 (RLV) 正逐渐成为降低太空准入成本的解决方案，并带来突破性太空应用带来的潜在好处。虽然太空是解决全球问题的理想平台，但它也带来了“适应-缓解困境”。运载火箭是唯一直接向大气层各层排放的人造物体，可重复使用性可能会带来额外的负担。虽然它可以通过回收主要部件来确保材料的合理使用，但其相对于等效一次性运载火箭 (ELV) 的潜在可持续性收益尚未量化。因此，正确理解这些对于确保可持续的太空运输设计选择至关重要。本研究回顾了目前对运载火箭环境影响和生态设计的知识状态，然后介绍了第一阶段可重复使用的不同技术的初步生命周期和大气影响评估。可重复使用性表明材料资源消耗可能在早期减少，这与推进剂选择和回收策略无关。就气候强迫而言，仅当假设氢氧、氨氧技术实现完全碳中性推进剂生产，而如果烟尘产量保持在可持续限度以下，甲氧可能实现碳中性推进剂生产，可重复使用性才是有益的。执行空中捕获回收的 VTHL 也表现出降低的气候强迫潜力。据估计，与 ELV 相比，VTVL 运载器的平流层臭氧消耗潜能将增加 18-34%，VTHL 则将增加 12-16%。此外，还发现混合比、飞行剖面、分级条件和空气动力学能力具有高敏感性，需要采用更高保真度的设计方法进行详细评估。据估计，未来大规模空间活动的发射影响也不再可以忽略不计，尽管各种设计方案中都存在一些缓解余地，而且近期将气候变化成本内部化的监管发展可能会显著影响 RLV 的商业案例。此外，高空大气影响，尤其是烟尘排放的影响，似乎主导了潜在的生命周期影响和不确定性，尤其是对于以碳氢化合物为燃料的运载火箭。这进一步加剧了基于航空和地面排放的常用但不合适的加权。这些可能会对绝对和相对比较产生重大影响，因此，必须谨慎对待本研究的结果。未来的研究应采用最先进的大气建模和适当的方法来衡量各个生命周期阶段，从而实现缓解设计，同时避免负担转移。