Creare正在帮助NASA开发用于用低温推进剂加油的设备和方法,而在深空中无重力进行操作。未来的NASA任务场景包括雄心勃勃的计划,例如深入太阳系的旅行以及将大量有效载荷带到月球和火星上。这些任务中的许多将需要在轨道上用低温液体推进剂加油的能力。但是,在空间中加油的推进剂可能很困难,尤其是在处理高液体流速和宽度液体时,尤其是因为最大程度地减少供应罐中剩余的推进剂很重要。使用低温推进剂从未证明加油过程,这些推进剂不利于液体,并且容易沸腾。为了应对这些挑战,我们与NASA Glenn Research Center合作开发了混合液体采集设备(Hybrid LAD)。
• 促进海军/空军用于弹药驱动装置 (CAD) 和推进系统的固体推进剂颗粒的创新和先进制造 • 证明 AM 固体推进剂颗粒的可行性 o 开发与 AM 兼容的推进剂原料 o 探索适用于含能材料的 AM 打印机 o 提高材料质量以满足规范要求 o 制定制造协议和扩大规模程序 o 为 AM 推进剂建立基准特性测试 • 赞助商:o 海军 ManTech、制造技术项目办公室 o NAVSEA 05T o 联合项目办公室
气雾剂中通常使用的推进剂是丙烷、丁烷、异丁烷或二甲醚,这些物质均不含氟利昂。大多数气雾剂不再含有氟利昂,氟利昂被认为对臭氧层破坏起着重要作用。推进剂在室温下通常处于气态,在压力下会液化;例如,在气雾剂喷雾罐中。按下气雾剂顶部的按钮时,阀门打开,混合物便能离开罐子。液体推进剂变成气体,有助于将喷雾分解成液滴。在泡沫中,液化气体形成气泡,使产品在离开容器后“生长”。液体推进剂也是一种速干溶剂。气雾剂容器中实际的推进剂量因产品而异;细喷雾的百分比较高,泡沫的百分比较低。
CNTR 本质上是一种高性能核热推进 (NTP) 系统,其推进剂直接由反应堆燃料加热。CNTR 与传统 NTP 系统的主要区别在于,CNTR 不使用传统的固体燃料元件,而是使用液体燃料,液体通过离心力包含在旋转圆柱体中。CNTR 的性能目标是在使用氢推进剂时以 1800 s 的比冲提供高推力,在使用氨、甲烷或肼等被动可储存推进剂时以 900 s 的比冲提供高推力。如果实现,这样的性能将使人类 420 天的火星往返任务和其他先进的太空任务成为可能。高效使用任何挥发性物质作为推进剂的能力还可以极大地促进小行星和柯伊伯带天体等太空资源的开发。
太阳能航行为立方体规模,无推进剂的航天器技术提供了机会,该技术可以通过传统方法实现长期和长距离任务。太阳帆使用从帆表面反射的阳光光子中的线性动量转移。要推动航天器,不需要机械运动的部件,推进器或推进剂。但是,态度控制或方向仍然使用涉及反应轮和推进剂弹射的传统方法进行执行,这严重限制了任务寿命。例如,即将执行的任务将太阳帆与最先进的推进剂弹出气体系统采用的现有最先进的解决方案的现状。在这里,使用加油推进器的使用限制了任务的寿命。为了解决有限的任务寿命问题,利用反光控制设备的无推进剂态度控制项目团队正在使用薄材料(一种光学膜)进行无向态度控制,这是一种光学膜,可从透明到反射性的电气切换。该技术基于聚合物分散的液晶(PDLC),该液晶允许在使用电压时进行此切换。这项技术消除了推进剂的需求,这在改善性能和寿命的同时降低了体重和成本。
(1) 美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心,美国亚拉巴马州亨茨维尔,Thomas.M.Brown@NASA.GOV (2) 美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心,美国亚拉巴马州亨茨维尔,Mike.Fazah@NASA.GOV (3) 美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心,美国亚拉巴马州亨茨维尔,Michael.A.Allison@NASA.GOV (4) 美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心,美国亚拉巴马州亨茨维尔,Hunter.Williams@NASA.GOV 关键词:低温推进、低温流体管理、低温系统测试与演示 摘要:当前对月球探索和未来人类火星任务的关注推动了太空推进系统对具有长期存储和运行能力的更高性能低温系统的要求。这些系统不仅比可储存推进剂选项提供更高的性能,而且还具有现场生产推进剂的潜力。未来的火星运输系统预计将使用高推力核热推进(使用液氢推进剂),或混合系统,即采用低温化学系统(可能是 LOX/CH 4 )进行高加速机动,采用核电系统进行长时间高 Isp 机动。基于这两种选择的探索架构都需要使用具有长期储存能力的高性能低温推进剂,用于太空运输以及行星下降和上升功能。当前专注于月球探索的努力也依靠低温推进剂(LOX/LCH 4 或 LOX/LH 2 )进行月球运输和下降/上升运输功能。空间低温推进系统在长期推进剂储存和使用方面面临许多技术挑战,包括先进的绝缘技术、储箱分层和压力管理、低温制冷以减少推进剂因沸腾而损失、低泄漏低温阀门、低温液体采集和低温推进剂转移。美国宇航局已投资于技术开发工作,演示了单个技术和系统级操作。美国宇航局马歇尔太空飞行中心还投资了多个测试设施和模块化测试台,用于在地面演示多种集成技术和系统操作概念。还进行了额外投资以完善分析
•离子推进器用于航天器推进,并通过使用电加速离子来产生推力。通过添加或去除电子产生离子来使推进剂电离推进剂。这主要是通过电子轰击来实现的,在该电子轰击中,高能电子与推进剂原子碰撞以释放电子并产生阳性离子。•汞过去一直用作推进剂,直到1980年左右(Fazio等,2018)。与汞毒性有关的担忧导致了它的放弃。•汞离子推进器的制造商包括阿波罗融合(美国)。•消耗:20公斤推进剂,用于代表性配置,非常适合低轨卫星(Bloomberg,2019年)。•根据Apollo Fusion网站的信息,该公司打算在2019年至2023年之间生产多达500个推进器。这将在五年内消耗大约10吨汞(Apollo Fusion 2019)。•预计在未来10 - 20年内,卫星星座的计划将使低地球轨道的卫星数量增加10倍(Fourie等,2019)。据估计,在10年的寿命中,2000颗卫星每年将发射约20吨汞,这很大程度上将存放在海洋中。•欧盟没有制造/使用。
使用推进剂分布,阳极,阴极,两个磁极以及所得的离子流动方向[2]上述示意图说明了基本霍尔效应推进器操作的功能,其推进剂分布,阳极,阴极,两个磁极,两个磁极和产生的离子流动方向显示。Hall推进器通过使用垂直电和磁场的功能。推进剂的中性原子从储罐(未显示)移动到同轴加速通道。同时,径向磁场作用会阻碍电子流从阴极到阳极的流。电子被困在同轴加速通道的出口附近。交叉场在ɵ方向上产生净霍尔电子电流。被困的电子充当储罐中性推进剂原子电离的体积区域(未显示)。电子与缓慢移动的中性群碰撞,产生离子和更多的电子,以支撑排放量和电离额外的中性性。由于其较大的Larmor Radii,其正离子没有受到磁场的较大仪表的影响。离子通过在等离子体上的磁场阻抗产生的电场加速。随后,所得的高速离子束被外部电子源中和。