固液混合动力的运载火箭及其发射方法与流程

本发明涉及航空航天，尤其涉及一种固液混合动力的运载火箭及其发射方法。

背景技术：

1、运载火箭是由多级火箭组成的航天运载工具。通常，运载火箭将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。

2、常用的运载火箭按其所用的推进剂来分，可分为固体火箭、液体火箭等类型。如我国的长征三号运载火箭是一种三级液体火箭；长征一号运载火箭则是一种固液混合型的三级火箭，其第一级、第二级是液体火箭，第三级是固体火箭；美国的“飞马座”运载火箭则是一种三级固体火箭。

3、其中，液体火箭发动机整体结构复杂，推进剂不利于贮存且多带有腐蚀性和毒性，使用不便，安全性较差。固体火箭发动机的结构简单，推进剂易于贮存，技术发展成熟，可靠性高，但发动机的比冲较低、工作时间相对较短、推力调节和重复关机启动较难实现。

4、目前针对小型航天器发射的要求，迫切需求具备快速响应能力的运载火箭，以便在时间上达到抢占先机、快速针对的目的，且在考虑商业价值的同时，需要注重其低成本的经济效益。如何能够在保证运载火箭商业价值和经济效益的同时，还能够具有快速响应能力，是现有的运载火箭所需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种固液混合动力的运载火箭及其发射方法，用以解决现有技术中运载火箭的经济效益和响应能力难以兼顾的缺陷，实现一种在保证运载火箭商业价值和经济效益的同时，还能够具有快速响应能力的运载火箭方案。

2、本发明提供一种固液混合动力的运载火箭，包括火箭主体和多个助推器；所述火箭主体包括位于尾端的一子级和位于首端的整流罩，所述运载火箭的有效载荷设置于所述整流罩内，所述助推器通过爆炸螺栓安装于所述一子级；所述一子级采用固液混合火箭发动机，所述助推器采用固体火箭发动机；所述助推器设置有分离火箭，所述分离火箭能够提供使所述助推器远离所述一子级的动力；所述分离火箭与至少一个所述爆炸螺栓关联设置，以能够通过解锁所述爆炸螺栓，触发所述分离火箭的启动系统。

3、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述整流罩内设有上面级，所述有效载荷安装于所述上面级，从所述一子级到所述上面级之间，通过爆炸螺栓串联有二子级；所述二子级采用固液混合火箭发动机，所述上面级采用固体火箭发动机。

4、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述固液混合火箭发动机包括氧化剂箱、固体燃料箱和喷管；所述氧化剂箱和固体燃料箱之间设置有电动泵输送系统；所述电动泵输送系统未启动时，液体氧化剂与固体燃料分别存于所述氧化剂箱和所述固体燃料箱，形成物理隔绝状态；所述电动泵输送系统启动时，将所述氧化剂箱中的液体氧化剂增压输送至所述固体燃料箱，所述固体燃料箱中的固体燃料热解气体与所述液体氧化剂掺混燃烧，以通过所述喷管提供推进动力。

5、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述液体氧化剂包括硝酸、液氧、一氧化二氮、过氧化氢中的一种或几种；所述固体燃料包括聚乙烯、端羟基聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡中的一种或几种。

6、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述喷管设置有推力矢量控制系统，所述推力矢量控制系统通过控制所述喷管的摆动角度，以对运载火箭飞行过程中的飞行弹道进行控制。

7、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述一子级、所述二子级和所述上面级设置有姿控系统，所述姿控系统包括多个能够提供径向动力的姿控发动机。

8、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述一子级预设有十二个用于安装所述助推器的安装位，所述运载火箭上的所述助推器的数量为两个、三个、四个、六个或十二个。

9、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭，所述一子级的尾端和/或所述助推器的尾端设置有耐热材料的防护罩。

10、本发明还提供一种固液混合动力的运载火箭的发射方法，应用于如上所述的任一种固液混合动力的运载火箭，方法包括：完成发射准备工作后，同时启动所述助推器的固体火箭发动机和所述一子级的固液混合火箭发动机；飞行一段时间后，所述助推器的固体火箭发动机关机，并启动所述助推器和所述一子级之间的爆炸螺栓；通过所述爆炸螺栓的解锁，触发所述分离火箭的启动系统，所述分离火箭提供动力，以使所述助推器远离所述一子级；所述一子级的固液混合火箭发动机继续工作，以推动所述火箭主体继续飞行。

11、根据本发明提供的一种固液混合动力的运载火箭的发射方法，所述整流罩内设有上面级，所述有效载荷安装于所述上面级，从所述一子级到所述上面级之间，通过爆炸螺栓串联有二子级，所述二子级采用固液混合火箭发动机，所述上面级采用固体火箭发动机；所述方法包括：所述一子级的固液混合火箭发动机持续工作一段时间后，所述一子级和所述二子级之间的爆炸螺栓启动，使所述一子级和所述二子级分离；所述一子级和所述二子级分离1至3秒后，所述二子级的固液混合火箭发动机点火工作，并控制所述二子级修正航路；进入预定航路后，所述二子级的固液混合火箭发动机关机，所述二子级和所述上面级之间的爆炸螺栓启动，以使所述上面级进入滑翔阶段；修正所述上面级的滑翔轨道后，所述上面级的固体火箭发动机点火，以将有效载荷以三轴稳定姿态送入预定轨道；进入所述预定轨道后，所述上面级释放所述有效载荷。

12、本发明提供的固液混合动力的运载火箭及其发射方法，通过采用固液混合火箭发动机的一子级和采用固体火箭发动机的助推器在运载火箭启动阶段同时工作，固体火箭发动机的助推器具有更快的响应速度，能够在短时间内提供给运载火箭充分的加速度，一子级的固液混合火箭发动机兼顾了传统固体火箭发动机和液体火箭发动机的优点，安全性高，降低了保障维护的成本。而且，分离火箭能够提供使所述助推器远离所述一子级的动力，在助推器与一子级的分离过程中，能够提高分离的成功率，进而减少发射失败的损耗。

技术特征：

1.一种固液混合动力的运载火箭，其特征在于，包括火箭主体(100)和多个助推器(200)；

2.根据权利要求1所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述整流罩(120)内设有上面级(121)，所述有效载荷(101)安装于所述上面级(121)，从所述一子级(110)到所述上面级(121)之间，通过爆炸螺栓串联有二子级(130)；

3.根据权利要求2所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述固液混合火箭发动机包括氧化剂箱(111)、固体燃料箱(112)和喷管(113)；

4.根据权利要求3所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述液体氧化剂包括硝酸、液氧、一氧化二氮、过氧化氢中的一种或几种；所述固体燃料包括聚乙烯、端羟基聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、石蜡中的一种或几种。

5.根据权利要求3所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述喷管(113)设置有推力矢量控制系统，所述推力矢量控制系统通过控制所述喷管(113)的摆动角度，以对运载火箭飞行过程中的飞行弹道进行控制。

6.根据权利要求2所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述一子级(110)、所述二子级(130)和所述上面级(121)设置有姿控系统，所述姿控系统包括多个能够提供径向动力的姿控发动机(131)。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述一子级(110)预设有十二个用于安装所述助推器(200)的安装位，所述运载火箭上的所述助推器(200)的数量为两个、三个、四个、六个或十二个。

8.根据权利要求1-6中的任一项所述的固液混合动力的运载火箭，其特征在于，所述一子级(110)尾端和/或所述助推器(200)的尾端设置有耐热材料的防护罩(211)。

9.一种固液混合动力的运载火箭的发射方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中的任一项所述的固液混合动力的运载火箭，方法包括：

10.根据权利要求9所述的固液混合动力的运载火箭的发射方法，其特征在于，所述整流罩(120)内设有上面级(121)，所述有效载荷(101)安装于所述上面级(121)，从所述一子级(110)到所述上面级(121)之间，通过爆炸螺栓串联有二子级(130)，所述二子级(130)采用固液混合火箭发动机，所述上面级(121)采用固体火箭发动机；

技术总结
本发明提供一种固液混合动力的运载火箭及其发射方法，固液混合动力的运载火箭包括火箭主体和多个助推器；所述火箭主体包括位于尾端的一子级和位于首端的整流罩，所述运载火箭的有效载荷设置于所述整流罩内，所述助推器通过爆炸螺栓安装于所述一子级；所述一子级采用固液混合火箭发动机，所述助推器采用固体火箭发动机；所述助推器设置有分离火箭，所述分离火箭能够提供使所述助推器远离所述一子级的动力；所述分离火箭与至少一个所述爆炸螺栓关联设置，以能够通过解锁所述爆炸螺栓，触发所述分离火箭的启动系统。本发明实现了一种在保证运载火箭商业价值和经济效益的同时，还能够具有快速响应能力的运载火箭方案。

技术研发人员：张胜敏,刘百奇,夏东坤,刘建设,崔鹏飞
受保护的技术使用者：北京星河动力装备科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25