Sıvı apogee motoru - Liquid apogee engine

DLR ziyaretçi merkezinde, Lampoldshausen, Almanya'da sergilenen, ısı kalkanı ve montaj yapısı dahil 400 N hipergolik sıvı apoje motoru. Motor, Symphonie uydularında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bunlar, yörüngeye yerleştirme için bir sıvı iki yakıtlı apogee motoru kullanan, sabit yörüngedeki ilk üç eksenli stabilize iletişim uydularıydı.

Bir sıvı apogee motoru ( LAE ) veya apogee motoru , tipik olarak bir uzay aracında ana motor olarak kullanılan bir tür kimyasal roket motorunu ifade eder .

Adı zirve motor manevrasının türünden elde edildiği için, motor tipik olarak, örneğin, bir in-alan kullanılan delta v yapılan değişikliği apoje bunu circularise için eliptik bir yörüngenin. İçin sabit uydulara , bu tür yörünge manevra bir geçiş için gerçekleştirilir Geosenkron transferi yörüngesinde ve dairesel içinde istasyonda uydu yerleştirmek yörüngede . Adına rağmen, bir apogee motoru, ömrünün sonunda yörüngeden çıkma, Dünya yörüngesinden kaçış, gezegen yörüngesine yerleştirme ve gezegen alçalma/yükselme gibi bir dizi başka manevra için kullanılabilir.

Uzay endüstrisinin bazı bölümlerinde bir LAE, sıvı apogee motoru (LAM), sıvı apogee iticisi (LAT) ve iticiye bağlı olarak çift ​​modlu bir sıvı apogee iticisi (DMLAT) olarak da adlandırılır. Bu isimlerde motor ve motor kullanımına ilişkin belirsizliğe rağmen , hepsi sıvı yakıt kullanır. Ancak Waxwing gibi bir apogee kick motoru (AKM) veya apogee boost motoru (ABM) katı yakıt kullanır. Bu katı yakıtlı versiyonlar yeni nesil uydularda kullanılmamaktadır.

Tarih

Apogee motorunun kökeni, Aerojet , Rocketdyne , Reaction Motors , Bell Aerosystems , TRW Inc. ve The Marquardt Company gibi şirketlerin çeşitli uydular ve uzay araçları için motor geliştirmeye katıldığı 1960'ların başlarına kadar uzanıyor .

Bu orijinal motorların türevleri bugün hala kullanılmaktadır ve sürekli olarak geliştirilmekte ve yeni uygulamalara uyarlanmaktadır.

Düzen

Tipik bir sıvı apoje motoru şeması aşağıdakilere sahip bir motor olarak tanımlanabilir:

  • basınç ayarlı hipergolik sıvı bipropellant besleme,
  • termal olarak izole edilmiş solenoid veya tork motor valfleri,
  • (enjektöre bağlı olsa da) merkezi oksidan galerisi ve dış yakıt galerisi içeren enjektör tertibatı,
  • radyasyonlu ve film soğutmalı yanma odası,
  • yanma odası malzemesinin termal kapasitesi ile sınırlanan karakteristik hız ,
  • Genleşme nozülünün süpersonik alan oranı ile sınırlanan itme katsayısı.

Uzay aracını yanma odasının radyan ısısından korumak için, bu motorlar genellikle bir ısı kalkanı ile birlikte kurulur .

itici

Apogee motorları tipik olarak bir yakıt ve bir oksitleyici kullanır. Bu itici gaz genellikle aşağıdakiler gibi hipergolik bir kombinasyondur , ancak bunlarla sınırlı değildir :

Hipergolik itici gaz kombinasyonları, motor yanma odası içinde temas halinde tutuşur ve çok yüksek ateşleme güvenilirliğinin yanı sıra yeniden ateşleme yeteneği sunar.

Bir çok durumda azot karışık oksitleri , örneğin MON-3 (şekilde (MON), N
2
Ö
4
%3 NO ile ), saf N'nin yerine kullanılır
2
Ö
4
.

N'nin kullanımı
2
H
4
REACH düzenlemeleri nedeniyle Avrupa'da tehdit altındadır . 2011 yılında REACH çerçeve mevzuatına N
2
H
4
çok yüksek önem arz eden
maddeler aday listesine . Bu adım, N'nin kullanılması riskini artırır.
2
H
4
yakın ve orta vadede yasaklanacak veya kısıtlanacaktır.

N'ye izin vermek için muafiyetler aranıyor
2
H
4
uzay uygulamalarında kullanılmak üzere ancak bu riski azaltmak için şirketler alternatif itici yakıtlar ve motor tasarımları araştırıyorlar. Bu alternatif itici yakıtlara geçiş kolay değildir ve performans, güvenilirlik ve uyumluluk (örn. uydu tahrik sistemi ve fırlatma sahası altyapısı) gibi konuların araştırılması gerekir.

Verim

Bir apogee motorunun performansı genellikle vakuma özgü dürtü ve vakum itişi cinsinden ifade edilir . Ancak, performansı etkileyen başka birçok ayrıntı vardır:

  • Karakteristik hız, sevk maddesi kombinasyonu, sevk maddesi besleme basıncı, sevk maddesi sıcaklığı ve sevk maddesi karışım oranı gibi tasarım detaylarından etkilenir.
  • İtme katsayısı, öncelikle meme süpersonik alan oranından etkilenir.

Tipik bir 500 N-sınıfı hipergolik sıvı apoje motoru, 320 s bölgesinde vakuma özgü bir dürtüye sahiptir ve pratik limitin 335 s'ye yakın olduğu tahmin edilmektedir.

Nominal itici besleme koşullarında belirli bir nominal itme ve nominal özgül itme sağlamak üzere pazarlanmasına rağmen, bu motorlar, uçuşa uygun olarak kabul edilmeden önce performansın bir dizi çalışma koşulunda haritalandırıldığı zorlu testlerden geçer . Bu, uçuş nitelikli bir üretim motorunun, daha yüksek itme gücü gibi belirli görev gereksinimlerini karşılamak için üretici tarafından (gerekçe dahilinde) ayarlanabileceği anlamına gelir.

Operasyon

Çoğu apogee motoru, sabit bir itme seviyesinde açma-kapama şeklinde çalıştırılır. Bunun nedeni, kullanılan vanaların yalnızca iki konuma sahip olmasıdır: açık veya kapalı.

Bazen yanma süresi olarak da adlandırılan motorun açık olduğu süre , hem manevraya hem de motorun kapasitesine bağlıdır. Motorlar, belirli bir minimum ve maksimum tek yanma süresi için kalifiyedir.

Motorlar ayrıca, bazen kümülatif yakıt verimi olarak da adlandırılan maksimum bir kümülatif yanma süresi sağlamak için niteliklidir . Bir motorun belirli bir performans seviyesindeki faydalı ömrü, başta yanma odası için kullanılanlar olmak üzere, yapım malzemelerinin faydalı ömrü tarafından belirlenir.

Uygulamalar

Telekomünikasyon ve keşif görevleri için kullanılan apogee motorları arasında basitleştirilmiş bir ayrım yapılabilir:

  1. Mevcut telekomünikasyon uzay aracı platformları, yüksek itme gücünden ziyade yüksek özgül dürtüden daha fazla yararlanma eğilimindedir. Yörüngeye girmek için ne kadar az yakıt tüketilirse, istasyondayken istasyon tutmak için o kadar fazla kullanılabilir. Kalan itici gazdaki bu artış, doğrudan uydunun hizmet ömründe bir artışa çevrilebilir ve bu misyonların mali getirisini arttırır.
  2. Gezegensel keşif uzay aracı, özellikle daha büyük olanlar, yüksek özgül dürtüden ziyade yüksek itme gücünden daha fazla yararlanma eğilimindedir. Hızlı, yüksek delta- v manevra Bu manevranın yüksek verim, idam edilebilir ve daha az itici gereklidir. Gereken itici gazdaki bu azalma, doğrudan veri yolu ve yük kütlesinde (tasarım aşamasında) bir artışa dönüştürülebilir ve bu görevlerde daha iyi bilim dönüşü sağlar.

Bir görev için seçilen gerçek motor, görevin teknik ayrıntılarına bağlıdır. Maliyet, teslim süresi ve ihracat kısıtlamaları (örneğin ITAR ) gibi daha pratik hususlar da kararda rol oynar.

Ayrıca bakınız


Referanslar