Космические двигательные установки, страница 9

Жидкостные однокомпонентные двигатели. Наиболее широко используемый тип двигателя для управления ориентацией и скоростью космического аппарата - однокомпонентный гидразиновый (N₂H₄). Превосходные характеристики управляемости, относительная устойчивость при нормальных условиях хранения и чистые продукты разложения сделали его стандартом. Общая последовательность операций в гидразиновом двигателе (рис. 17.4):

·  Когда система управления ориентацией подает сигнал для работы двигателя, электро-соленоидный клапан открывается, впуская гидразин. Это действие может быть импульсным (до 5 мс) или большой продолжительности (установившийся режим).

·  Давление в топливном баке вытесняет жидкий гидразин в инжектор. Он входит как аэрозоль в реактивный двигатель и контактирует со слоями катализатора.

·  Слой катализатора состоит из гранул окиси алюминия, пропитанных иридием. Наиболее широко отработан катализатор, производимый Shell Oil Company, он называется Shell 405. Поступающий жидкий гидразин при его точке испарения контактирует со слоем катализатора и с горячими газами покидает частицы катализатора. Температура гидразина повышается до точки, когда коэффициент его разложения становится таким высоким, что возникает самоподдерживание химической реакции.

·  Управляя потоком переменных и геометрией каталитической камеры, разработчик может подогнать пропорции химических продуктов, температуры истечения, молекулярного веса и таким образом теплосодержания для нужной задачи (рис 17.4). Для задачи двигателя малой тяги, где главное удельный импульс, разработчик стремится обеспечить 30-40 процентную диссоциацию аммиака, это приблизительно наименьшее процентное отношение, которое может надежно поддерживаться. Для задач генерации газа, где обычно желательна низкая температура газов, разработчик обеспечивает высшие уровни диссоциации аммиака.

·  В заключение, в космических двигателях малой тяги продукты разложения гидразина покидают слой катализатора и выходят из камеры через сопло с высоким коэффициентом расширения для создания тяги.

Рисунок 17.5 схематически показывает однокомпонентную гидразиновую систему, использованную для космических аппаратов GRO. Это одна из наибольших когда-либо построенных гидразиновых систем, она содержит около 1800 кг гидразина и является первой такой системой, разработанной для дозаправки на орбите. Она работает в режиме холодного запуска. Для этой операции топливо и газ наддува сохраняются в одном баке. По мере того как топливо вытесняется из бака, уровень давления падает. Система имеет восемь двигателей, работающих с максимальной тягой 30 Н для управления и четыре двигателя, работающих с максимальной тягой 535 Н для коррекции орбиты и управления высотой. Оба набора гидразиновых двигателей полностью дублируют все функции. Оба используют катализатор Shell 405 и работают, как описано выше. Система также имеет четыре больших бака принудительного выталкивания с эластичными диафрагмами, каждая удерживает около 450 кг гидразина.

Система полностью имеет двух-сбойный допуск (требование безопасности запусков космического корабля Шаттл) и поэтому содержит три соленоидно-блокирующих изолирующих клапана в серии потока "leg" (между баками и другим двигателем) для всех 18 блокирующих изолирующих клапанов. Они названы блокирующие клапаны, потому что стоят в позиции, в которой они были после последней команды (т.е. открыто или закрыто), поэтому требуют энергию только для команд периодом длительностью 200 мс. Система также имеет восемь ручных клапанов загрузки и выгрузки. Каждый бак имеет один клапан для топлива и один для газа для загрузки гидразина и газа наддува (GN₂) с соответствующих сторон бака принудительного выталкивания. Двигательная система GRO также имеет разнообразные компоненты, такие как фильтры (предохранение системы от загрязнения), датчики давления, датчики температуры, термостатически управляемый слой катализатора и линейные нагреватели. Эти нагреватели увеличивают срок активного существования двигателя и предотвращают топливо от замерзания.