一種三段式空間運載系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三段式空間運載系統，屬于航天技術領域。
【背景技術】
[0002]現有航天技術中，通常從地面垂直或者近乎垂直發射運載火箭以運送物質到空間軌道。這種空間運載方式有許多矛盾難以調和折衷，導致了火箭的低效性、很差的經濟性、且不適合于某些應用場合，也限制了空間運載能力的極限。這些矛盾表現在。
[0003]I)推力方向損失及阻力損失，由于對圓形、橢圓形及其它多數任務要求的最終飛行姿態是水平或近乎水平的。為了減少與推力方向改變有關的損失(推力方向損失)，理想的方式是使空間運載工具在相對較低速度爬升時就俯仰向上，飛行軌跡在早期就表現為近乎水平爬升而非垂直爬升。但是，結構應力及氣動力加熱等因素，阻礙了這種理想的飛行軌跡在空間運載工具經過大氣層條件下的應用。氣動力是一個與大氣密度及空間運載工具本身速度相關的參數，垂直發射可以減少氣動力損耗，但這是以付出了由于推力方向損失而造成的使用過量的推進劑為代價的。
[0004]2)重力損失，運載火箭在大部分時間作垂直或者近乎垂直的飛行，重力直接抵銷了相當部分的推力，導致了顯著的重力損失。
[0005]3)大氣壓力誘導的推力減少損失，火箭發動機的效率與排氣噴口的面積是正相關的，但排氣噴口的面積增加時，作用在火箭發動機噴口的大氣環境壓力也增加了。所以，在稠密大氣中發射火箭不得不在這三個參數中折衷，最終，發動機推進效率受到了影響。
[0006]4)由于推進劑及飛行通過人口稠密區可能帶來危險性，火箭發射的操作和地址受到了明顯的限制。
[0007]為了解決或部分解決上述矛盾，提高空間運載能力和經濟性，發明新的空間運載工具，是時之所需。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對現有空間運載的需要，提出一種三段式空間運載系統，以提高空間運載能力和經濟性。
[0009]本發明是這樣實現的:所述一種三段式空間運載系統包括:彈射器、運載飛機、空間飛行器，其中，運載飛機包括一個或者一個以上沖壓噴氣式發動機，其特征是:運載飛機由沖壓噴氣式發動機驅動；運載飛機通過連接器A可拆卸地安裝于彈射器；空間飛行器通過連接器B可拆卸地安裝于運載飛機；彈射器用于支承、推動、加速運載飛機，使運載飛機達到沖壓噴氣式發動機啟動所需要的速度；運載飛機用于承載空間飛行器，并通過沖壓噴氣式發動機的驅動運載空間飛行器達到預定的飛行速度、預定的位置、預定的空間高度；空間飛行器用于達到空間軌道。空間飛行器可以是運載火箭，太空船，航天飛機等。
[0010]所述彈射器是電磁彈射器。電磁彈射器的好處是對輔助系統要求低、效率高、重量輕、運行和維護費用低廉。
[0011]所述彈射器的彈射軌道是水平的或者近乎水平的。水平的或者近乎水平的軌道方便操作，適合運載飛機起飛。
[0012]所述彈射器安裝于陸地固定場所。陸地固定場所方便操作、維護。
[0013]所述彈射器安裝于水面移動平臺上，如航空母艦。水面移動平臺具有明顯的機動性，為發射地點和飛行軌跡提供了明顯的優勢。
[0014]運載飛機的飛行軌跡中，最大上升角是較小的角度(小于45度),該角度滿足所述運載飛機氣動要求。以利用運載飛機的氣動外形，避免破壞性的氣動力載荷及熱荷。
[0015]運載飛機在飛行過程中，通過運載飛機自身的機動飛行和調整，使運載飛機能飛行在空間飛行器的預定軌跡方向上，以滿足空間飛行器發射時的總能量給空間飛行器在預定上升軌跡中所需能量作出貢獻。空間飛行器機動飛行比運載飛機機動飛行效率低很多。
[0016]空間飛行器通過連接器B可拆卸地安裝于運載飛機楊身內部。以獲得較好的氣動外形，減少空氣阻力。
[0017]空間飛行器通過連接器B可拆卸地安裝于運載飛機機身之下。這樣兩者分離時比較方便安全。
[0018]所述一種三段式空間運載系統的工作流程如下。
[0019]I)空間飛行器通過連接器B可拆卸地安裝于運載飛機之下；運載飛機通過連接器A可拆卸地安裝于彈射器之上。進入第一階段。
[0020]2)啟動彈射器；運載飛機沿著彈射軌道向前加速，達到沖壓噴氣式發動機啟動所需要的速度；啟動沖壓噴氣式發動機，運載飛機沿著彈射軌道進一步向前加速，達到運載飛機起飛速度；連接器A打開，運載飛機與彈射器分離，運載飛機起飛。進入第二階段。
[0021]3)運載飛機在沖壓噴氣式發動機驅動下進一步向前加速并上升，上升角是一個較小的角度(小于45度)，該角度滿足運載飛機氣動要求。
[0022]4)運載飛機作機動飛行和調整，使運載飛機能飛行在空間飛行器的預定軌跡方向上，以滿足發射時空間飛行器的總能量給空間飛行器在預定上升軌跡中所需能量作出貢獻。
[0023]5)當運載飛機達到預定的飛行速度、預定的位置、預定的空間高度后，連接器B打開，空間飛行器與運載飛機分離、發射。進入第三階段。
[0024]6)空間飛行器啟動，空間飛行器進一步向前加速并上升，按照預定軌跡達到達到空間軌道。
[0025]本發明中，因為沖壓噴氣式發動機的特點，它需要一定速度才能啟動，所以，彈射器是必不可少的。
[0026]本發明的優點在于:基于環境不同特點，根據空間運載系統的速度和高度將整個過程分為三段，每一段選用最優推進工具，避免了或部分避免了空間運載固有矛盾，提高了空間運載能力和經濟性；在第一段，使用彈射器使沖壓噴氣式發動機快速達到啟動速度，彌補了沖壓噴氣式發動機低速不能正常工作的特點；在第二段，沖壓噴氣式發動機加速，沖壓噴氣式發動機構造簡單、重量輕、推重比大、成本低、以空氣中的氧氣為助燃劑，加上運載飛機的氣動外形，將明顯減少系統總質量，并可以選用更優軌道，還可飛到任意需要位置和恰當的高度；在第三段，空間飛行器加速并進入空間軌道，因為空間飛行器是在任意需要位置的高空發射，減少推力方向損失及阻力損失、重力損失；火箭發動機的排氣噴口可以做大，減少大氣壓力誘導的推力損失，優化發射軌跡，繞開人口稠密區，避免不必要的機動飛行。
【附圖說明】
[0027]圖1 一種三段式空間運載系統側視示意圖。
[0028]圖2 —種三段式空間運載系統正視示意圖。
[0029]圖3 —種三段式空間運載系統發射過程示意圖。
[0030]圖中，I彈射器，1.1連接器A，2運載飛機，2.1連接器B，2.2沖壓噴氣式發動機，3空間飛行器，10飛行軌道，20飛行軌道。
【具體實施方式】
[0031]下面結合說明書的附圖1、附圖2和附圖3對本發明作進一步描述。
[0032]某年某月某日，本發明所述一種三段式空間運載系統于某發射場準備發射。
[0033]所述一種三段式空間運載系統包括:彈射器(I)、運載飛機(2)、空間飛行器(3)，運載飛機(2)是雙體飛機，左右兩翼各有一個沖壓噴氣式發動機(2.2)，其特征是:運載飛機(2)由兩個沖壓噴氣式發動機(2.2)驅動；運載飛機(2)通過連接器A (1.1)可拆卸地安裝于彈射器(I);空間飛行器(3)通過連接器B (2.1)可拆卸地安裝于運載飛機(2)，空間飛行器(3)位于雙體的運載飛機(2)的兩個機體之間；彈射器(I)用于