CN112361215A - 航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置及方法，该装置包括气体排出管路、液体排出管路、补液管路；气体排出管路包括高压气体排出管路和低压气体排出管路，利用高压气体排出管路排出部分高压气体，然后利用液体排出管路排出剩余推进剂到排液罐与其中的中和液反应，再通过低压气体排出管路排出剩余气体后利用补液管路向航天器内注入中和液进行反应。本发明，采用高效快速安全的处理手段，对航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，使航天器暴露在恶劣环境下的时间缩短，对操作环境要求低，适应各种恶劣地形环境条件，处理过程高效安全。

Description

航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及航天器回收技术领域，尤其涉及航天器推进剂无毒化处理技术领域。
背景技术
航天器回收是运载火箭、卫星、飞船和其他空间技术的发展而发展起来的一门综合性应用技术，回收的安全性是航天器回收过程中贯穿始终的环节。由于航天器执行任务时动力系统携带有大量有毒推进剂，在着陆后的航天器内部依然会存有一定量有毒推进剂，这给航天器回收后的拆解、分析过程带来一定的安全隐患。
目前，针对航天器回收后剩余推进剂的处理方法主要有两种：一种是在航天器着陆前设置钝化阶段，将工作后剩余的高压气体及推进剂最大限度消耗，使着陆后航天器中有毒推进剂尽量少；另一种是在航天器着陆后，将其上除推进剂以外的危险因素排出，如高压气体放气等，之后采用一定隔离措施将可能的推进剂泄漏点封堵，待转运至可操作地点后进行全面拆解清洗达到无毒化效果。
现有技术的缺点在于，上述剩余推进剂无毒化处理方法能够在一定程度上解决航天器回收后有毒的安全问题，但是两种方法在处理推进剂时均需将航天器由实际着陆点转运至专业处理厂房或基地后进行，转运过程中仅能通过物理方法封堵保护，可靠性及安全性存在一定隐患，如转运过程中封堵不全或因其他原因导致封堵失效，剩余推进剂外泄，将对人员和设备产生威胁。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置及方法，可以在航天器回收着陆后，在着陆点对剩余推进剂采用一种快速、有效的无毒化手段，避免航天器在由着陆点转运至厂房或基地过程中由于推进剂泄漏导致的安全风险和人员伤害。
本发明采用的技术方案是一种航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，包括气体排出管路、液体排出管路、补液管路；
气体排出管路包括高压气体排出管路和低压气体排出管路，高压气体排出管路的前端连通于航天器高压气路连通口，低压气体排出管路的前端连通于航天器低压气路连通口，高压气体排出管路和低压气体排出管路的后端共同连通于气体排出口，气体排出口上设有气体排出口控制阀，高压气体排出管路上设有高压压力传感器和高压控制阀，低压气体排出管路上设有低压控制阀；
液体排出管路的一端连通于航天器液路连通口，另一端连接于排液罐，管路上设有液路控制阀，排液罐前设有排液控制阀；
补液管路的前端连通于航天器液路连通口，之后依次连接有过滤器、压力传感器、阀门和补液罐，补液罐上连接有气体动力源，补液罐上还设有液体计量装置。
所述气体动力源包括气瓶、控制阀门和减压器。
所述减压器前后均设有补液控制阀。
所述气瓶出口连接有压力传感器。
所述补液罐下的液体计量装置为称重传感器。
所述气体排出管路末端和液体排出管路末端相连通，连通点在气体排出口控制阀和排液控制阀之前。
航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理方法，包括以下步骤：
第一步：将配置好的推进剂中和液注入排液罐和补液罐后，将着陆后符合处理作业实施要求的航天器连接于无毒化处理装置；
第二步：通过气体排出管路的高压气体排出管路将航天器中高压气体排放，至航天器内压力到达规定压力时停止排放，规定压力为1MPa-5MPa；
第三步：通过液体排出管路将航天器中剩余推进剂排入排液罐中由中和液进行无毒化中和；
第四步：通过气体排出管路低压气体排出管路排除剩余气体；
第五步：通过补液管路将定量中和液注入航天器内，保持中和液与航天器中无法排出推进剂进行无毒化反应。
在第一步中，配置好的推进剂中和液注入排液罐及补液罐液面不超过容器总高的1/2。
在第二步中，航天器中高压气体排放时，航天器内压力为3MPa时停止排放。
向补液罐中加入中和液时，其质量应为：
(1-航天器总推进剂挤出效率)×航天器推进剂加注量×M(1)
其中M取值1.5～2
向航天器中注入中和液时，其质量应为：
(1-航天器总推进剂挤出效率)×航天器推进剂加注量×1.2×N(2)
其中N取值1.1～21.5
本发明的有益效果是，采用高效快速安全的处理手段，对航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，使航天器暴露在恶劣环境下的时间缩短，对操作环境要求低，适应各种恶劣地形环境条件，处理过程高效安全。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中标记为：1-航天器高压气路连通口，2-高压压力传感器，3-高压控制阀，4-航天器低压气路连通口，5-低压控制阀，6-航天器液路连通口，7-液路控制阀，8-过滤器，9-压力传感器A，10-补液控制阀A，11-称重传感器，12-补液罐，13-补液控制阀B，14-减压器，15-补液控制阀C，16-压力传感器B，17-气瓶，18-气体排出口控制阀，19-排液控制阀，20-排液罐，21-排液罐控制阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其包括气体排出管路、液体排出管路、补液管路，上述管路通过航天器加注口与航天器连通，通过阀门控制管路开闭实现功能。
气体排出管路，包括管路、高压控制阀3、低压控制阀5和压力传感器，控制阀门和压力传感器安装在管路上，高压控制阀3安装于靠近高压气体排出管路，低压控制阀5安装于靠近低压气体排出管路，低压控制阀5安装于靠近气体排出口，压力传感器安装于靠近高压气体排出管路入口，高压气体排出管路和低压气体排出管路分别于航天器连通后并联于气体排出口连通。
上述气体排出管路包括高压气体排出管路和低压气体排出管路，包括具体包括管路、高压控制阀3、低压控制阀5和高压压力传感器2，其中，高压控制阀3安装于高压气体排出管路，低压控制阀5安装于低压气体排出管路。高压气体排出管路的前端连通于航天器高压气路连通口1，低压气体排出管路的前端连通于航天器低压气路连通口4，高压气体排出管路和低压气体排出管路的后端共同连通于气体排出口，气体排出口上设有气体排出口控制阀18，高压压力传感器2安装于靠近航天器高压气路连通口1，高压气体排出管路通过航天器高压气路连通口1、低压气体排出管路通过航天器低压气路连通口4分别于航天器连通后并联于气体排出口连通。
上述液体排出管路的一端连通于航天器液路连通口6，另一端连接于排液罐20，管路上设有液路控制阀7，排液罐20前设有排液控制阀19；排液罐20下游还可以增设排液罐控制阀21，当排液罐20灌满后排放液体到另一个容器中。液体排出管路与气体排出管路的末端可以设计为连通状态，连通点在靠近排液罐20前及气体放排出口控制阀前，当排液罐20出现故障时，可由气体排出控制阀18外接处理罐完成排放推进剂的功能。
上述管路的前端连通于航天器液路连通口6，之后依次连接有过滤器8、压力传感器A9、补液控制阀门A10、补液罐12，补液罐12后连接有气体动力源，用于驱动补液罐12内的中和液通过补液管路流向航天器，气体动力源可以采用高压气泵或者高压气瓶装置，为了方便野外操作，最佳实施例采用气瓶17、压力传感器B16、补液控制阀C15、减压器14、补液控制阀B13组成的气体动力源。为了精确控制补液量，补液罐12上连接液体计量装置，可以采用液体流量计或者称重传感器11，称重传感器11放置于补液罐12之下。
本发明还提供一种基于上述推进剂无毒化处理装置的处理方法的实施例，具体包括以下步骤：
S1.航天器着陆后观察着陆姿态是否满足实施要求，例如着陆位置是否可以满足安全操作，航天器气路及液路连通口；
S2.在排液罐20及补液罐12中加入中和液后将上述装置安装在航天器上；
S3.关闭试验管路上的所有控制阀门，以使从航天器到试验装置形成全部关闭状态；
S4.开启航天器高压气路连通口1、开启气体排出管路中高压控制阀3及靠近气体排出口的气体排出控制阀18，以使航天器内高压气体由气体排出口排出，使航天器内气压降到安全操作范围1MPa-5MPa，优选的，压力传感器示数为3MPa后关闭上述所有控制阀门及连通口，其中压力传感器示数为3MPa，可根据航天器类型及参数需要进行适当调节；
S5.开启航天器液路连通口6、开启液体排出管路中液路控制阀7、排液控制阀19，关闭排液罐20下游排液罐控制阀21，此时航天器内还有部分低压气体，低压气体驱动航天器内剩余推进剂由排液管路的出口排至排液罐20中，并由中和液中和，直至剩余推进剂无法排出后关闭上述所有控制阀门及连通口；
S6.开启航天器高压气路连通口1、开启气体排出管路中低压控制阀5及靠近气体排出口的气体排出控制阀18，以使航天器内剩余气体由气体排出口排出，航天器内气压进一步降低，直至剩余气体无法排出后关闭上述所有控制阀门及连通口；
S7.开启航天器液路连通口6、开启补液管路中补液控制阀门A10、补液控制阀B13、补液控制阀C15，以使中和液由补液罐12注入航天器，过程中通过压力传感器A9、压力传感器B16控制中和液的注入速率，并通过称重传感器11计算注入量。
S8.待中和结束后，上述S7步骤中注入的无毒化产物可以排出航天器或者密封保留在航天器内。
本实例中，中和液注入量按照式(1)、式(2)计算得出，中和结束时间即推进剂与中和液反应为无毒化产物时间根据推进剂及中和液种类不同由工艺参数确定。
本实施例在使用前，需进行全面系统自检，包括管路、阀门、传感器等机构间的连接，传感器的输出，并通过氮气、压缩空气及去离子水进行装置密封性检查。然后通过密封件检查管路干燥后，即可进行正式使用。
推进剂中和液的成分的选取及配置方法应根据使用推进剂种类单独制定，其目的为经中和液处理后的液体能够消除推进剂本身毒性，中和液本身化学成分满足上述使用目的及不会给人员带来安全隐患即可。
本实施例需适应地形条件差、工作环境恶劣等，如在戈壁沙漠、水中、潮湿、振动和粉尘等不利条件下均能正常工作。
本发明的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置和方法，是分析了现有的航天器着陆回收过程中有关于有毒推进剂的处理方法，并考虑到着陆现场实际情况必须采用高效快速安全的处理手段，因此给出了航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，并基于上述装置给出了处理方法。其优越的技术效果在于：一、以航天器内部贮存空间为反应容器，注入中和液，通过化学反应将剩余有毒推进剂转化为无毒产物，实现航天器回收过程中安全性的提升，为后续航天器的拆卸、分析提供保障；
二、简化了航天器回收后的无毒化处理过程，通过相对简易、高效的装置设置及处理方法，提升了航天器着陆回收后的处理效率及平均处理时间，使航天器暴露在恶劣环境下的时间缩短；
三、能够通过封装等手段，在航天器着陆前提前运至预定着陆地点，并适应如在戈壁沙漠、水中、潮湿、振动和粉尘等恶劣工作环境以及地形条件差等特点，操作简便，可靠性高；
四、不局限于上述处理装置，在不脱离其原理时同样适用于航天器着陆回收过程有关于航天器内部剩余气、液等易造成危险物质的排放及处理环节，上述处理方法将处理过程进行归类、分析、整合，能够使回收人员在着陆现场进行高效操作。

Claims (10)

1.航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：包括气体排出管路、液体排出管路、补液管路；
气体排出管路包括高压气体排出管路和低压气体排出管路，高压气体排出管路的前端连通于航天器高压气路连通口，低压气体排出管路的前端连通于航天器低压气路连通口，高压气体排出管路和低压气体排出管路的后端共同连通于气体排出口，气体排出口上设有气体排出口控制阀，高压气体排出管路上设有高压压力传感器和高压控制阀，低压气体排出管路上设有低压控制阀；
液体排出管路的一端连通于航天器液路连通口，另一端连接于排液罐，管路上设有液路控制阀，排液罐前设有排液控制阀；
补液管路的前端连通于航天器液路连通口，之后依次连接有过滤器、压力传感器、阀门和补液罐，补液罐上连接有气体动力源，补液罐上还设有液体计量装置。
2.如权利要求1所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：所述气体动力源包括气瓶、控制阀门和减压器。
3.如权利要求2所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：所述减压器前后均设有补液控制阀。
4.如权利要求2所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：所述气瓶出口连接有压力传感器。
5.如权利要求1所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：所述补液罐下的液体计量装置为称重传感器。
6.如权利要求1所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置，其特征在于：所述气体排出管路末端和液体排出管路末端相连通，连通点在气体排出口控制阀和排液控制阀之前。
7.利用权要求1所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置的方法，包括以下步骤：
第一步：将配置好的推进剂中和液注入排液罐和补液罐后，将着陆后符合处理作业实施要求的航天器连接于无毒化处理装置；
第二步：通过气体排出管路的高压气体排出管路将航天器中高压气体排放，至航天器内压力到达规定压力时停止排放，规定压力为1MPa-5MPa；
第三步：通过液体排出管路将航天器中剩余推进剂排入排液罐中由中和液进行无毒化中和；
第四步：通过气体排出管路低压气体排出管路排除剩余气体；
第五步：通过补液管路将定量中和液注入航天器内，保持中和液与航天器中无法排出推进剂进行无毒化反应。
8.如权利要求7所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置方法，其特征在于：在第一步中，配置好的推进剂中和液注入排液罐及补液罐液面不超过容器总高的1/2。
9.如权利要求7所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置方法，其特征在于：在第二步中，航天器中高压气体排放时，航天器内压力为3MPa时停止排放。
10.如权利要求7所述的航天器回收着陆后剩余推进剂无毒化处理装置方法，其特征在于：
向补液罐中加入中和液时，其质量应为：
(1-航天器总推进剂挤出效率)×航天器推进剂加注量×M (1)
其中M取值1.5～2
向航天器中注入中和液时，其质量应为：
(1-航天器总推进剂挤出效率)×航天器推进剂加注量×1.2×N (2)
其中N取值1.1～21.5 。
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韩启龙等: "液体推进剂突发性泄漏事故的应急处置与污染控制", 《污染防治技术》 *

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CN112361215B (zh) 2022-05-27

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