CN114684387A - 可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，包括：飞行器主体，由上部、中部和下部组成，下部连接火箭；防热头锥，活动设置于飞行器主体的上端；柔性罩，可展开地设置于飞行器主体中部的外表面。通过在整体返回式空间货物运输飞行器上设置防热头锥以及柔性罩，在飞行器上行过程中，防热头锥与收拢折叠的柔性罩起到隔热的作用，避免因温度过高而对飞行器主体造成损坏，不需要火箭整流罩。在整体返回式空间货物运输飞行器在轨过程中，防热头锥打开，柔性罩保持收拢折叠状态，保护飞行器免受空间碎片的破坏。而在整体返回式空间货物运输飞行器与目标飞行器分离准备返回的过程中，防热头锥关闭，柔性罩展开，与防热头锥共同构成飞行器返回过程中的减速和防热结构。

Description

可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器

技术领域

本发明涉及载人航天技术领域，主要涉及一种可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器。

背景技术

随着人类对太空探索技术的发展，对空间站的发展与维护成为了现下时兴的问题，而在此之中，现有的为空间站提供货物的飞行器，在完成货物上行后，往往无法重复使用，造成了资源上的浪费。国际上现有的货物运输飞行器主要有俄罗斯“进步号”货运飞船、美国“天鹅座”货运飞船、美国“龙”货运飞船、日本“HTV-2”货运飞船、欧盟“ATV”货运飞船和俄罗斯“联盟号”飞船，其中进步M和进步M1货运飞船能够实现少量货物返回。我国的空间站工程中仅有神舟飞船返回舱具有返回功能，由于神舟飞船返回舱通常需要搭载航天员，用于货物下行的空间和重量资源有限。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，这种整体返回式空间货物运输飞行器能够实现在实现空间站货物上行运输后，返回地面并进行重复使用。

根据本发明实施例的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，包括：飞行器主体，所述飞行器主体上部和/或中部设置有舱体，下部连接火箭；防热头锥，活动设置于所述飞行器主体的上端；柔性罩，可展开地设置于所述飞行器主体中部的外表面。

通过在整体返回式空间货物运输飞行器上设置防热头锥以及柔性罩，在飞行器上行过程中，防热头锥与收拢折叠的柔性罩起到隔热的作用，避免因温度过高而对飞行器主体造成损坏，在整体返回式空间货物运输飞行器在轨过程中，所述空间货物运输飞行器发射过程中，防热头锥保持关闭状态，柔性罩保持折叠状态，保护飞行器免受空间碎片的破坏。而在整体返回式空间货物运输飞行器与目标飞行器分离准备返回的过程中，防热头锥关闭，柔性罩展开，与防热头锥共同构成飞行器返回过程中的减速和防热结构。

在一些实施例中，所述防热头锥呈现球锥形结构，外表面设置有防热材料。

在一些实施例中，所述柔性罩与所述飞行器主体中部的外表面之间设置有支撑装置。

在一些实施例中，所述飞行器主体的上部和下部呈圆锥台状，中部呈圆柱状。

在一些实施例中，所述空间货物运输飞行器进入预定轨道后，所述防热头锥打开，所述飞行器主体的顶端设置的对接结构与目标飞行器对接。

进一步地，所述防热头锥的内表面设置有太阳敏感器和太阳电池阵。

在一些实施例中，所述空间货物运输飞行器返回地面时，所述对接结构与所述目标飞行器分离，所述空间货物运输飞行器撤离至第一预设距离后，关闭所述防热头锥，展开所述柔性罩。

进一步地，所述柔性罩展开呈锥形与所述防热头锥平滑过渡。

在一些实施例中，所述飞行器主体的底端还设置有降落伞舱。

进一步地，所述空间货物运输飞行器返回地面且距离地面小于第二预设距离时，打开所述降落伞舱。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空间货物运输飞行器的示意图；

图2为本发明实施例提供的空间货物运输飞行器对接状态的示意图；

图3为本发明实施例提供的空间货物运输飞行器的太阳能发电示意图；

图4为本发明实施例提供的空间货物运输飞行器的返回状态示意图；

图5为本发明实施例提供的空间货物运输飞行器的开伞示意图。

附图标记：

空间货物运输飞行器100；飞行器主体10；防热头锥20；太阳电池阵21；柔性罩30；降落伞舱40。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

下面参考图1-图5，描述根据本发明实施例的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器100。

根据本发明实施例的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器100，如图1所示，包括：飞行器主体10、防热头锥20以及柔性罩30。

如图1所示，飞行器主体10上部和/或中部设置有舱体，下部连接火箭。飞行器主体10直接与火箭连接，利用运载火箭和飞行器发动机，将飞行器送入目标轨道，利用敏感器进行绝对和相对定位，并通过地面导引或者自主导引接近目标飞行器。在飞行器发射过程中不需要整流罩，由防热头锥20和柔性罩30实现热防护。

防热头锥20活动设置于飞行器主体10的上部。飞行器在轨与目标飞行器对接之前打开防热头锥20，防热头锥20用于为飞行器主体10提供防热功能，保证飞行器主体10在飞行以及返回过程中，能够避免因温度过高而造成飞行器主体10的损坏。

柔性罩30，可展开地设置于飞行器主体10中部的外表面。在飞行器上行过程中处于收拢折叠状态，起到整流罩的作用。在飞行器在轨过程中保持收拢折叠状态，起到防护板作用，保护飞行器免受空间碎片破坏。在飞行器完成在轨任务，与目标飞行器分离后准备返回过程中，柔性罩30择机展开一定角度固定，与防热头锥20共同构成飞行器返回过程中的减速和防热结构。

其中，柔性罩30的展开可以选择通过将柔性罩30固定在支撑架上，在需要展开柔性罩30时，控制支撑架的展开而达到柔性罩30展开的目的。也可以通过对柔性罩30进行充气，用气压将柔性罩30支撑并展开。可以想到的是，在实际使用的时候，可以根据实际情况对柔性罩30的展开方式做出更改。

可以理解的是，飞行器在上行过程以及返回过程中，飞行器的表面与大气摩擦产生的热量会对飞行器进行破坏，导致飞行器的损坏。为了保护飞行器往往会设置防热结构，但设置的防热结构因为在飞行器返回时，与大气的摩擦而磨损，甚至解体一部分，导致飞行器因没有防热结构而无法再次使用，也即每次飞行器使用后，需要更换新的飞行器进行之后的货物运输工作，往往造成资源的浪费。

为了避免上述问题，本申请的技术方案提出了一种可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器100，利用其结构尽可能保护飞行器主体10的完好，并且在简单的维护与检测后能够继续投入使用。

具体而言，利用防热头锥20，为飞行器主体10提供防热功能，保证飞行器主体10在飞行过程中避免因温度过高而造成的飞行器主体10的损坏。

同时，在整体返回式空间货物运输飞行器100上还设置有柔性罩30，柔性罩30的外表面设置有防热材料，柔性罩30在飞行器上行过程中处于收拢折叠状态，起到整流罩的作用，避免因温度过高而造成的飞行器主体10的损坏。而在整体返回式空间货物运输飞行器100与目标飞行器分离准备返回的过程中，柔性罩30展开，如图4所示，与防热头锥20共同构成飞行器返回过程中的减速和防热结构。等到飞行器着陆后，在更换柔性罩30以及进行必要的检查和测试后，可再次执行货物运输任务。

另一方面，在飞行器在轨过程中柔性罩30保持收拢折叠状态，起到防护板作用，保护飞行器免受空间碎片破坏。

可以理解的是，飞行器主体10直接与火箭连接，在整体返回式空间货物运输飞行器100上行入轨之后，火箭与飞行器主体10分离。在整体返回式空间货物运输飞行器100在轨过程中，防火头锥20打开，飞行器主体10与目标飞行器对接。飞行器完成在轨任务与目标飞行器分离后准备返回过程中，防火头锥20关闭，柔性罩30展开，防火头锥20与柔性罩30共同起到隔热防热的作用，从而使得飞行器100在回落过程中不发生解体。

也就是说，从整体返回式空间货物运输飞行器100上行、与目标飞行器对接以及返回地面的过程中，整体返回式空间货物运输飞行器100并未有部件解体脱落，也即落地后，飞行器还为一个整体，仅需要对磨损以及无法达到规定可靠性的部件进行更换，就可以继续重复使用。

综上，通过在整体返回式空间货物运输飞行器100上设置防热头锥20以及柔性罩30，在飞行器上行过程中，防热头锥20与收拢折叠的柔性罩30起到隔热的作用，避免因温度过高而对飞行器主体10造成损坏，在整体返回式空间货物运输飞行器100在轨过程中，柔性罩30保持收拢折叠状态，保护飞行器免受空间碎片的破坏。而在整体返回式空间货物运输飞行器100与目标飞行器分离准备返回的过程中，柔性罩30展开，与防热头锥20共同构成飞行器返回过程中的减速和防热结构。

如图2所示，在一些实施例中，防热头锥20呈现球锥形结构，外表面设置有防热材料。球锥形结构相较于其他结构能够减少飞行器在飞行过程中经受的阻力。其中在飞行器上行和返回过程中防热头锥20处于关闭状态，在飞行器在轨运行过程中防热头锥20处于打开状态，打开状态的防热头锥20能够进行二维转动。

在一些实施例中，柔性罩30与飞行器主体10中部的外表面之间设置有支撑装置。支撑装置能够支撑柔性罩30的展开，便于柔性罩30角度的调整。

在一些实施例中，飞行器主体10的上部和下部呈圆锥台状，中部呈圆柱状。其中，防热头锥20以及对接结构设置于飞行器主体10的上部，柔性罩30布置在飞行器主体10的中部。飞行器主体10的上部和下部呈圆锥台状可以减少飞行器主体10受到的摩擦力，减少一部分摩擦产生的热量，以及减少为了克服摩擦力导致的能源的消耗。

在一些实施例中，空间货物运输飞行器100进入预定轨道后，防热头锥20打开，防热头锥20打开后，露出前锥对接机构，空间货物运输飞行器通过前锥对接机构实现与目标飞行器对接，并形成刚性组合体。目标飞行器内部乘组成员或者机械臂能够通过前锥对接机构进入到空间货物运输飞行器中，实现空间货物运输飞行器上行货物的转移和返回货物的装载。

进一步地，防热头锥20的内表面设置有太阳敏感器和太阳电池阵21。在与目标飞行器合体期间，防热头锥可以实现二维转动，在防热头锥打开期间，可以利用太阳敏感器通过二维转动实现对日跟踪，并利用防热头锥20内部太阳能电池曲面板发电，实现飞行器内部能源补充。

在一些实施例中，空间货物运输飞行器100返回地面时，对接结构与目标飞行器分离，空间货物运输飞行器100撤离至第一预设距离后，关闭防热头锥20，展开柔性罩30。其中第一预设距离可优选为5km，但不以此为限。再利用发动机实现飞行器的有控再入，在进入大气层前通过机械、充气或其他方式展开柱段柔性防热材料，并在一定角度固定。

进一步地，如图3所示，柔性罩30展开呈锥形与防热头锥20平滑过渡。其中半锥角在0～90°之间，与防热头锥20平滑过渡能够减少因柔性罩30与防热头锥20之间的缝隙产生的额外的摩擦力，同时防止因摩擦力过大而对飞行器本体10产生破坏

在一些实施例中，如图5所示，飞行器主体10的底端还设置有降落伞舱40。可采用单伞、群伞或可控翼伞，在飞行器进入大气层后开伞，实现进一步减速或定点着陆。在飞行器返回过程中，打开后锥段的降落伞舱40，并弹出降落伞，对飞行器本体10进行减速，其中为了控制着陆点精度，可以选用时间控制、距离控制、导航控制等不同方式控制开伞时机。降落伞的大小、数量可根据返回货物量、货物返回速度和耐冲击性能进行设计。

进一步地，空间货物运输飞行器100返回地面且距离地面小于第二预设距离时，打开降落伞舱40。其中第二预设距离可以设置为10km，但不以此为限，可以根据实际情况对第二预设距离做出改变。

飞行器返回后，进行对防热头锥20和柔性罩30的复核计算，以及对舱内设备的检验和可靠性评估，对其中损坏或可靠性不满足要求的设备进行维修和替换后，空间货物运输飞行器可以再次进行货物运输任务，从而实现可重复使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，包括：

飞行器主体(10)，所述飞行器主体(10)由上部、中部和下部组成，下部连接火箭；

防热头锥(20)，活动设置于所述飞行器主体(10)的上部；

柔性罩(30)，可展开地设置于所述飞行器主体(10)中部的外表面。

2.根据权利要求1所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述防热头锥(20)呈现球锥形结构，外表面设置有防热材料。

3.根据权利要求1所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述柔性罩(30)与所述飞行器主体(10)中部的外表面之间设置有支撑装置，所述柔性罩(30)的外表面设置有防热材料。

4.根据权利要求1所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述空间货物运输飞行器发射过程中，所述防热头锥(20)保持关闭状态，所述柔性罩(30)保持折叠状态。

5.根据权利要求1所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述飞行器主体(10)的上部和下部呈圆锥台状，中部呈圆柱状。

6.根据权利要求4所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述空间货物运输飞行器进入预定轨道后，所述防热头锥(20)打开，所述飞行器主体(10)的顶端设置的对接结构与目标飞行器对接。

7.根据权利要求6所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述防热头锥(20)的内表面设置有太阳敏感器和太阳电池阵(21)。

8.根据权利要求6所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述空间货物运输飞行器返回地面时，所述对接结构与所述目标飞行器分离，所述空间货物运输飞行器撤离至第一预设距离后，关闭所述防热头锥(20)，展开所述柔性罩(30)。

9.根据权利要求8所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述柔性罩(30)展开呈锥形与所述防热头锥(20)平滑过渡。

10.根据权利要求9所述的可重复使用的整体返回式空间货物运输飞行器，其特征在于，所述飞行器主体(10)的下部还设置有降落伞舱(40)，所述空间货物运输飞行器返回地面且距离地面小于第二预设距离时，打开所述降落伞舱(40)。

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