CN117190801A - 姿控动力系统和运载火箭 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种姿控动力系统和运载火箭，涉及航空航天技术领域，其中包括：增压气瓶用于贮存液态二氧化碳；电磁阀的入口端与增压气瓶的出口端连接，用于控制液态二氧化碳从增压气瓶流出；第一换热器的入口端与电磁阀的出口端连接，用于对液态二氧化碳进行加热，生成气态二氧化碳；推进剂贮箱的进气端与第一换热器的出口端连接，出液端与第一姿控发动机的推进剂输入端连接；气态二氧化碳推挤推进剂进入第一姿控发动机；第二姿控发动机的工质输入端与第一换热器的出口端连接；气态二氧化碳进入第二姿控发动机，作为第二姿控发动机的冷气推进工质。本申请公开的系统和火箭，减轻了姿控动力系统的结构重量，提高了火箭的质量比。

Description

姿控动力系统和运载火箭

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种姿控动力系统和运载火箭。

背景技术

在运载火箭中，均采用增压气体推挤液体推进剂的原理对姿控动力系统进行结构设计。增压气体广泛采用氮气、氦气等惰性气体。需要将惰性气体存储在一个高压容器中，然后通过减压装置将压力降低至工作压力并保持稳定，以满足姿控动力系统的用气需求。

但对于小型运载火箭来说，采用上述结构设计得到的姿控动力系统的复杂性较高，须具备较大体积的压力容器及稳压组件，系统结构重量较大，降低了火箭的质量比，降低了运载火箭的有效载荷。质量比是指火箭本体质量加上推进剂的质量与火箭本体质量的比值。质量比越大，火箭的运输效率越高，可以搭载的有效载荷就越大。

因此，如何减轻姿控动力系统的结构重量，提高火箭的质量比，提高小型运载火箭的有效载荷成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种姿控动力系统和运载火箭，用于解决如何减轻姿控动力系统的结构重量，提高火箭的质量比，提高小型运载火箭的有效载荷的技术问题。

本申请提供一种姿控动力系统，包括增压气瓶、电磁阀、第一换热器、推进剂贮箱、第一姿控发动机和第二姿控发动机；

所述增压气瓶用于贮存液态二氧化碳；

所述电磁阀的入口端与所述增压气瓶的出口端连接，用于控制液态二氧化碳从所述增压气瓶流出；

所述第一换热器的入口端与所述电磁阀的出口端连接，用于对液态二氧化碳进行加热，生成气态二氧化碳；

所述推进剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接，出液端与所述第一姿控发动机的推进剂输入端连接；所述气态二氧化碳进入所述推进剂贮箱，推挤所述推进剂贮箱中的推进剂进入所述第一姿控发动机；

所述第二姿控发动机的工质输入端与所述第一换热器的出口端连接；所述气态二氧化碳进入所述第二姿控发动机，作为所述第二姿控发动机的冷气推进工质。

在一些实施例中，所述推进剂贮箱包括氧化剂贮箱和燃料剂贮箱；

所述氧化剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接；

所述燃料剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接。

在一些实施例中，所述系统包括多个第一姿控发动机；

各个第一姿控发动机的氧化剂入口端与所述氧化剂贮箱的出液端连接；

各个第一姿控发动机的燃料剂入口端与所述燃料剂贮箱的出液端连接。

在一些实施例中，所述氧化剂贮箱的出液端与所述第一姿控发动机的氧化剂入口端的连接管路上设置第一加注泄出阀；

所述第一加注泄出阀用于对所述氧化剂贮箱加注氧化剂。

在一些实施例中，所述燃料剂贮箱的出液端与所述第一姿控发动机的燃料剂入口端的连接管路上设置第二加注泄出阀；

所述第二加注泄出阀用于对所述燃料剂贮箱加注燃料剂。

在一些实施例中，所述系统包括多个第二姿控发动机；

各个第二姿控发动机的工质入口端与所述第一换热器的出口端连接。

在一些实施例中，所述增压气瓶内设置第二换热器；

所述第二换热器用于对所述增压气瓶内的液态二氧化碳进行加热。

在一些实施例中，所述第一换热器和/或所述第二换热器为热阻丝。

在一些实施例中，所述增压气瓶的出口端与所述电磁阀的入口端的连接管路上设置充气阀；

所述充气阀用于对所述增压气瓶加注液态二氧化碳。

本申请提供一种运载火箭，包括火箭本体，以及设置在所述火箭本体上的所述的姿控动力系统。

本申请提供的姿控动力系统和运载火箭，包括了第一姿控发动机和第二姿控发动机，采用了二氧化碳作为第一姿控发动机的推进剂增压工质和第二姿控发动机的冷气推进工质，利用了二氧化碳在接近常温的温度环境下易液化、安全稳定的特性，优化了增压和供气系统的结构原理，大幅降低了系统复杂性，从而减轻了姿控动力系统的结构重量，实现了系统轻量化设计，运用于小型运载火箭中可以提高火箭的质量比，提高了小型运载火箭的有效载荷。此外，本申请实施例姿控动力系统中采用二氧化碳作为增压气体，不易燃，化学性质稳定，提高了姿控动力系统的安全性；无需配置电爆阀和减压阀等设备，减少了活动机械结构件，提高了姿控动力系统的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请提供的姿控动力系统的结构示意图之一；

图2为本申请提供的姿控动力系统的结构示意图之二；

图3为本申请提供的运载火箭的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

图1为本申请提供的姿控动力系统的结构示意图之一，如图1所示，该姿控动力系统包括增压气瓶110、电磁阀120、第一换热器130、推进剂贮箱140、第一姿控发动机150和第二姿控发动机160。

增压气瓶110用于贮存液态二氧化碳。

电磁阀120的入口端与增压气瓶110的出口端连接，用于控制液态二氧化碳从增压气瓶110流出；

第一换热器130的入口端与电磁阀120的出口端连接，用于对液态二氧化碳进行加热，生成气态二氧化碳；

推进剂贮箱140的进气端与第一换热器130的出口端连接，出液端与第一姿控发动机150的推进剂输入端连接；气态二氧化碳进入推进剂贮箱140，推挤推进剂贮箱140中的推进剂进入第一姿控发动机150；

第二姿控发动机160的工质输入端与第一换热器130的出口端连接；气态二氧化碳进入第二姿控发动机160，作为第二姿控发动机160的冷气推进工质。

具体地，本申请实施例对姿控动力系统中的增压气瓶、推进剂贮箱、第一姿控发动机和第二姿控发动机的数量不作具体限定，可以根据实际情况确定。图中以姿控动力系统中包含1个增压气瓶、2个推进剂贮箱、4个第一姿控发动机和2个第二姿控发动机为例进行说明。

此外，本申请实施例中的连接可以理解为包括通过管路连接在内的机械连接方式。

本申请实施例提供的姿控动力系统应用于小型运载火箭。小型运载火箭是指近地轨道运载能力较小(例如在1000千克左右)的运载火箭。与大推力火箭发射成本高、准备时间长、缺乏快速反应能力相比，小型运载火箭具有发射成本低、反应速度快和适应能力强等特点。

姿控动力系统主要用于对运载火箭在飞行中的姿态进行调整。从结构上看，该系统包括增压气瓶、电磁阀、第一换热器、推进剂贮箱、第一姿控发动机和第二姿控发动机。

在现有技术中，通常采用增压气体推挤液体推进剂进入姿控发动机进行燃烧后，为运载火箭提供用于姿态调整的动力。增压气体通常采用氮气、氦气等惰性气体。

与现有技术不同，本申请实施例采用二氧化碳(CO₂)作为增压气体。二氧化碳在常温下容易压缩液化。可以将二氧化碳压缩后形成液态二氧化碳贮存在增压气瓶中。

在增压气瓶的出口端设置电磁阀。该电磁阀响应于运载火箭控制系统的指令，控制液态二氧化碳从增压气瓶流出。

液态二氧化碳需要进行吸收热量后才能转化为气态二氧化碳。气态二氧化碳能够起到增压气体的作用。

因此，可以在电磁阀的出口端设置第一换热器，用于对液态二氧化碳进行加热，生成气态二氧化碳。第一换热器可以为管道式换热器。

气态二氧化碳从第一换热器的出口端流出时，一方面可以作为增压气体，进入推进剂贮箱中，推挤液体推进剂进入姿控发动机中进行燃烧，燃烧后产生的高温气体提供姿态调节的推力；另一方面可以直接作为冷气推进器的工质，经过喷嘴直接减压膨胀后加速喷出，提供姿态调节的推力。前者可以提供较大的推力，比冲较高；后者可以提供较小的推力，比冲较低。比冲是指将推进剂化学能转换为动能的效率。

因此，可以在姿控动力系统中设置第一姿控发动机和第二姿控发动机。第一姿控发动机可以为单组元或者双组元发动机，通过推进剂分解或者燃烧产生高温高压气体，经推力室高速喷出产生推力。第二姿控发动机为冷气推进发动机，通过喷嘴对冷气推进工质进行减压，使其膨胀后加速喷出产生推力。冷气推进工质为在冷气推进发动机内做功的媒介物质。

可以将推进剂贮箱的进气端与第一换热器的出口端连接，推进剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的推进剂输入端连接。由于气态二氧化碳的压力大于发动机工作环境压力，当发动机接到工作指令，入口阀门开启后，气态二氧化碳推动推进剂贮箱中的液体推进剂进入发动机，进行燃烧做功。

可以将第二姿控发动机的工质输入端与第一换热器的出口端连接。第二姿控发动机设置有喷嘴。气态二氧化碳流经喷嘴，会膨胀后喷出，产生冲力来推动运载火箭。

本申请实施例采用二氧化碳作为增压气体，是利用了二氧化碳容易液化且可以通过较小的温升实现气液相转化的特点，从而实现更简单的系统结构设计，更低的系统压力和更大质量的工质填充。

二氧化碳在三相点的压力Pc＝7.39MPa，温度tc＝31.04℃，即在压力约为7.3MPa时，二氧化碳的气液相转换可通过较小的温升实现(例如20℃～35℃)。气瓶内二氧化碳以液态形式填充，填充压力约为7.3MPa，气瓶内温度维持在20℃～25℃。当系统进入工作状态，需要为下游的推进剂增压和充当冷气推进工质时，开启电磁阀，启动第一换热器，对二氧化碳进行加温，使其完成从液态到气态的快速转换。

本申请实施例提供的姿控动力系统，包括了第一姿控发动机和第二姿控发动机，采用了二氧化碳作为第一姿控发动机的推进剂增压工质和第二姿控发动机的冷气推进工质，利用了二氧化碳在接近常温的温度环境下易液化、安全稳定的特性，优化了增压和供气系统的结构原理，大幅降低了系统复杂性，从而减轻了姿控动力系统的结构重量，实现了系统轻量化设计，运用于小型运载火箭中可以提高火箭的质量比，提高了小型运载火箭的有效载荷。此外，本申请实施例姿控动力系统中采用二氧化碳作为增压气体，不易燃，化学性质稳定，提高了姿控动力系统的安全性；无需配置电爆阀和减压阀等设备，减少了活动机械结构件，提高了姿控动力系统的可靠性。

在一些实施例中，推进剂贮箱包括氧化剂贮箱和燃料剂贮箱；

氧化剂贮箱的进气端与第一换热器的出口端连接；

燃料剂贮箱的进气端与第一换热器的出口端连接。

具体地，本申请实施例中的第一姿控发动机可以为双组元发动机，其推进剂可以包括氧化剂和燃料剂的组合，例如四氧化二氮+甲基肼、液氧+液氢等；也可以为单组元发动机，其推进剂可以为硝酸异丙酯、过氧化氢、单推-3(无水肼、硝酸肼和水的混合)等。以下实施例中选取双组元方案为例进行介绍。

相应地，推进剂贮箱可以包括氧化剂贮箱和燃料剂贮箱。氧化剂贮箱和燃料剂贮箱的进气端均与第一换热器的出口端连接，用于同步获取气态二氧化碳，实现氧化剂和燃料剂的同步推动。

推进剂贮箱可采用隔膜贮箱、活塞贮箱多种结构形式，主要功能为贮存推进剂，可以隔离气液，互不接触。

推进剂贮箱还可以采用表面张力贮箱。当二氧化碳推挤推进剂时，输出的推进剂不能夹带二氧化碳并且能够满足第一姿控发动机的流量要求，由于推进剂贮箱主要工作于微重力和无重力环境下，液体推进剂和增压气体同时存在于同一贮箱内，这就决定了贮箱与普通的压力容器有着很大的不同。在微重力环境下，气液界面不再是水平的，液体推进剂的分布也许是不连续的，在有外界干扰的情况下，液体推进剂的位置并不稳定，可能产生迁移、碰撞和气液混合等现象。表面张力贮箱能够使得液体推进剂始终能够覆盖液体出口，达到排出不夹带气体的液体。

氧化剂贮箱可以为多个并联的氧化剂贮箱，燃料剂贮箱可以为多个并联的燃料剂贮箱。

本申请实施例提供的姿控动力系统，设置了氧化剂贮箱和燃料剂贮箱，可以满足运载火箭的动力需求。

在一些实施例中，系统包括多个第一姿控发动机；

各个第一姿控发动机的氧化剂入口端与氧化剂贮箱的出液端连接；

各个第一姿控发动机的燃料剂入口端与燃料剂贮箱的出液端连接。

具体地，为了更好地对运载火箭进行姿态调整，可以在运载火箭中设置多个第一姿控发动机。各个第一姿控发动机设置在径向的不同位置，为运载火箭提供姿态调整的推力。

第一姿控发动机的氧化剂入口端与氧化剂贮箱的出液端连接，用于获取氧化剂；燃料剂入口端与燃料剂贮箱的出液端连接，用于获取燃料剂。

本申请实施例提供的姿控动力系统，将第一姿控发动机的氧化剂入口端与氧化剂贮箱的出液端连接，燃料剂入口端与燃料剂贮箱的出液端连接，简化了姿控动力系统的结构设计，确保了氧化剂和燃料剂能够被推挤到第一姿控发动机中。

在一些实施例中，氧化剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的氧化剂入口端的连接管路上设置第一加注泄出阀；

第一加注泄出阀用于对氧化剂贮箱加注氧化剂。

具体地，加注泄出阀用于控制燃料剂或氧化剂在火箭动力系统中流动的重要组件。它能够实现将燃料剂或氧化剂加注到火箭燃料箱中，并在需要时释放过剩的压力。

在氧化剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的氧化剂入口端的连接管路上可以设置第一加注泄出阀。

在运载火箭发射前的地面加注阶段，当与氧化剂贮箱连接的阀门均处于关闭状态且氧化剂贮箱为空时，可以打开第一加注泄出阀，对氧化剂贮箱进行抽真空。例如，可以在第一加注泄出阀连接一个三通，分别连通真空泵、加注机和第一加注泄出阀。先关闭加注机，打开真空泵，将氧化剂贮箱内的气体置换成真空。然后关闭真空泵，打开加注机，在真空作用下，氧化剂被吸入氧化剂贮箱内。在氧化剂贮箱内已加注氧化剂的情况下，可以关闭第一加注泄出阀。

本申请实施例提供的姿控动力系统，在氧化剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的氧化剂入口端的连接管路上设置第一加注泄出阀，提高了姿控动力系统氧化剂加注的安全性。

在一些实施例中，燃料剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的燃料剂入口端的连接管路上设置第二加注泄出阀；

第二加注泄出阀用于对燃料剂贮箱中的燃料剂进行加注。

具体地，在燃料剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的燃料剂入口端的连接管路上可以设置第二加注泄出阀。燃料剂的加注方法与氧化剂的加注方法类似，此处不再赘述。

本申请实施例提供的姿控动力系统，在燃料剂贮箱的出液端与第一姿控发动机的燃料剂入口端的连接管路上设置第二加注泄出阀，提高了姿控动力系统燃料剂加注的安全性。

在一些实施例中，系统包括多个第二姿控发动机；

各个第二姿控发动机的工质入口端与第一换热器的出口端连接。

具体地，为了更好地对运载火箭进行姿态调整，可以在运载火箭中设置多个第二姿控发动机。各个第二姿控发动机设置在径向的不同位置，为运载火箭提供姿态调整的推力。

各个第二姿控发动机的工质入口端与第一换热器的出口端连接，可以直接获取从第一换热器流出的气态二氧化碳。

本申请实施例提供的姿控动力系统，将第二姿控发动机的工质入口端与第一换热器的出口端连接，简化了姿控动力系统的结构设计。

在一些实施例中，增压气瓶内设置第二换热器；

第二换热器用于对增压气瓶内的液态二氧化碳进行加热。

具体地，还可以在增压气瓶内设置第二换热器，直接对增压气瓶内的液态二氧化碳进行加热，使得液体二氧化碳可以更加彻底地转换为气态二氧化碳流出，提高液体二氧化碳的利用率。

在一些实施例中，第一换热器和/或第二换热器为热阻丝。

具体地，本申请实施例提供的姿控动力系统中，换热器可以为采用电加热器，例如热阻丝。

热阻丝可以使用电流通过其导线来产生热量，实现加热的功能。当通过热阻丝的电流增大时，电流通过导线时会产生有限的电阻，因此会有能量损耗并转化为热量。这样热阻丝就可以作为一个加热元件被使用。热阻丝也被称为加热电阻丝或者电加热丝等。

对于第一换热器，当其采用热阻丝时，可以采用螺旋缠绕的方式附着在电磁阀出口的管段上。对于第二换热器，当其采用热阻丝时，可以采用U型设置在增压气瓶内部或者也可以采用螺旋缠绕的方式附着在增压气瓶外部或者增压气瓶与电磁阀连接的管段上。

当电源接通时，热阻丝将电能转换为热能，为二氧化碳的液态转换为气态提供能量。

本申请实施例提供的姿控动力系统中，可以仅设置第一换热器，也可以仅设置第二换热器，还可以同时设置第一换热器和第二换热器。

本申请实施例提供的姿控动力系统，第一换热器和/或第二换热器采用热阻丝，通过提供电源就可以实现加热功能，无需其他换热物质，可以简化姿控动力系统中的管路设计，降低了系统复杂性，减轻了姿控动力系统的结构重量。

在一些实施例中，增压气瓶的出口端与电磁阀的入口端的连接管路上设置充气阀；

充气阀用于对增压气瓶加注液态二氧化碳。

具体地，可以在增压气瓶的出口端与电磁阀的入口端的连接管路上设置充气阀，用于在运载火箭发射前的地面加注阶段，为增压气瓶中加注液态二氧化碳。

本申请实施例提供的姿控动力系统中，通过充气阀对增压气瓶加注液态二氧化碳，提高了增压气体加注的便捷性。

图2为本申请提供的姿控动力系统的结构示意图之二，如图2所示，该姿控动力系统包括增压气瓶110、第二换热器111、充气阀112、电磁阀120、第一换热器130、氧化剂贮箱141、燃料剂贮箱142、第一姿控发动机150、第二姿控发动机160、第一加注泄出阀143、第二加注泄出阀144、氧化剂贮箱测试接口145和燃料剂贮箱测试接口146。图中的线条为管路，用于在各个设备之间传输二氧化碳或者推进剂。

本申请实施例以第一姿控发动机150为推力为20N(牛)的双组元发动机，第二姿控发动机160为推力为1N(牛)的冷气推进发动机为例进行说明。可以理解的是，第一姿控发动机和第二姿控发动机的组合并不局限于本申请实施例中的组合。

一、增压气瓶110、充气阀112、电磁阀120、第一换热器130/第二换热器111等共同组成了姿控动力系统中的增压工质管理模块。

增压气瓶的主要功能为贮存二氧化碳，为了实现结构轻量化设计的目的，以最小的体积结构盛装最大质量的二氧化碳，气瓶内二氧化碳以高压液体状态充填。

充气阀、电磁阀的主要功能为控制二氧化碳的充填加注及锁闭，二氧化碳通过充气阀充入气瓶内，并通过控制下游电磁阀的开闭实现对系统工作状态的主动控制。

第一换热器/第二换热器可以采用热阻丝实现，主要功能为实现二氧化碳的气/液相转换，在管路中或者气瓶内增加换热器，通过加温的方式使液态二氧化碳快速膨胀转化为气态，为下游贮箱增压和第二姿控发动机工作做准备。

二、氧化剂贮箱141、燃料剂贮箱142、第一加注泄出阀143、第二加注泄出阀144等共同组成了姿控动力系统中的推进剂管理模块。

氧化剂贮箱和燃料剂贮箱可采用隔膜贮箱、活塞贮箱多种结构形式，主要功能为贮存推进剂，隔离气路、液路。

加注泄出阀主要功能为推进剂的加注及加注后对贮箱进行密封。

其中，氧化剂贮箱测试接口145和燃料剂贮箱测试接口146分别用于对氧化剂贮箱和燃料剂贮箱进行性能测试。

三、第一姿控发动机150和第二姿控发动机160等共同组成了姿控动力系统中的动力推进模块。

第一姿控发动机使用甲基肼+四氧化二氮作为推进剂，响应快速，具有比冲高的优点；第二姿控发动机使用二氧化碳作为工质，具有结构简单、响应快速的优点。

该姿控动力系统的工作过程为：

通过充气阀及加注泄出阀分别加注液态二氧化碳和推进剂，使系统具备工作状态。当系统开始工作时，打开电磁阀并对液态二氧化碳进行加热，使其转换为高压气体对下游进行填充，对贮箱做功，挤压推进剂使其流动至双组元发动机的入口处，同时高压的气态二氧化碳也流动至冷气推进发动机的入口处。通过控制双组元发动机及冷气推进发动机的开闭，从而达到对运载火箭的姿态控制的目的。

此系统无需电爆阀和减压阀等组件，采用热阻丝对增压气瓶及供应管路进行换热，使液态二氧化碳气化，从而膨胀做功，达到为推进剂增压以及为冷气发动机供气的目的。

相比于现有技术中采用氮气或氦气等惰性气体作为推进剂的增压工质和冷气推进工质，本申请实施例具有以下有益效果：

1.相同的系统结构体积下，可填装更多的工质，大幅提升系统的总冲量

二氧化碳具有常温下易压缩液化的特点，在常温条件下(温度为20℃，压力为5.7MPa)，液态二氧化碳的密度约为0.764g/cm³(克每立方厘米)。相同温度压力下，传统方案所使用的常规增压工质如氮气，密度仅为0.06936g/cm³。相比较而言，由工质加注量产生的总冲量差异可多达10倍。总冲量为火箭发动机推力对工作时间的积分。总冲力越大，发动机的做功能力越强，火箭的有效载荷也就越大。

2.大幅提升工质填充量的同时，可以有效减少系统结构重量，降低高压系统的压力，提高系统安全性

利用二氧化碳的物理特性，高压系统设计工作压力不大于8MPa，且工质维持在常温范围内，可在保证压力容器安全系数的前提下大幅减轻其结构重量，有利于系统统集成化和轻量化设计。若使用氮气填充至同等密度，系统压力须达到有60MPa以上，由此带来的高压气路组件，如气瓶、电爆阀、减压阀管路等的结构强度要求大大提升，所需要的结构重量远大于本申请实施例中的结构重量。

3.使用加热器代替减压阀进行下游压力控制，减少活动机械结构件，提高系统可靠性

本申请实施例使用易液化的二氧化碳并利用其气液相变特性减少了系统结构体积和重量，同时舍弃传统的机械结构的减压阀作为稳压组件的方案，改而使用加热器对工质进行稳压。换热器原理简单，可依据系统结构设计嵌入气瓶、管路等多个位置，可以适应异形结构设计或集成化设计等多种结构设计。同时换热器为固定结构，在系统工作工程中无需做相对运动，简化了系统，提高了系统工作可靠性。

图3为本申请提供的运载火箭的结构示意图，如图3所示，运载火箭300包括火箭本体310，以及设置在火箭本体310上的姿控动力系统100。

具体地，本申请实施例中的运载火箭可以为小型运载火箭或者微型运载火箭。

由于运载火箭中设置了上述实施例中的姿控动力系统，增压气体二氧化碳易于获取，所需材料和部件数量相对较少，制造和运输过程也相对简化，从而降低了整体成本；此外，火箭的质量比得到了提高，可以运载更大的有效载荷，满足各种不同类型的卫星发射需求，满足对快速响应和高频次任务的需求。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种姿控动力系统，其特征在于，包括增压气瓶、电磁阀、第一换热器、推进剂贮箱、第一姿控发动机和第二姿控发动机；

所述增压气瓶用于贮存液态二氧化碳；

所述电磁阀的入口端与所述增压气瓶的出口端连接，用于控制液态二氧化碳从所述增压气瓶流出；

所述第一换热器的入口端与所述电磁阀的出口端连接，用于对液态二氧化碳进行加热，生成气态二氧化碳；

所述推进剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接，出液端与所述第一姿控发动机的推进剂输入端连接；所述气态二氧化碳进入所述推进剂贮箱，推挤所述推进剂贮箱中的推进剂进入所述第一姿控发动机；

所述第二姿控发动机的工质输入端与所述第一换热器的出口端连接；所述气态二氧化碳进入所述第二姿控发动机，作为所述第二姿控发动机的冷气推进工质。

2.根据权利要求1所述的姿控动力系统，其特征在于，所述推进剂贮箱包括氧化剂贮箱和燃料剂贮箱；

所述氧化剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接；

所述燃料剂贮箱的进气端与所述第一换热器的出口端连接。

3.根据权利要求2所述的姿控动力系统，其特征在于，所述系统包括多个第一姿控发动机；

各个第一姿控发动机的氧化剂入口端与所述氧化剂贮箱的出液端连接；

各个第一姿控发动机的燃料剂入口端与所述燃料剂贮箱的出液端连接。

4.根据权利要求2所述的姿控动力系统，其特征在于，所述氧化剂贮箱的出液端与所述第一姿控发动机的氧化剂入口端的连接管路上设置第一加注泄出阀；

所述第一加注泄出阀用于对所述氧化剂贮箱加注氧化剂。

5.根据权利要求2所述的姿控动力系统，其特征在于，所述燃料剂贮箱的出液端与所述第一姿控发动机的燃料剂入口端的连接管路上设置第二加注泄出阀；

所述第二加注泄出阀用于对所述燃料剂贮箱加注燃料剂。

6.根据权利要求1所述的姿控动力系统，其特征在于，所述系统包括多个第二姿控发动机；

各个第二姿控发动机的工质入口端与所述第一换热器的出口端连接。

7.根据权利要求1所述的姿控动力系统，其特征在于，所述增压气瓶内设置第二换热器；

所述第二换热器用于对所述增压气瓶内的液态二氧化碳进行加热。

8.根据权利要求7所述的姿控动力系统，其特征在于，所述第一换热器和/或所述第二换热器为热阻丝。

9.根据权利要求1所述的姿控动力系统，其特征在于，所述增压气瓶的出口端与所述电磁阀的入口端的连接管路上设置充气阀；

所述充气阀用于对所述增压气瓶加注液态二氧化碳。

10.一种运载火箭，其特征在于，包括火箭本体，以及设置在所述火箭本体上的如权利要求1至9任一项所述的姿控动力系统。