ES2940823T3 - Sistema de propulsión para un vehículo espacial y procedimiento para hacer funcionar un vehículo espacial - Google Patents

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Till Hörger
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Abstract

Por medio del cual el primer espacio de almacenamiento (14) y el segundo espacio de almacenamiento (16) están en conexión de flujo con el primer dispositivo de accionamiento (70) para el suministro de comburente (11) y/o combustible (13). Se puede obtener un sistema de accionamiento eficiente (1) en el que al menos un dispositivo de entrada de calor para la entrada de calor en el fluido a presión está dispuesto en conexión operativa térmica con la primera cámara de presión (18) (Fig. 2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de propulsión para un vehículo espacial y procedimiento para hacer funcionar un vehículo espacial
La invención se refiere a un sistema de propulsión para un vehículo espacial, con al menos un primer dispositivo de propulsión que puede hacerse funcionar con N2O como oxidante y con un hidrocarburo como combustible, con un primer dispositivo de depósito que comprende al menos un primer espacio de almacenamiento para almacenar el oxidante y/o el combustible y un primer espacio de presión para recibir un fluido hidráulico para mantener un nivel de presión dentro del primer espacio de almacenamiento, y un segundo espacio de almacenamiento para almacenar el combustible y/o el oxidante, una disposición de extracción que comprende medios de conducción por medio de los cuales el primer espacio de almacenamiento y el segundo espacio de almacenamiento están en comunicación fluídica con el primer dispositivo de propulsión para su alimentación de oxidante y/o combustible. La invención se refiere además a un procedimiento para hacer funcionar el sistema de propulsión.
Un sistema de propulsión de este tipo para un vehículo espacial se describe en el documento US2017/167442A1. En este, están previstos espacios de almacenamiento para combustible y oxidante, siendo transportados el combustible y el oxidante al dispositivo de propulsión por medio de un fluido hidráulico gaseoso. En un dispositivo de depósito están presentes cámaras de presión correspondientes para el fluido hidráulico sometido a calor.
El documento US596174A igualmente muestra un sistema de propulsión para un vehículo espacial con dos compartimentos de almacenamiento para combustible y oxidante con respectivos espacios de presión y un transporte por medio de un fluido hidráulico.
Otro sistema de propulsión se describe en el documento EP3199792A1. En este, para el transporte de gas comprimido del combustible y/u oxidante, un gas de presurización presente en un depósito de almacenamiento de líquido se convierte a un estado supercrítico, se almacena temporalmente en un depósito de gas y desde allí se suministra respectivamente a un depósito con óxido nitroso (N2O), también conocido como "gas hilarante", y combustible para su presurización.
El documento US2009/0007541A1 muestra un sistema de propulsión para el funcionamiento con N2O con dos dispositivos de depósito separados, en el que para el transporte se utiliza un gas comprimido separado o por medio de autopresurización.
Del documento US2002/0092290A1 se conoce un sistema de propulsión, en el que el N2O y un combustible son extraídos del respectivo depósito respectivamente en estado líquido. Para garantizar presiones suficientemente altas dentro de los depósitos, el sistema presenta adicionalmente un depósito de nitrógeno para la presurización de los depósitos.
En el documento US2009/0133788A1 se describen carburantes premezclados, denominados monopropelentes, que contienen N2O como oxidante y un combustible orgánico. Un sistema de propulsión para funcionar con, por ejemplo, N2O y un combustible orgánico como monopropulsante se describe en el documento US2009/0007541A1.
El documento US2018/0171933A1 divulga un sistema de propulsión bipropelente con depósitos separados de oxidante y carburante, en el que se puede utilizar, por ejemplo, gas hilarante o un hidrocarburo (metano, propano). El ajuste de un nivel de presión de oxidante o combustible para su transporte a la unidad de propulsión y la absorción de calor en ella se lleva a cabo por medio de una microbomba. Una vez absorbido el calor en la unidad de propulsión, el respectivo componente es reconducido al depósito.
El documento US2010/0218482A1 describe un sistema bipropelente en el que el calentamiento para la presurización tiene lugar dentro de los dispositivos de depósito por medio de un refrigerante.
Otros sistemas de propulsión bipropelentes se describen en los documentos US2013/0048097A1 y US5823478A.
El documento WO2006/048543 describe un dispositivo para alimentar un motor cohete con combustible y oxidante, en el que en un depósito están dispuestos compartimentos, comprendiendo un compartimento oxidante y comprendiendo un compartimento carburante, y uno medio de presurización con un recipiente de presión.
El documento US2013/0196273A1 muestra un propulsor que puede hacerse funcionar como sistema bipropelente. Además del motor principal, el propulsor presenta una cámara de combustión en la que puede descomponerse el combustible y aprovecharse el impulso del gas de escape para la propulsión.
Otros sistemas de propulsión se describen en los documentos US4802333A, US6272846B1, US2015/0354503A1, US 5417049A, US2016/0108855A1, GB2293627Ay DE19545728A1.
La invención tiene el objetivo de proporcionar un sistema de propulsión del tipo mencionado al principio con una mayor eficiencia y un procedimiento correspondiente para hacer funcionar el sistema de propulsión.
El objetivo se consigue para el sistema de propulsión con las características de las reivindicaciones 1 y 2 y para el procedimiento con las características de la reivindicación 10. En el sistema de propulsión, está previsto que al menos un dispositivo de aporte de calor para el aporte de calor al fluido hidráulico está dispuesto en conexión térmica activa con el (en particular dentro del) primer espacio de presión.
El primer espacio de presión está dispuesto en conexión activa (mecánica) con el primer espacio de almacenamiento para el transporte de gas comprimido del oxidante y/o combustible. Por esta configuración, durante el funcionamiento, a través del aporte de calor, pueden ser controlados o regulados el nivel de presión (es decir, la presión o el rango de presión) dentro del espacio de presión y, por la conexión activa entre el espacio de presión y el espacio de almacenamiento, el nivel de presión en el espacio de almacenamiento. Por lo tanto, dado el caso, también por medio de una o varias válvulas de regulación adicionales en la disposición de extracción, puede ser ajustado el caudal (es decir, el flujo volumétrico o másico) de oxidante o combustible, por lo que a su vez pueden ser controladas o reguladas magnitudes dependientes del mismo, tales como el empuje del motor y/o la relación de mezcla para el ajuste de la temperatura de combustión. Por ejemplo, la presión en el/los espacio/s de almacenamiento puede mantenerse constante, especialmente durante el funcionamiento estacionario. El nivel de presión corresponde preferiblemente a al menos una presión de transporte requerida o a un rango de presión de transporte para el transporte de combustible al dispositivo de propulsión. Preferiblemente, para el control o la regulación están presentes adicionalmente un dispositivo de control y sensores correspondientes, en particular sensores de presión y de temperatura en el dispositivo de depósito, en particular en el espacio de almacenamiento y/o el espacio de presión. De este modo, se dispone de un sistema de propulsión o un motor optimizado en cuanto a espacio y componentes, que puede hacerse funcionar de manera eficiente con poco esfuerzo.
Según la invención, el dispositivo de aporte de calor comprende al menos un dispositivo de intercambio de calor.
En este caso, el dispositivo de intercambio de calor está dispuesto en un circuito intercambiador de calor del sistema de propulsión, y el dispositivo de intercambio de calor está puesto o puede ponerse en conexión térmica con el dispositivo de propulsión como fuente de calor. De este modo, el calor de escape generado por el dispositivo de propulsión puede reintegrarse ventajosamente en el sistema de propulsión. Esto conduce a una mayor eficiencia del sistema en su conjunto.
El circuito intercambiador de calor está configurado de tal manera que el dispositivo de intercambio de calor puede ser atravesado por combustible y/u oxidante como fluido portador de calor. De este modo, se puede prescindir de manera ventajosa de un fluido portador de calor por separado, por lo que, por ejemplo, se puede ahorrar peso y reducir la complejidad del sistema. El caudal de combustible u oxidante también puede controlarse por medio del nivel de presión dentro del espacio de almacenamiento de los espacios de almacenamiento y preferiblemente actuadores adicionales (por ejemplo, dispositivos de válvula, diafragmas), sin la presencia de un dispositivo de suministro (separado). Esta configuración resulta ventajosa especialmente en combinación con una refrigeración regenerativa del dispositivo de propulsión mediante combustible y/u oxidante, en cuyo caso el combustible y/u oxidante pasan a través de un dispositivo de refrigeración en conexión térmica con el dispositivo de propulsión y, de esta manera, enfrían estos o se calientan ellos mismos. Después, el calor de escape absorbido es emitido a través del intercambiador de calor o los intercambiadores de calor del/de los dispositivo/s de depósito.
Para una buena ajustabilidad del aporte de calor, el circuito intercambiador de calor comprende medios de conducción dispuestos de manera correspondiente y/o al menos un actuador, por medio del cual una parte controlable y/o regulable de combustible y/u oxidante puede fluir a través del dispositivo de intercambio de calor. La otra parte es conducida, por ejemplo, corriente abajo del dispositivo de refrigeración para la refrigeración regenerativa directamente al dispositivo de propulsión. Como actuador corriente arriba del/de los dispositivo/s de intercambio de calor (corriente abajo del dispositivo de refrigeración de un sistema de refrigeración regenerativa) puede usarse, por ejemplo, de manera especialmente ventajosa un diafragma. Este es menos sensible a las altas temperaturas que presenta el fluido portador de calor que, por ejemplo, una válvula de regulación. En este caso, el caudal másico total se ajusta por medio de un actuador (adiciona) (por ejemplo, un regulador de caudal) dentro del/de los conducto/s de extracción y la relación de las partes es controlada o regulada por el/los dispositivo/s de intercambio de calor, por ejemplo, por medio del diafragma. De este modo, el caudal requerido puede garantizarse tanto a través del/de los dispositivos de intercambio de calor como hacia el dispositivo de propulsión.
Para mejorar aún más el ajuste individual del caudal y, por tanto, del aporte de calor a los espacios de presión, en el circuito intercambiador de calor está dispuesta una válvula de regulación, en particular corriente abajo del dispositivo de intercambio de calor. Mediante la disposición corriente abajo, se puede usar una válvula de regulación (más económica) que no resista altas temperaturas. Por la presencia de la válvula de regulación, el control o la regulación pueden ajustarse con tanta precisión que, por ejemplo, también puede prescindirse de un dispositivo calentador adicional en el dispositivo de aporte de calor. Una breve caída de presión que se produce durante la fase de arranque debido a una falta inicial de generación de calor de escape del dispositivo de propulsión puede compensarse con suficiente rapidez para mantener el funcionamiento. En esta variante, también es concebible prescindir de una válvula de regulación en el/los conductos/s de extracción.
En una variante de realización alternativa, fácilmente controlable o regulable, el circuito intercambiador de calor está configurado de forma desacoplada fluídicamente de la disposición de extracción, en cuyo caso para la extracción de calor del combustible y/u oxidante está dispuesto un dispositivo de intercambio de calor en el circuito intercambiador de calor. Para el transporte del fluido portador de calor está presente preferiblemente un dispositivo de transporte adicional.
En una variante de realización sencilla y robusta, el dispositivo de aporte de calor comprende al menos un dispositivo calentador. Este también puede estar presente adicionalmente al dispositivo de intercambio de calor, de modo que el dispositivo de aporte de calor comprenda tanto el dispositivo de intercambio de calor como el dispositivo calentador. Especialmente mediante la combinación, el dispositivo de propulsión puede proporcionar una amplia gama de rangos de empuje, independientemente de su calor de escape, lo que aporta ventajas especialmente durante la fase de arranque.
De manera conveniente, el dispositivo calentador está configurado para funcionar con energía eléctrica y/o energía nuclear.
En una variante de realización sencilla, está presente un segundo dispositivo de depósito en el que el segundo espacio de almacenamiento y un segundo espacio de presión están dispuestos para recibir un fluido hidráulico para mantener un nivel de presión dentro del segundo espacio de almacenamiento.
Alternativamente, el segundo espacio de almacenamiento puede estar dispuesto (junto con el primer espacio de almacenamiento) dentro del primer dispositivo de depósito, estando dispuesto y configurado el primer espacio de presión para mantener el nivel de presión tanto dentro del primer espacio de almacenamiento como del segundo espacio de almacenamiento. De este modo, se puede ahorrar en estructura del depósito y, por tanto, en masa, lo que puede mejorar la eficiencia global del sistema de propulsión.
Además, se puede ahorrar masa por el hecho de que al menos uno de los espacios de almacenamiento forme uno de los espacios de presión. De este modo, dentro del dispositivo de depósito se encuentran dos espacios de almacenamiento, con lo que se prescinde de un espacio de presión separado, lo que puede suponer un ahorro de espacio de instalación de, por ejemplo, entre el 20 % y el 25 %. Preferiblemente, el espacio de almacenamiento para recibir el componente de carburante con la presión de vapor más alta está configurado para presurizar el espacio de almacenamiento para recibir el componente de carburante con la presión de vapor más baja, es decir, este comprende el dispositivo de aporte de calor. Dado que, especialmente en el caso del componente de carburante que ha de ser presurizado, puede producirse un flujo bifásico cuando se extrae del dispositivo de depósito, preferiblemente, está presente adicionalmente un dispositivo calentador en el conducto de extracción del componente de carburante correspondiente. Adicional o alternativamente, para la homogeneización y/o evaporación dentro del conducto de extracción se puede generar una mayor pérdida de presión, por ejemplo, por medio de un actuador existente.
Alternativamente (o adicionalmente), en una variante de realización más fácil de controlar o regular, puede estar presente al menos un espacio de presión (separado) adicionalmente a los espacios de almacenamiento. El espacio de presión está dispuesto preferiblemente en conexión activa con ambos espacios de almacenamiento, por ejemplo, centralmente entre estos y estando al menos parcialmente circundado por ellos.
Una configuración parcialmente optimizada resulta si, dentro del primer y/o segundo dispositivo de depósito, el respectivo espacio de presión está separado del espacio de almacenamiento de forma estanca al fluido por medio de un dispositivo de separación elástico flexible, en particular una membrana. De este modo, un cambio de presión y, por consiguiente, de volumen dentro del espacio de presión pueden repercutir en el espacio de almacenamiento, de modo que queda establecida una conexión activa (mecánica). Se puede prescindir de componentes adicionales de regulación del caudal, por ejemplo un reductor de presión, entre el espacio de presión y el espacio de almacenamiento, lo que reduce la complejidad del sistema y aporta ventajas de peso.
Para un funcionamiento fiable y homogéneo del dispositivo de propulsión, puede ser ventajoso que un dispositivo calentador esté dispuesto en conexión térmica activa con al menos uno de los conductos de extracción. El dispositivo calentador puede usarse, por ejemplo, para la postevaporación de uno de los componentes de carburante, especialmente durante la fase de arranque.
Preferiblemente, en el sistema de propulsión operativo, el fluido hidráulico está formado por dióxido de carbono y/o por uno de los componentes de carburante, el combustible o el oxidante. En combinación con N2Oy un hidrocarburo como componentes de carburante, la ventaja es que la presión de vapor del CO2 es ligeramente superior a la presión de vapor del N2O y significativamente superior a la presión de vapor, por ejemplo, del etano (a 20 °C: CO2 alrededor de 57 bar, N2O alrededor de 50 bar, etano alrededor de 38 bar). Así, al menos una parte del fluido hidráulico puede estar presente en forma líquida en el (respectivo) espacio de presión durante la presurización, por lo que su volumen puede concebirse de forma correspondientemente menor en comparación con el uso de un fluido hidráulico (puramente) gaseoso.
En una variante de realización ventajosa, está presente al menos un dispositivo de propulsión adicional, en particular que comprende un propulsor de gas frío y/o un propulsor catalítico. Preferiblemente, este dispositivo de propulsión adicional o estos dispositivos de propulsión adicionales está/n dispuesto/s en el o los conducto/s de extracción de manera que el oxidante o el combustible puede fluir a través de los mismos, por ejemplo dentro de un conducto ramificado a partir de los mismos, estando preconectada una válvula de regulación (de caudal). Preferiblemente, el dispositivo de propulsión adicional está concebido para empujes más pequeños, por ejemplo, iguales o inferiores al 10% de la potencia del (primer) dispositivo de propulsión que comprende una cámara de combustión. De este modo, por un lado, se puede aumentar el rango de empuje y, por tanto, la flexibilidad del sistema de propulsión. Además, el dispositivo de propulsión adicional puede contribuir, por ejemplo, a una extracción definida del/de los componente/s del combustible: En el caso de un componente propulsor bifásico dentro de un espacio de almacenamiento, la mezcla puede estar presente en los espacios de almacenamiento de forma no dirigida debido a la inexistencia de gravedad en el espacio. Durante la extracción, un flujo bifásico puede entrar en el conducto de extracción y, a través de este, en el dispositivo de propulsión, lo que puede provocar fallos de funcionamiento o la destrucción del dispositivo de propulsión: Las fluctuaciones del caudal másico pueden provocar inestabilidades en el motor, que pueden dañarlo o destruirlo. Para una extracción definida, un caudal (reducido) del oxidante y/o del combustible, necesario para el funcionamiento del dispositivo de propulsión adicional, puede expandirse primero en el (o los) dispositivo/s de propulsión adicionales. Esto hace que la parte líquida del respectivo componente de carburante se deposite dentro de los espacios de almacenamiento en contra de la dirección de la fuerza de empuje o en contra de la dirección de la aceleración que causa la fuerza de empuje. En un punto de extracción en el respectivo espacio de almacenamiento, que está dispuesto en relación con el o los dispositivo/s de propulsión, el respectivo componente de carburante puede extraerse ahora en forma líquida o, con una disposición correspondientemente diferente, en forma gaseosa.
Variantes de realización ventajosas del procedimiento se describen de forma análoga en relación con las variantes de realización del sistema de propulsión y se indican además en las reivindicaciones dependientes de la reivindicación del procedimiento.
Una variante eficiente del procedimiento prevé que el fluido hidráulico dentro del depósito de presión se encuentre al menos temporalmente al menos parcialmente en un estado de agregación líquido.
El funcionamiento flexible es posible cuando el combustible y/o el oxidante se extraen en forma líquida o gaseosa del respectivo espacio de almacenamiento. Por medio de una gestión de procedimiento correspondiente corriente abajo de los espacios de almacenamiento, por ejemplo, (post) evaporación, se puede garantizar un estado de agregación definido en el dispositivo de propulsión. Una extracción definida en estado de agregación líquido y/o gaseoso puede realizarse, por ejemplo, con la ayuda de dispositivos de propulsión (adicionales) para empujes pequeños (por ejemplo, iguales o inferiores a 10 % del (primer) dispositivo de propulsión con cámara de combustión, es decir, por ejemplo, con una clase de empuje entre 0,1 N y 30 N, en particular entre 1 N y 22 N). El combustible y/o el oxidante también pueden calentarse selectivamente por medio del dispositivo de aporte de calor de tal manera que fluyan en forma gaseosa a través de un dispositivo inyector a una cámara de combustión del dispositivo de propulsión. Si hay diferentes componentes en el dispositivo de aporte de calor, por ejemplo, el dispositivo calentador y el dispositivo de transferencia de calor, se pueden utilizar de forma correspondientemente adaptada entre sí de manera optimizada.
Por ejemplo, de manera ventajosa puede utilizarse al menos en una fase inicial un dispositivo calentador del dispositivo de aporte de calor para el aporte de calor. Por ejemplo, en el funcionamiento estacionario, en presencia de calor de escape (definido) del dispositivo de propulsión, este puede utilizarse como fuente de calor para ahorrar energía.
Una extracción definida de los componentes de carburante en estado líquido o gaseoso puede realizarse usando en primer lugar una parte del combustible y/u oxidante en un dispositivo de propulsión adicional para la propulsión, en particular expandido en una propulsión de gas frío o descompuesto en un motor catalítico, y extrayendo a continuación el combustible y/u oxidante para el dispositivo de propulsión. Al expulsar el carburante o el gas de escape, se genera un pequeño empuje que provoca una aceleración; como resultado, el oxidante líquido y/o el combustible se depositan en el extremo del dispositivo de depósito, opuesto a la dirección de aceleración, y el combustible gaseoso y/o el oxidante se depositan en el extremo opuesto a este. Según la disposición del dispositivo de extracción, el combustible y/o el oxidante pueden ser extraídos selectivamente en forma gaseosa y/o líquida.
A continuación, la invención se explica con más detalle con la ayuda de ejemplos de realización haciendo referencia a los dibujos. Muestran:
la figura 1 un diagrama de flujo de un sistema de propulsión no reivindicado que comprende dos dispositivos de depósito, con un dispositivo de aporte de calor en un primer espacio de presión comprendiendo un dispositivo calentador,
la figura 2 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 1, con el dispositivo de aporte de calor comprendiendo un dispositivo de intercambio de calor en un circuito intercambiador de calor,
la figura 3 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 2, con el dispositivo de aporte de calor comprendiendo el dispositivo de intercambio de calor así como el dispositivo calentador,
la figura 4 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 3, con el dispositivo de aporte de calor comprendiendo dos actuadores adicionales dispuestos en el circuito intercambiador de calor,
la figura 5 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 4, en el que el circuito intercambiador de calor está desacoplado mecánicamente de un dispositivo de extracción,
la figura 6 un diagrama de flujo de otra variante de realización no reivindicada del sistema de propulsión, con un dispositivo de depósito comprendiendo dos espacios de almacenamiento, estando formado el espacio de presión por uno de los espacios de almacenamiento,
la figura 7 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 6, con el dispositivo de aporte de calor comprendiendo el dispositivo calentador y el dispositivo de intercambio de calor,
la figura 8 un diagrama de flujo de otra variante de realización no reivindicada del sistema de propulsión, con dos dispositivos de depósito respectivamente sin espacio de presión separado, formando los espacios de almacenamiento sin separación mecánica los espacios de presión,
la figura 9 un diagrama de flujo de otra variante de realización no reivindicada del sistema de propulsión, con un dispositivo de depósito comprendiendo dos espacios de almacenamiento y un espacio de presión separado, y
la figura 10 un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión según la figura 9, con un circuito intercambiador de calor desacoplado fluídicamente de la disposición de extracción.
La figura 1 muestra un diagrama de flujo de un sistema de propulsión 1 como motor de un vehículo espacial y/o de un satélite (artificial), que comprende un primer dispositivo de propulsión 70. El dispositivo de propulsión 70 está adaptado para funcionar con los componentes de carburante gas hilarante (N2O) como oxidante 11 y un hidrocarburo, por ejemplo, etano (C2H6), como combustible 13, bajo combustión de los mismos. El hidrocarburo utilizado tiene, en particular, una presión de vapor superior a 10 bar a temperatura ambiente (20 °C).
Para su funcionamiento, el dispositivo de propulsión 70 comprende una cámara de combustión 72 convenientemente configurada con un dispositivo inyector (no mostrado aquí), un dispositivo de ignición 74 y una tobera 76 para la generación de empuje. Alternativamente al dispositivo de ignición 74, puede estar presente un catalizador adecuado para la descomposición catalítica de N2O (no mostrado aquí), por medio del cual el N2O se descompone catalíticamente para la ignición. Para ello, el catalizador se calienta al menos a aproximadamente 350 °C para provocar una descomposición exotérmica del N2O. Entonces, el combustible 13 se añade preferiblemente corriente abajo del catalizador para evitar su sobrecalentamiento.
El sistema de propulsión 1 comprende además una disposición de alimentación de combustible del dispositivo de propulsión 70 para suministrar por separado los componentes de carburante al dispositivo inyector. Por su configuración descrita a continuación, la disposición de suministro está optimizada para alimentar el dispositivo de propulsión 70 con N2O e hidrocarburo como componentes de carburante.
A efectos de la alimentación de combustible, la disposición de alimentación comprende dos dispositivos de depósito 10, 12 para el almacenamiento separado de oxidante 11 y combustible 13. Los dispositivos de depósito 10, 12 están configurados preferiblemente para optimizar el espacio de instalación, en particular no están aislados térmicamente para almacenar un medio criogénico, pero pueden utilizarse a temperatura ambiente. En el primer dispositivo de depósito 10 se encuentra un espacio de almacenamiento 14 para recibir el oxidante 11. En el segundo dispositivo de depósito 12 se encuentra un segundo espacio de almacenamiento 16 para recibir el combustible 13. Los dispositivos de depósito 10, 12 comprenden respectivamente entradas/salidas de fluido 80, 82 para introducir por separado el oxidante 11 y el combustible 13 y/o para ventilar y/o aliviar los dispositivos de depósito 10, 12. Durante el venteo de combustible y/u oxidante al final de la vida útil de un satélite o nave espacial, conocido como "desmantelamiento", en el que se pueden utilizar las entradas/salidas de fluido 80, 82, el satélite o el vehículo espacial puede convertirse a un estado seguro.
Dentro de los dispositivos de depósito 10, 12 se encuentran, adicionalmente a los espacios de almacenamiento 14, 16 y en conexión activa con las mismas, respectivamente un espacio de presión 18, 20 (separado) para recibir un fluido hidráulico 19, 21. El fluido hidráulico 19, 21, o gas de presurización sirve durante el funcionamiento para mantener un determinado nivel de presión (es decir, una presión o un rango de presión) dentro de los espacios de almacenamiento 14, 16. El nivel de presión puede, por ejemplo, corresponder a al menos una presión de transporte necesaria para transportar los componentes de carburante.
Una variante de realización de los dispositivos de depósito 10, 12 optimizada en términos de espacio de instalación prevé que los dos espacios de presión 19, 21 dentro de los dispositivos de depósito 10, 12 están dispuestos en el mismo espacio global que los espacios de almacenamiento 14, 16 y están en conexión activa mecánica con los espacios de almacenamiento 14, 16 respectivamente por medio de un dispositivo de separación 22, 24 elástico flexible. En particular, los dispositivos de separación 20, 24 pueden estar configurados como membranas. Los dispositivos de separación 22, 24 provocan una separación estanca al fluido entre los espacios de presión 18, 20 y los espacios de almacenamiento 14, 16. Los dispositivos de separación 22, 24 se expanden mecánicamente cuando aumenta el volumen de los fluidos presurizados 19, 21, agrandando los espacios de presión 18, 20 y provocando así una reducción del tamaño de los espacios de almacenamiento 14, 16.
El fluido hidráulico 19, 21 puede estar formado por dióxido de carbono (CO2). En combinación con los componentes de carburante utilizados aquí, resulta la ventaja de que la presión de vapor del CO2 se encuentra en un rango similar (o ligeramente superior) a la presión de vapor del N2O o, por ejemplo, del etano como hidrocarburo (a 20 °C: CO2 alrededor de 57 bar, N2O alrededor de 50 bar, etano alrededor de 38 bar). Así, durante la presurización, al menos una parte del fluido hidráulico 19, 21 puede estar presente en forma líquida en los respectivos espacios de presión 19, 21, lo que reduce el volumen de los espacios de presión 18, 20 en comparación con el uso de un fluido hidráulico 19, 21 (puramente) gaseoso. Sin embargo, también es posible usar otro fluido hidráulico 19, 21, por ejemplo helio o nitrógeno.
Además, el sistema de propulsión 1 o la disposición de alimentación comprenden una disposición de extracción 51 con medios de conducción para extraer los componentes de carburante y conducirlos al dispositivo de propulsión 70. Durante el funcionamiento, el oxidante 11 es extraído del primer espacio de almacenamiento 14 por medio de un conducto de extracción 52 de la disposición de extracción 51. El combustible 13 es extraído del segundo espacio de almacenamiento 16 por medio de un conducto de extracción 54 de la disposición de extracción 51. En los conductos de extracción 52, 54, respectivamente corriente abajo de los espacios de almacenamiento 14, 16 están dispuestos en primer lugar dispositivos filtrantes 38, 39. Corriente abajo de los dispositivos de filtrado 38, 39 están presentes actuadores 40, 42. Se trata, en particular, de válvulas de regulación para modificar la sección transversal de los conductos de extracción 52, 54 para el control del caudal y, por lo tanto, la regulación del empuje o la regulación de la relación de mezcla dentro del dispositivo de propulsión 70.
Para el control o la regulación, el sistema de propulsión 1 comprende un dispositivo de control (no representado aquí) que está en conexión de transmisión de datos con medios de medición, por ejemplo, dispositivos sensores 34 a 37, y/o componentes del sistema de propulsión 1 que han de ser controlados, por ejemplo, los actuadores 40, 42.
Además, dentro del conducto de extracción 52, para la extracción del oxidante 11 está dispuesto un dispositivo calentador 46, por ejemplo, accionable eléctricamente. Esto resulta particularmente ventajoso si el dispositivo inyector (no mostrado aquí) está configurado para funcionar con combustible gaseoso. Durante el funcionamiento, el dispositivo calentador 46 sirve para la (post)evaporación de posibles componentes líquidos en la corriente del oxidante. Ventajosamente, el dispositivo calentador 46 puede conectarse, en particular durante una fase de arranque del dispositivo de propulsión 70, a fin de generar un flujo en fase gaseosa en el oxidante 11. Durante el funcionamiento estacionario, el oxidante 11 se vaporiza completamente dentro de un dispositivo de refrigeración 60. De este modo, queda garantizado que siempre esté presente oxidante gaseoso 11 en el dispositivo inyector, tanto en la fase de arranque como durante el funcionamiento estacionario.
En los conductos de extracción 52, 54 se encuentran también respectivamente un actuador 48, 50, que está configurado, por ejemplo, como válvula de apertura / cierre y/o como regulador de caudal.
Según una variante de realización ventajosa, el conducto de extracción 52 está realizado corriente abajo del actuador 48 para la refrigeración regenerativa del dispositivo de propulsión 70. En este caso, el conducto de extracción 52 está dispuesto como un dispositivo de refrigeración 60 en contacto térmico con la tobera 76 y/o la cámara de combustión 72, para refrigerar sus paredes periféricas. De este modo, el oxidante 11 puede absorber el calor de escape generado durante la combustión del dispositivo de propulsión 70. Además, el oxidante 11 que, dado el caso, está presente en la fase líquida puede ser completamente evaporado antes de ser introducido en la cámara de combustión 72. También sería posible realizar la refrigeración regenerativa usando (adicional o alternativamente) el conducto de extracción 54 y el combustible 13.
Corriente abajo del dispositivo de enfriamiento 60, el conducto de extracción 52 se convierte en una sección de suministro 56 que desemboca en el dispositivo de propulsión 70. Corriente abajo del actuador 50, el conducto de extracción 54 se convierte en una sección de suministro 58 que desemboca en el dispositivo de propulsión 70.
Según una idea central de la invención, para el transporte de los componentes de carburante, en los dispositivos de depósito 10, 12 está presente respectivamente un dispositivo de aporte de calor para aportar calor al fluido hidráulico 19, 21. En el ejemplo de realización no reivindicado según la figura 1, los dispositivos de aporte de calor están dispuestos en los espacios de presión 18, 20 separados. Los dispositivos de aporte de calor comprenden respectivamente un dispositivo calentador26, 28 que puede estar configurado, por ejemplo, para funcionar con energía eléctrica y/o energía nuclear. Esto representa una configuración robusta y menos compleja de los dispositivos de aporte de calor.
El dispositivo de aporte de calor sirve para ajustar el nivel de presión dentro de los dispositivos de depósito 10, 12 o los espacios de almacenamiento 14, 16 durante el funcionamiento a través del aporte de calor. A tal fin, en los dispositivos de depósito 10, 12, en particular en contacto con los espacios de almacenamiento 14, 16 y/o en los espacios de presión 18, 20 están presentes dispositivos de sensor 34 a 37 adecuados, en particular, sensores de presión y/o temperatura. Durante el funcionamiento, el aporte de calor se controla o regula por medio del dispositivo de aporte de calor a los espacios de presión 18, 20 de tal manera que dentro de los espacios de almacenamiento 14, 16 se establece el nivel de presión deseado. El nivel de presión corresponde, por ejemplo, a una presión o a un intervalo de presión para transportar el oxidante 11 o el combustible 13 a la cámara de combustión 72. No es necesario un dispositivo de transporte adicional dentro de los conductos de extracción 52, 54. En particular, el nivel de presión puede mantenerse constante cuando se retiran los componentes de carburante por medio de un control o una regulación. De este modo, el caudal de combustible 13 y/o de oxidante 11 extraído puede ser controlado o regulado de forma selectiva por medio de los dispositivos de aporte de calor o el aporte de calor con la ayuda del dispositivo de control.
El nivel de presión puede ajustarse de tal forma que el combustible 13 y/o el oxidante 11 se extraiga en forma líquida y/o gaseosa del respectivo espacio de almacenamiento 16, 18.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo de otra variante de realización del sistema de propulsión 1 según la figura 1. Aquí, los dispositivos de aporte de caloren los espacios de presión 18, 20 comprenden respectivamente un dispositivo de intercambio de calor 30, 32, sin dispositivos calentadores 26, 28. Los dispositivos intercambiadores de calor 30, 32 están dispuestos en un circuito intercambiador de calor 61 del sistema de propulsión 1, a través del cual el componente combustible utilizado dentro del sistema de refrigeración regenerativa, en este caso el oxidante 11, fluye como fluido de transferencia de calor durante el funcionamiento. El dispositivo de refrigeración 60 sirve como fuente de calor del circuito intercambiador de calor 61.
Corriente abajo del dispositivo de refrigeración 60 se encuentra un distribuidor 62 para dividir los medios de conducción o el flujo de oxidante. El distribuidor 62 comprende, por ejemplo, una ramificación de conducto y/o una válvula (multivía). Por medio del distribuidor 62, durante el funcionamiento, una parte del oxidante se introduce en el circuito intercambiador de calor 61 para la transferencia de calor al respectivo fluido hidráulico 19, 21. La otra parte es conducida a la sección de suministro 56 y, por encima de esta, al dispositivo de propulsión 70. La relación de las partes puede ser ajustada por medio de un actuador 44 dispuesto a continuación del distribuidor 62, en la sección del conducto que conduce al dispositivo de propulsión 70. El actuador 44 está configurado en una variante robusta y económica, por ejemplo, como diafragma. Alternativamente, el actuador 44 puede estar configurado, por ejemplo, como válvula de regulación de alta temperatura.
Corriente abajo del distribuidor 62, en el circuito intercambiador de calor 61 está presente un distribuidor 64 adicional. El distribuidor 64 divide los medios de conducción o el oxidante en su función de fluido portador de calor, en una parte para fluir a través del primer dispositivo de intercambio de calor 30 y una parte para fluir a través del segundo dispositivo de intercambio de calor 32.
Corriente abajo de los dispositivos de intercambio de calor 30, 32, en el circuito de intercambio de calor 61 está dispuesto, a modo de ejemplo, respectivamente un actuador 66 o 68 para el ajuste del caudal por los dispositivos de intercambio de calor 30, 32. Los actuadores 66, 68 pueden estar formados, por ejemplo, por válvulas de control. De esta manera, se puede proporcionar un control o una regulación del aporte de calor por medio de los dispositivos de intercambio de calor 30, 32, por medio del cual el nivel de presión, en particular la presión de transporte, en los espacios de almacenamiento 14, 16 se puede mantener constante durante una extracción continua de los componentes de carburante. La disposición corriente abajo de los intercambiadores de calor 30, 32 resulta ventajosa en el sentido de que la temperatura del fluido portador de calor es menor que corriente arriba del intercambiador de calor 30, 32. De este modo, se pueden usar actuadores 66, 68 más económicos, no resistentes a las altas temperaturas. En presencia de los actuadores 66, 68, se puede prescindir de los actuadores 40, 42 dentro de los conductos de extracción 52, 54 en favor de una estructura menos compleja del sistema de propulsión 1.
Corriente abajo de los actuadores 66, 68, los medios de conducción divididos se vuelven a reunir dentro del circuito intercambiador de calor 61. El circuito intercambiador de calor 61 desemboca en los medios de conducción que se ramificaron por medio del distribuidor 62, formando el conducto de extracción 52 común, que desemboca en la sección de suministro 56 para el suministro al dispositivo de propulsión 70.
La ventaja de la variante mostrada en la figura 2 es el uso del dispositivo de propulsión 70 como fuente de calor, por lo que aumenta la eficiencia global del sistema de propulsión 1.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo de otra variante del sistema de propulsión 1, basado en el sistema de propulsión 1 mostrado en la figura 2. En esta variante, el dispositivo de aporte de calor presenta tanto los dispositivos calentadores 26, 28 (véase también la figura 1) como los dispositivos de intercambio de calor 30, 32 (véase también la figura 2) dispuestos en el circuito intercambiador de calor 61. Los actuadores 66, 68 opcionales (véase también la figura 2) no están presentes en esta variante. El caudal a través de los dispositivos intercambiadores de calor 30, 32 para el control o la regulación del aporte de calor por medio de los dispositivos intercambiadores de calor 30, 32 puede ser ajustado, es decir, controlado o regulado, por medio de los actuadores 40, 42 y/o 48, 50 presentes en los conductos de extracción 52, 54 y/o los actuadores 44 dentro del circuito intercambiador de calor 61.
Mediante la combinación de los dispositivos calentadores 26 o 28 y el dispositivo de intercambio de calor 30 o 32 dentro del dispositivo de aporte de calor, puede ser controlado o regulado un amplio rango de caudal de los componentes de carburante y, por tanto, el dispositivo de propulsión 70 puede cubrir un amplio rango de empuje.
Además, se puede garantizar una alimentación de carburante homogénea al dispositivo de propulsión 70. Por ejemplo, durante una fase de arranque del dispositivo de propulsión 70, dentro de la cual la cámara de combustión 72 aún no genera calor de escape y, por lo tanto, no puede actuar como fuente de calor, el aporte de calor puede tener lugar por medio de los dispositivos calentadores 26, 28. Durante el funcionamiento estacionario del dispositivo de propulsión 70, el aporte de calor a los espacios de almacenamiento 18, 20 puede efectuarse, al menos en parte, por medio de los dispositivos de intercambio de calor 30, 32 y, por tanto, al menos en parte, independientemente de la alimentación externa de energía.
La figura 4 muestra otra variante de realización del sistema de propulsión 1. Esta variante de realización se basa en el sistema de propulsión 1 representado en la figura 3 y comprende además los actuadores 66, 68 representados en la figura 2, en particular en forma de válvulas de control.
La figura 5 muestra otra variante de realización del sistema de propulsión 1 basado en el sistema de propulsión según las figuras 3 o 4. A diferencia del sistema de propulsión 1 representado en las figuras 3 o 4, en esta variante el circuito intercambiador de calor 61 está desacoplado fluídicamente de la disposición de extracción 51. En este caso, no se usa oxidante 11 y/o combustible 13 como fluido portador de calor, sino un fluido portador de calor separado. Resulta ventajoso que el aporte de calor al fluido hidráulico 19, 21 a través de los intercambiadores de calor 30, 32 puede ser controlado o regulado fácilmente.
Para el acoplamiento térmico del circuito de intercambio de calor 61 al dispositivo de propulsión 70 o a la cámara de combustión 72 como fuente de calor está presente un dispositivo de intercambio de calor 63 separado. El dispositivo de intercambio de calor 63 está dispuesto corriente abajo del dispositivo de refrigeración 60 y corriente arriba de la sección de suministro 56 con respecto a la disposición de extracción 51. Con respecto al circuito de intercambio de calor 61, el dispositivo de intercambio de calor 63 está dispuesto corriente arriba de los dispositivos de intercambio de calor 30, 32.
En el circuito intercambiador de calor 61 está dispuesto un dispositivo de transporte 45 separado para transportar el fluido portador de calor. El dispositivo de transporte 45 se encuentra convenientemente situado en una sección de tubería general del circuito de intercambiador de calor 61, por ejemplo, corriente abajo del dispositivo de intercambio de calor 30 (o 32) y corriente arriba del dispositivo de intercambio de calor 63, con lo que puede conseguirse una carga térmica comparativamente baja en el dispositivo de transporte 45. Alternativamente, el dispositivo de transporte 45 puede estar dispuesto corriente abajo del dispositivo de intercambio de calor 63 y corriente arriba del distribuidor 64.
La figura 6 muestra otra variante no reivindicada del sistema de propulsión 1, en la que está presente solo un único dispositivo de depósito 10. Dentro del mismo se encuentran tanto el primer espacio de almacenamiento 14 que contiene el oxidante 11, como el segundo espacio de almacenamiento 16 que contiene el combustible 13. Los dos espacios de almacenamiento 14, 16 están separados entre sí de forma estanca al fluido por medio del dispositivo separador 22, pero están mecánicamente en conexión activa entre sí debido a la capacidad de expansión elástica flexible del dispositivo separador 22. Mediante esta configuración se ahorra de manera ventajosa en estructura del depósito y, por tanto, en masa.
En la variante mostrada en la figura 6, el componente de carburante con la presión de vapor más baja es presurizado por el componente de carburante con la presión de vapor más alta. De este modo, cuando se usa N2O como oxidante 11 y C2H6 como combustible 13, el N2O forma al mismo tiempo el fluido hidráulico 19. De manera ventajosa, se omite el uso de un fluido hidráulico 19 separado y un espacio de presión 18 separado. El correspondiente espacio de almacenamiento 14 forma al mismo tiempo el espacio de presión 18. El dispositivo de aporte de calor, que en este caso solo comprende, a modo de ejemplo, el dispositivo calentador 26, está dispuesto dentro del espacio de almacenamiento 14 o del espacio de presión 18. En esta variante, como en la mostrada en la figura 7, el combustible 13 y el oxidante 11 experimentan la misma presión, correspondiente a la del componente combustible con la presión de vapor más alta.
Por el aporte de calor al componente de carburante con la presión de vapor más alta durante el funcionamiento, este componente de carburante puede estar presente como mezcla gas y líquido en el espacio de almacenamiento 14. Así, puede producirse un flujo bifásico durante la extracción del dispositivo de depósito 10, que puede ir acompañado de una fluctuación del caudal en el dispositivo de propulsión 70. Esto puede evitarse mediante el hecho de que los actuadores 40 y/o 48 en el conducto de extracción correspondiente, en este caso el conducto de extracción 52, están configurados para generar una pérdida de presión suficientemente alta para homogeneizar el caudal. Alternativa o adicionalmente, cualquier componente líquido puede ser vaporizado por medio del dispositivo calentador 46 dentro del conducto de extracción 52. Así, una combinación de una caída de presión adecuada y/o el dispositivo calentador 46, dado el caso, también en combinación con la refrigeración regenerativa prevista que comprende el dispositivo de refrigeración 60, puede garantizar la presencia de un flujo completamente gaseoso y homogéneo. El otro componente de carburante, con la presión de vapor más baja generalmente está presente en la fase líquida.
La figura 7 muestra una variante del sistema de propulsión 1 representado en la figura 6, en la que, a diferencia de este, el dispositivo de aporte de calor se complementa con el dispositivo de intercambio de calor 30. De este modo, de forma similar a la figura 4 por ejemplo, el dispositivo calentador 26 se combina con el dispositivo de intercambio de calor 30 en el dispositivo de aporte de calor. El sistema de propulsión 1 mostrado en la figura 7 también comprende el circuito intercambiador de calor 61, así como el actuador 44, por ejemplo en forma de un diafragma, y, opcionalmente, el actuador 66, por ejemplo, en forma de válvula de regulación.
La figura 8 muestra otra variante de realización no reivindicada del sistema de propulsión 1, en la que están presentes dos dispositivos de depósito 10, 12 que respectivamente no comprenden un espacio de presión 18, 20 separado, es decir, no hay separación mecánica entre el espacio de almacenamiento 14, 16 y el espacio de presión 18, 20. En este caso, el espacio de almacenamiento 14, 16 también forma el espacio de presión 18, 20. El dispositivo de aporte de calor que en este caso comprende, a modo de ejemplo, únicamente el dispositivo calentador 26, 28, está dispuesto dentro de los espacios de almacenamiento 14, 16. La presurización tiene lugar mediante el aporte de calor al respectivo componente de carburante, que de este modo forma al mismo tiempo respectivamente el fluido hidráulico 19, 21. El dispositivo de aporte de calor puede complementarse con un dispositivo de intercambio de calor 30, 32 como se muestra en la figura 4 y alternativamente en la figura 5.
La variante de realización del sistema de propulsión 1 representada en la figura 8 comprende al menos uno, aquí a modo de ejemplo dos dispositivos de propulsión 90, 92 adicionales. El dispositivo de propulsión 90 está dispuesto en comunicación fluídica con el conducto de extracción 52 para el flujo del oxidante 11 a través del mismo. El dispositivo de propulsión 92 está dispuesto en comunicación fluídica con el conducto de extracción 54 para el flujo de combustible 13 a través del mismo. Corriente arriba de los dispositivos de propulsión 90, 92 están dispuestos respectivamente actuadores 91, 93 con el fin de controlar o regular el flujo de oxidante 11 o combustible 13 a través de los actuadores 90, 92.
Los dispositivos de propulsión adicionales 90, 92 están realizados preferiblemente como propulsores de gas frío. En el caso del dispositivo de propulsión 90 a través del cual puede fluir el oxidante, también puede utilizarse un dispositivo de propulsión catalítico 90, provocando un catalizador, en particular precalentado, la descomposición del N2O dentro del dispositivo de propulsión 90 para la generación de empuje. Durante el funcionamiento, una pequeña parte de oxidante 11 o de combustible 13 puede introducirse en los dispositivos de propulsión 90 o 92 respectivamente, y expandirse y/o convertirse catalíticamente dentro de estos para la propulsión. Los dispositivos de propulsión 90, 92 pueden servir, por ejemplo, para pequeños cambios de posición del vehículo espacial o del satélite.
Además, los dispositivos de propulsión 90, 92 pueden contribuir a una extracción definida del componente combustible. En la variante de realización mostrada en la figura 8, por la autopresurización, los respectivos componentes de carburante están generalmente presentes en dos fases, en particular líquida y gaseosa, en los dispositivos de depósito 10, 12. Debido a la inexistencia de gravedad en el espacio, la mezcla puede estar presente de forma no dirigida y/o de forma mezclada en los espacios de almacenamiento 14, 16. Durante la extracción, un flujo bifásico puede entrar ahora en el dispositivo de propulsión 70, lo que puede dar lugar a caudales indefinidos. Para una extracción definida, una parte más pequeña del oxidante 11 y/o del combustible 13, suficiente para generar empuje para los dispositivos de propulsión 90, 92, puede expandirse primero en uno o ambos de los dispositivos de propulsión 90, 92. El empuje hace que la parte líquida del respectivo componente de carburante se deposite dentro de los espacios de almacenamiento 14, 16. Con los puntos de extracción de los conductos de extracción 52, 54 en los respectivos compartimentos de almacenamiento 14, 16 dispuestos correspondientemente en relación con los dispositivos de propulsión 90, 92, el respectivo componente de carburante puede ser extraído ahora de manera selectiva como fase líquida o, con una disposición correspondientemente diferente, como fase gaseosa.
Las figuras 9 (no reivindicada) y 10 muestran otra variante de realización del sistema de propulsión 1, en la que solo hay un único dispositivo de depósito 10 que comprende dos espacios de almacenamiento 14, 16 y un espacio de presión 18 separado. En la variante no reivindicada de la figura 9, el dispositivo de aporte de calor comprende únicamente el dispositivo calentador 26. En la variante mostrada en la figura 10, el dispositivo de aporte de calor comprende tanto el dispositivo calentador 26 como el dispositivo de intercambio de calor 30. El dispositivo de intercambio de calor 30 está dispuesto en un circuito de intercambio de calor 61 ejemplar que está desacoplado fluídicamente de la disposición de extracción 51 (véase, por ejemplo, la figura 5), pero también puede realizarse como se muestra, por ejemplo, en la figura 7.
En la realización operativa, en el espacio de presión 18 está dispuesto un fluido hidráulico 19 separado, por ejemplo, CO2. El espacio de presión 18 está en conexión activa para presurizar los respectivos espacios de almacenamiento 14, 16 que contienen oxidante 11 y combustible 13 respectivamente. En una disposición optimizada en términos de espacio de instalación, los espacios de almacenamiento 14, 16, por ejemplo, están dispuestos en los respectivos lados frontales del dispositivo de depósito 10 y el espacio de presión 18 está dispuesto entre estos. En esta variante, el combustible 13 y el oxidante 11 experimentan la misma presión por el fluido hidráulico 19, lo que facilita el control o la regulación.
En resumen, el sistema de propulsión 1 según la invención permite un control o una regulación eficientes y extremadamente flexibles para suministrar los componentes de carburante al dispositivo de propulsión 70.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de propulsión (1) para un vehículo espacial, con
- al menos un primer dispositivo de propulsión (70) accionable con N2O como oxidante (11) y con un hidrocarburo como combustible (13),
- un primer dispositivo de depósito (10) que comprende al menos un primer espacio de almacenamiento (14) para almacenar el oxidante (11) y/o el combustible (13), así como un primer espacio de presión (18) para recibir un fluido hidráulico (19) para mantener un nivel de presión dentro del primer espacio de almacenamiento (14), y
- un segundo espacio de almacenamiento (16) para almacenar el combustible (13) y/o el oxidante (11), - una disposición de extracción (51) que comprende medios de conducción, por medio de los que el primer espacio de almacenamiento (14) y el segundo espacio de almacenamiento (16) están en comunicación fluídica con el primer dispositivo de propulsión (70) para la alimentación con oxidante (11) y/o combustible (13),
en el que
- en conexión térmica activa con el primer espacio de presión (18) está dispuesto al menos un dispositivo de aporte de calor para el aporte de calor al fluido hidráulico,
- el dispositivo de aporte de calor comprende al menos un dispositivo de intercambio de calor (30, 32) que está dispuesto en un circuito de intercambio de calor (61) del sistema de propulsión (1) y se pone o puede ponerse en conexión térmica con el dispositivo de propulsión (70) como fuente de calor, y en el que - el circuito intercambiador de calor (61) está configurado de tal manera que el combustible (13) y/o el oxidante (11) pueden fluir a través del dispositivo de intercambio de calor (30, 32) como fluido de transferencia de calor, y en el que el circuito intercambiador de calor (61) comprende medios de conducción dispuestos correspondientemente y al menos un actuador (44, 66), y
una parte controlable y/o regulable de combustible (13) y/u oxidante (11) puede fluir a través del dispositivo de intercambio de calor (30, 32) por medio del actuador (44, 66) mediante un dispositivo de control, caracterizado porque
el dispositivo de intercambio de calor (30, 32) del dispositivo de aporte de calor está dispuesto en el primer espacio de presión (18).
2. Sistema de propulsión (1) para un vehículo espacial, con
- al menos un primer dispositivo de propulsión (70) que puede ser accionado con N2O como oxidante (11) y con un hidrocarburo como combustible (13),
- un primer dispositivo de depósito (10) que comprende al menos un primer espacio de almacenamiento (14) para almacenar el oxidante (11) y/o el combustible (13), así como un primer espacio de presión (18) para recibir un fluido hidráulico (19) para mantener un nivel de presión dentro del primer espacio de almacenamiento (14), y
- un segundo espacio de almacenamiento (16) para almacenar el combustible (13) y/o el oxidante (11), - una disposición de extracción (51) que comprende medios de conducción, por medio de los cuales el primer espacio de almacenamiento (14) y el segundo espacio de almacenamiento (16) están en comunicación fluídica con el primer dispositivo de propulsión (70) para la alimentación de oxidante (11) y/o combustible (13),
en el que
- al menos un dispositivo de aporte de calor está dispuesto en conexión térmica activa con el primer espacio de presión (18) para el aporte de calor al fluido hidráulico,
- el dispositivo de aporte de calor comprende al menos un dispositivo de intercambio de calor (30, 32) que está dispuesto en un circuito intercambiador de calor (61) del sistema de propulsión (1) y está puesto o puede ponerse en conexión térmica con el dispositivo de propulsión (70) como fuente de calor de tal manera que el circuito intercambiador de calor (61) está configurado de forma desacoplada fluídicamente de la disposición de extracción (51), estando dispuesto un dispositivo de intercambio de calor (63) separado en el circuito intercambiador de calor (61) para el desacoplamiento de calor procedente del combustible (13) y/o del oxidante (11), caracterizado,
porque el dispositivo de intercambio de calor (30, 32) del dispositivo de aporte de calor está dispuesto en el primer espacio de presión (18).
3. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2,
caracterizado
porque en el circuito intercambiador de calor (61), corriente abajo del dispositivo de intercambio de calor (30, 32), está dispuesta una válvula de regulación.
4. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque el dispositivo de aporte de calor comprende al menos un dispositivo calentador (26, 28) que está configurado en particular para funcionar con energía eléctrica y/o energía nuclear.
5. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
está previsto un segundo dispositivo de depósito (12), en el que están dispuestos el segundo espacio de almacenamiento (16) y un segundo espacio de presión (20) para recibir un fluido hidráulico (21) para mantener un nivel de presión dentro del segundo espacio de almacenamiento (16) o
porque el segundo espacio de almacenamiento (16) está dispuesto dentro del primer dispositivo de depósito (10), estando el primer espacio de presión (18) dispuesto y formado para mantener el nivel de presión tanto dentro del primer espacio de almacenamiento (14) como del segundo espacio de almacenamiento (16).
6. Sistema de propulsión (1) según la reivindicación 5,
caracterizado porque
uno de los espacios de almacenamiento (14, 16) forma uno de los espacios de presión (16, 18) o porque adicionalmente a los espacios de almacenamiento (14, 16), dentro del dispositivo cisterna (10) está presente al menos un espacio de presión (18, 20).
7. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
dentro del primer y/o del segundo dispositivo cisterna (10, 12), el respectivo espacio de presión (18, 20) está separado, de forma estanca al fluido, del espacio de almacenamiento (14, 16) por medio de un dispositivo de separación (22, 24) elástico flexible, en particular una membrana, y/o
porque un dispositivo calentador (46) está dispuesto en conexión térmica activa con al menos uno de los conductos de extracción (52, 54).
8. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque el fluido hidráulico (19, 21) está formado por dióxido de carbono y/o por uno de los componentes de carburante, el combustible (13) o el oxidante (11).
9. Sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado
porque está presente un dispositivo de propulsión (90) adicional, en particular, que comprende un accionamiento de gas frío y/o un accionamiento catalítico.
10. Procedimiento para hacer funcionar un sistema de propulsión (1) según una de las reivindicaciones anteriores.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado
porque el fluido hidráulico (19, 21) dentro del depósito de presión se encuentra al menos temporalmente presente al menos parcialmente en un estado de agregación líquido y/o porque el combustible (13) y/o el oxidante (11) son extraídos en forma líquida o gaseosa del respectivo espacio de almacenamiento (14, 16).
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 u 11,
caracterizado
porque al menos en una fase de arranque, se utiliza un dispositivo calentador (26, 28) del dispositivo de aporte de calor para el aporte de calor.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 a 12,
caracterizado
porque, en primer lugar, una parte de combustible (13) y/u oxidante (11) se usa para la propulsión en otro dispositivo de propulsión (90), en particular se expande en una propulsión de gas frío o se descompone en un motor catalítico, y a continuación se retira el combustible (13) y/u oxidante (11) para el dispositivo de propulsión (70).
ES20192918T 2019-08-28 2020-08-26 Sistema de propulsión para un vehículo espacial y procedimiento para hacer funcionar un vehículo espacial Active ES2940823T3 (es)

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