Спосіб зменшення маси газореактивних двигунових установок корекції орбіти і орієнтації космічних апаратів

Винахід відноситься до газореактивних двигунових установок (ГРДУ), призначених для корекції орбіти і орієнтації космічних апаратів у просторі, а саме до способів зменшення маси цих установок. У даний час для зменшення маси ГРДУ балони для зберігання робочого тіла заправляють одноатомними чи двоха томними газами, серед котрих найбільше поширення знайшли повітря, азот і аргон. Про це сказано у статтях G.Mouritzen "Cold Gas Rocket Propulsion", The Journal of the Austronautical Sciences Vol. XIX, No.l, pp.55-70, July-Aug., 1971 і Jean-Pierre "Microthruster development in France under direction of the Centre National d'etudes Spatiales (CNES)", J.Spacecraft and Rockets, 1971, 8, №2, pp.146-150. Такий же спосіб зменшення маси ГРДУ на основі використання двох чи одноатомних газів - повітря, азоту і аргону в якості робочого тіла ГРДУ рекомендований у книзі Н.М. Беляев и Е.И. Уваров "Расчет и проектирование реактивных систем управления космических летательных аппаратов", Москва, Машиностроение, 1974, стр.44 - прототип. Застосування цих газів обумовлено широким використанням їх у техніці, низькою вартістю і перебуванням у газоподібному стані в експлуатаційному діапазоні температур для космічних апаратів (від плюс 20 до плюс 50°С). В основу винаходу "Спосіб зменшення маси газореактивних двигунови х установок корекції орбіти і орієнтації космічних апаратів" поставлена задача шляхом додавання при заправленні балонів до двохатомних чи одноатомних газів типу повітря, азоту, аргону принаймні одного багатоатомного газу, наприклад, двоокису вуглецю, з обмеженням парціального тиску заправлення ним балонів величиною, що не перевищує тиску пружності його парів при мінімальній температурі ГРДУ в польоті - забезпечити зменшення маси балонів з газом. Таким чином, у порівнянні з прототипом пропонований спосіб зменшення маси ГРДУ має наступні істотні відмітні ознаки. 1. До традиційно використовуваних в якості робочого тіла одноатомних чи дво хатомних газів у балони додають багатоатомний газ, наприклад, двоокис вуглецю. 2. Кількість багатоатомного газу, що додається, обмежують величиною парціального тиску заправлення в балони, при якій виключається конденсація його парів при мінімальній температурі ГРДУ в польоті. Взаємозв'язок відомих істотних ознак (використання в якості робочого тіла ГРДУ одноатомних чи двохатомних газів типу повітря, азоту і аргону) і нових, відзначених вище двох істотних відмітних ознак забезпечує технічний результат, що полягає в зменшенні маси балонів з газом і ГРДУ в цілому. В останньому джерелі показано (див. перший співмножник другого доданого вираження 2.28 на стор. 61 і таблицю 2.2 на стор. 62), що мінімальна маса балонів з газом досягається при використанні багатоатомних газів, у яких кількість атомів у молекулі дорівнює трьом і більше. У цьому випадку досягається максимальний питомий імпульс тяги реактивних двигунів, у результаті чого виконувана ГРДУ корисна робота забезпечується при мінімальній масі газу. У переглянутій літературі трьохатомного чи багатоатомного газу, що зберігає газоподібний (неконденсований) стан при тиску до 20МПа і температурі, рівній або вище плюс 20°С, не виявлено, а найбільшим тиском пружності парів - 5,85МПа при 20°С володіє двоокис вуглецю (див., наприклад, Н.Б. Варгафтик. "Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей", Москва. 1963). Пропонований спосіб зменшення маси ГРДУ здійснюється наступною методикою заправлення балонів сумішшю газів різної атомності. Спочатку заправку балонів здійснюють багатоатомними газами чи одним з них, наприклад, двоокисом вуглецю, з огляду на те, що парціальний тиск пружності його парів (~ 6МПа) набагато нижче робочого (кінцевого) тиску в балонах (~20МПа). Величину тиску заправлення багатоатомного газу визначають для його фактичної температури перед заправленням порівнянню з стану газів, виходячи з умови не перевищення тиску пружності парів при мінімальній температурі конструкції ГРДУ в польоті. Потім, після заправлення балонів багатоатомним газом до розрахованого тиску, роблять їхнє доза-правлення одноатомним чи двоатомним газом або сумішшю ци х газів до робочого тиску. Таким чином, кінцевим результатом способу зменшення маси ГРДУ є підвищення питомого імпульсу тяги газореактивних двигунів завдяки заправленню балонів вищевказаною сумішшю газів і, як наслідок зменшення маси як самих газів, так і ГРДУ в цілому. Проведені розрахунки показали, що використання для робочих тисків у титанови х балонах 20 і 10МПа трьохатомного двоокису вуглецю в якості домішки газу до повітря чи азоту дозволяє зменшити масу ГРДУ відповідно на 4 і 7%, а до аргону - на 9 і 15%. Практичне застосування двоокису вуглецю в ГРДУ технічних проблем не викликає, тому що він широко використовується в промисловості, є доступним, дешевим, пожежовибуховонебезпечним газом, що не виявляє корозійної активності до конструкційних матеріалів.