可重復(fù)啟動(dòng)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能夠提升在軌衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)能力并延長任務(wù)壽命。

航空航天公司（The Aerospace Corporation）一直在推進(jìn)可重復(fù)啟動(dòng)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（RSRM）這一概念，這種推進(jìn)構(gòu)型長期以來面臨工程難題，因?yàn)閭鹘y(tǒng)固體發(fā)動(dòng)機(jī)一旦點(diǎn)燃就會持續(xù)燃燒，無法在飛行中途節(jié)流或關(guān)停。

為解決這一問題，航空航天公司正與南加州大學(xué)（USC）和海軍研究生院（NPS）合作，研究利用納秒脈沖等離子體放電（NPPD）機(jī)制來克服傳統(tǒng)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單次使用限制。

NPPD是一種由極短（通常小于100納秒）高壓電脈沖產(chǎn)生的低溫等離子體，已在助燃方面展現(xiàn)出實(shí)用性。目前的研究工作正在探索NPPD能否增強(qiáng)依賴燃燒產(chǎn)生推力的傳統(tǒng)化學(xué)航天器推進(jìn)器。

固體推進(jìn)為何需要重復(fù)啟動(dòng)能力

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單、貯存壽命長和推重比高而受到青睞。與液體推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)不同，它們沒有渦輪泵、推進(jìn)劑管路或復(fù)雜的閥門組件，因此在機(jī)械上十分堅(jiān)固耐用。

其代價(jià)一直是控制能力：一旦推進(jìn)劑藥柱點(diǎn)燃，燃燒就會持續(xù)進(jìn)行，直到燃料耗盡。對于需要多次工作階段的飛行任務(wù)（例如先進(jìn)行入軌點(diǎn)火，隨后再進(jìn)行遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌），這一限制在過去往往迫使設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向液體或混合動(dòng)力系統(tǒng)。

可重復(fù)啟動(dòng)的固體發(fā)動(dòng)機(jī)將保留傳統(tǒng)固體發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械簡潔性，同時(shí)重獲液體發(fā)動(dòng)機(jī)所擁有的一部分使用靈活性。這種結(jié)合對小型衛(wèi)星運(yùn)營商尤其具有吸引力，因?yàn)樗麄兺ǔＸ?fù)擔(dān)不起液體雙組元上面級的復(fù)雜性，卻又需要推進(jìn)系統(tǒng)提供不止一次的沖量。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、航空航天公司微電子技術(shù)部高級科學(xué)家亞歷杭德羅·L·布里塞諾（Alejandro L. Briseno）表示：“這一進(jìn)步將極大提升我們衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)能力和性能，從而更好地為我們的政府和商業(yè)合作伙伴提供支持。”

他還說：“通過利用離子液體聚合物，我們打造了一個(gè)高燃油效率的系統(tǒng)，挖掘出了前所未有的潛力，對任務(wù)壽命、適應(yīng)性和可持續(xù)性都產(chǎn)生了積極影響。這種離子液體聚合物將離子液體的熱穩(wěn)定性與聚合物的機(jī)械韌性結(jié)合在一起，使推進(jìn)劑能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定并具有電化學(xué)活性。”

目前進(jìn)展

目前，研究團(tuán)隊(duì)已設(shè)計(jì)出一種集成了NPPD技術(shù)的概念驗(yàn)證推進(jìn)裝置。該裝置采用電控短等離子體脈沖，所需能量極少。

該設(shè)計(jì)具有燃料通用性，可以根據(jù)具體任務(wù)需求定制推進(jìn)劑。它也不使用壓力容器，因此裝置結(jié)構(gòu)更為簡單。此外，其緊湊的外形將有利于集成到從立方星到大型航天器等各種空間平臺上。

據(jù)航空航天公司稱，初步研究結(jié)果令人鼓舞，預(yù)示著固體火箭推進(jìn)控制方面有望取得重要進(jìn)展。目前，這項(xiàng)工作正處于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)階段。

隨著技術(shù)的成熟，NPPD將使航天器能夠更有效地執(zhí)行多階段任務(wù)、軌道機(jī)動(dòng)和深空航向修正。

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