基于液相污染模型的航天器交会对接羽流污染研究

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1、航天返回与遥感第32卷第6期SPACECRAPrRECOVERY&REMOTESENSING2011年l2月基于液相污染模型的航天器交会对接羽流污染研究石泳张健(中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要航天器交会对接任务一般由主动对接方和被动目标配合完成，交会对接飞行的主动寻的段和分离撤离段均可能出现主动对接方开启反向发动机进行反向紧急制动和撤离的情况，该情况下被动目标可能受到来自主动方反向发动机羽流污染影响。文章利用国际空间站羽流污染计算模型对交会对接任务羽流污染沉积进行了分析计算。关键词交会对接羽流污染航天器中图分类号：V526文献标识码：A文章编号：1009—8518(

2、2011)06—0014—05ThrusterPlumeContaminationinSpacecraftRendezvousandDockingMissionBasedonLiquid-phaseModelShiYongZhangJian(ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)AbstractThespacecraftrendezvousanddockingmissionconsistsofonepursuitspacecraftandonetargetspacecraft．Intheconditionofbrakeorleav

3、emaneuver，therewillbesomeplumecontaminationjettedfromthethrustersofthepursuitone．Somesensitiveapparatusofthetargetspacecraftcouldbeaffectedbythecontaminationandtheirperformancewouldalsobedamaged．Thispaperhasintroducedthebipropellantliquid-phaseplumecontaminationmodelofInternationalSpaceStationtoana

4、lyzethemountofcontaminationintherendezvousanddockingmission．Themethodofthisstudycouldhelptoimprovefeasibilityofthemission．KeywordsRendezvousanddockingThrusterplumeContaminationSpacecraft1引言交会对接任务中的羽流污染问题一直是国际空间站等重要空间项目十分关注的问题。我国已通过“神舟八号”和“天宫一号”的首次交会对接任务突破了自动交会对接技术，其中对羽流污染问题也开展了初步研究。交会对接任务主要由一些重要的飞行

5、段构成，其中包括寻的段、对接段、组合体段和撤离段等。主动寻的航天器对合作目标航天器的羽流污染影响主要发生在寻的段和撤离段。由于主动寻的航天器在寻的段或撤收稿日期：2011-09—26基金项目：国家重大科技专项工程箜鱼塑歪鲞箜!墨塑望竺塾墨壅全堡塑堕堑垄离段均可能开启反向发动机进行反向紧急制动或撤离，反向发动机喷气工作时喷气流趋向于被动目标一方，存在对目标产生潜在羽流污染的可能。寻的段与撤离段相比较，正常撤离时两航天器由初始组合体状态分离后进行喷气机动，由于两航天器相对距离较小使得撤离段的羽流污染问题在交会对接任务中更为典型【。本文利用国际空间站羽流污染计算模型对交会对接撤离段任务的羽流污染变

6、化规律进行分析和计算。2羽流污染计算模型大量的羽流试验结果表明，发动机羽流在温度为230K一300K的典型国际空间站敏感表面以液相沉积作为主要污染沉积形态。与气相沉积不同之处在于，羽流液相污染只集中于羽流角相对较小的区域内。膨胀扩散程度远低于羽流气体分子分布。2002年，CarlosSoares在文献[3]中研究了适用于推力大小从国际空间站MBB型5N发动机至航天飞机3870N发动机等一系列双组元发动机的羽流液相污染的实际分布情况对原有用于国际空间站羽流污染预计模型进行了改进，提出了针对初始沉积和永久沉积的液相污染计算模型l一rhc(，)=101．93·』—一·(+『n。)．·fI，2e一旦

7、ao—e一oo、l(1)sp式中K为曲线拟合系数；为发动机推力；卢为拟合曲线斜率；为角分散系数；为发动机比冲；r为污染面至发动机喷管出15距离；为发动机喷管长度；为污染面偏离发动机中轴线的角度，即羽流角；怫为污染物质质量流率；e为自然常数。羽流液相污染计算参数，见表1。表1羽流液相污染计算参数状态K80初始沉积0．52580．48165。永久沉积0．01l10．48165。Carlos羽流污染模型反映出的羽流