[科普中国]-姿态控制发动机

简介

它的特点是：要求的推力范围很广，为0.02～2000牛（0.002～200公斤力）；能脉冲式工作，起动次数可多达数十万次，最小脉冲宽度为几毫秒；总工作时间（工作时间与间歇时间的总和）可长达5～10年。姿态控制发动机通常由一套增压系统、 贮箱、推进剂供应系统和几组不同推力的推力室组成。按液体推进剂的组元数分为单元和双元推进剂姿态控制发动机两种。2

分类单元推进剂姿态控制发动机早期使用过氧化氢为推进剂，由于比冲较低（约150秒）逐渐为肼所取代。经常使用的是肼催化分解发动机。发动机推力室内装有含铱基活性材料的催化剂。肼进入推力室后经过催化分解生成高温气体自喷管排出产生推力，比冲为220～230秒。催化剂工作一段时间后逐渐损耗，活性降低，影响发动机性能，因此催化分解发动机的寿命有一定限制。另一种是电热肼分解发动机，它利用电加热使肼在870～980°C的高温室内分解，生成高温气体，从喷管排出产生推力。这种发动机和催化分解发动机相比，避免了使用催化剂所带来的问题，工作寿命长，但受电功率的限制仅适用于微推力（小于1牛或0.1公斤力）发动机。利用电热提高肼分解所生成的气体的温度，可以提高发动机的比冲，减小肼的流量，延长飞行器的工作寿命。

肼的冰点为1.4°C，在低温环境下工作时必须对肼分解发动机采取温度控制措施。在肼内加入合适的添加剂可以提高肼的冰点。3

双元推进剂姿态控制发动机工作原理与一般的挤压式液体火箭发动机相同，经常使用的推进剂为四氧化二氮和肼类燃料（一甲基肼、偏二甲肼等）。这种发动机的比冲高（大于290秒），工作寿命长，反应速度快。

由于姿态控制发动机在失重条件下工作，贮箱内的推进剂会产生悬浮运动，并与增压气体相混合，以致影响发动机的正常工作。通常在贮箱内采用柔性胶囊、金属波纹管或表面张力网等，将推进剂与增压气体隔开。气体通过胶囊或波纹管挤压推进剂。

除液体推进剂姿态控制发动机外，还有采用冷气喷管和热气喷管作为动力源的，但它们仅适用于推力小于20牛（约2公斤力）和总冲量小于5000牛·秒（约500公斤力·秒）的航天器。冷气喷管的工作介质是惰性气体，系统简单，但性能低，比冲仅65～75秒。热气喷管的工作介质是加热的惰性气体、主发动机燃气发生器或固体火药产生的燃气等，比冲为100～200秒。3

点火装置A型双防电发火管作为该发动机的点火装置。它由一对桥带式电发火管组成 ,对发动机实施尾部点火 ,具有防静电、防射频、防核辐射能力 ,能够在γ射线剂量率 1 0 8Gy/s的状态下实现 1 W,5min不发火。它体积小、重量轻、价格低廉 ,该装置应用于姿态控制发动机表现出较高的可靠性 ,可以广泛用于姿态控制或战术型号发动机。4

有关系统（姿态控制系统）系统简述姿态控制

a.姿态确定研究航天器相对于某个基准的确定姿态方法；可以是惯性基准或其他基准，如地球；采用姿态敏感器和相应的数据处理方法；确定精度取决于数据处理方法和敏感器精度。

b. 姿态控制在规定或预定方向(参考方向)上定向的过程；姿态稳定是指使姿态保持在指定方向；姿态机动是指航天器从一个姿态过渡到另一个姿态的再定向过程。

姿态稳定

a.特点长期而持续的所需控制力矩较小

b.种类定向粗对准精对准

姿态机动

a.特点短暂过程所需控制力矩较大

b.种类再定向捕获跟踪和搜索.

姿态控制与轨道控制的关系为实现轨道控制，航天器姿态必须符合要求；在某些具体情况或某些飞行过程中，可把姿态控制和轨道控制分开考虑；某些应用任务对航天器轨道没有严格要求，而对航天器姿态确有要求；例如：空间环境探测卫星绕地球的运行往往不需要轨道控制，卫星在开普勒轨道上运行就能满足对环境探测的要求。

姿态控制系统分类

a.根据姿态稳定方式三轴稳定.保持航天器本体三条正交轴线在某一参考空间的方向自旋稳定.绕自旋轴旋转，依靠旋转动量矩在惯性空间的指向

b.根据力来源被动控制.不需消耗星上能源，如重力梯度力矩、磁力矩等主动控制.星上自主控制、星－地大回路控制，消耗电能和工质

姿态控制系统的设计要求可靠性控制性能

a.动量、稳定性

b.稳态精度

c.动态响应控制系统质量和能源需求附带要求a.经济性b.坚固性c.生产可能性5

姿态控制系统的作用功能：稳定和控制弹（箭）绕其质心的角运动。

稳定作用：克服各种干扰，使弹（箭）的姿态角相对于原来姿态角的偏差控制在允许范围内。

控制作用：按制导系统发出的指令控制弹体的姿态，从而实现要求的质心运动。

姿态控制系统接受两方面控制信息：姿态敏感器——弹（箭）受干扰后，使姿态偏离原来状态而产生的信息

来自制导系统——弹道程序转弯的程序角指令和导引指令。6