[发明专利]基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法

权利要求书

1.一种基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法，包括以下步骤：

a.采用双组元挤压式推进系统携带大量高压气体及推进剂为月面着陆探测器提供飞行动力；

b.月面着陆探测器着陆月面后，将剩余的推进资源二次利用进行气动发电；

c.采用气动发电装置以高压气体或燃气为输入，利用气体减压过程中的能量驱动涡轮转动，带动发电机转子旋转，其磁场与发电机定子磁场相互作用产生并输出电能；

根据输入气源的不同，所述气动发电装置包括：

I型气动发电装置，其为纯氦气发电装置，从增压气瓶出口引出高压纯氦气，驱动气动涡轮发电；

II型气动发电装置，其为氦气+单组元推进剂蒸汽发电装置，从推进剂贮箱气路入口处引出高压混合气体，驱动气动涡轮发电；氧化剂和燃烧剂两路，分别配置一套气动II型发电装置；

III型气动发电装置，其为氦气+双组元推进剂蒸汽发电装置，分别从氧化剂和燃烧剂贮箱气路入口处引出两路高压混合气体，进入涡轮前燃烧形成高温高压燃气，后进入气动涡轮驱动做功。

2.根据权利要求1所述的基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法，其特征在于，所述双组元挤压式推进系统包括：

至少一个增压气瓶：用于存储高压氦气，初始工作压力为35MPa；发射前由地面设备进行充气增压，入轨后高压氦气通过减压阀减压后进入推进剂贮箱，为贮箱增压；

气路管路阀门：用于增压气瓶出口到推进剂贮箱气路进入之间的气路部分控制调节，包括减压阀、自锁阀、单向阀、电爆阀以及气路管路；

推进剂贮箱：用于贮存常规推进剂，配置2个燃烧剂贮箱、2个氧化剂贮箱；对于1000L以上容积的空间飞行器用推进剂贮箱，采用表面张力形式，使用过程中贮箱内为气液混合状态，包括增压氦气、推进剂蒸汽和液态推进剂；

液路管路阀门：用于推进剂贮箱出口到发动机入口的液路部分控制调节，包括电爆阀、自锁阀、过滤器以及液路管路；

发动机：分为大推力、以稳态工作为主的轨控发动机和小推力、以脉冲工作为主的姿控发动机，入口处设置氧、燃两个电磁阀，由控制器控制开关。

3.根据权利要求1所述的基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法，其特征在于，在所述b步骤中，推进系统在月面停止工作后，增压气瓶内残留压力为5MPa的纯氦气、推进剂贮箱内残留压力为2MPa的氦气+推进剂蒸汽混合气体；剩余的高压气体和推进剂不做钝化处理，二次利用进行月面发电。

4.根据权利要求1所述的基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法，其特征在于，采用所述气动发电装置进行气动发电包括以下步骤：

(1)关闭增压气路与推进剂贮箱之间的阀门，实现高压纯氦气与推进剂蒸汽的物理隔离；

(2)从增压气瓶出口引出高压纯氦气，进入I型气动发电装置，驱动气动涡轮发电；通过控制涡轮入口处阀门开度实现高压氦气流量控制，从而调节发电功率；

(2)从氧化剂贮箱气路入口处引出高压氦气+N₂O₄蒸汽的混合气体，进入II型气动发电装置，驱动气动涡轮发电；通过控制涡轮入口处阀门开度实现混合气体流量控制，从而调节发电功率；

(3)从燃烧剂贮箱气路入口处引出高压氦气+MMH蒸汽的混合气体，进入II型气动发电装置，驱动气动涡轮发电；通过控制涡轮入口处阀门开度实现混合气体流量控制，从而调节发电功率；

(4)从氧化剂贮箱和燃烧剂贮箱分别引出的高压氦气+N₂O₄蒸汽混合气体和高压氦气+MMH蒸汽混合气体，进入III型气动发电装置进一步燃烧，形成高温高压燃气驱动涡轮发电；通过控制涡轮入口处阀门开度实现混合气体流量及燃烧控制，从而调节发电功率；

(5)各个气动发电装置输出到供配电控制器，统一进行整流稳压，形成稳定可控的输出功率后并入整个供电网络。