[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

说明书

本发明涉及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。根据本发明的基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法，适用于推进系统规模大、月面探测期间能量需求大的深空探测飞行器。

技术领域

本发明涉及空间飞行器总体技术领域，尤其涉及一种基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法。

背景技术

深空探测飞行器着陆月面以后，需要应对恶劣的月面环境，包括极低真空、极端高低温、月夜月昼交替、空间辐射、月尘等；同时，开展大范围探测活动以及月夜期间保温都需要大量的能源供给。我国CE-3和CE-4无人探测器着陆月面以后，月夜期间采用同位素热源对关键设备进行保温；美国2012年登陆火星的“好奇号”无人火星车，采用核电源为整车移动、通信、计算和热控提供供电。对于执行月面移动探测任务的载人月面着陆器或者密封增压载人月球车，系统规模大、任务周期长、载人环境控制及地形适应能力要求高，需要更强功率和更大容量的能量供给。

目前地外核电技术尚处于概念研究阶段，大功率月面供电系统通常采用太阳能帆板+蓄电池组合的方式。下降着陆到月面过程中，太阳能帆板为折叠状态、落月后再展开，展收机构复杂、可靠性低；太阳能帆板发电效率受到太阳高度角的影响，南北极区发电效率大幅下降，月夜时无法发电；对于长周期的月面活动任务，移动时激起的月尘将在太阳能帆板表面沉积，帆板玻璃基板长时间受到辐射也会发黑，这些都会导致发电效率逐步降低。为了解决太阳能帆板发电效率起伏特别是月夜期间无法发电的问题，需要配备大容量蓄电池进行调节，其重量和体积都将挤占有限的月面着陆重量资源。

对于采用双组元挤压式常规推进系统的月面着陆探测器，携带了大量的增压气体，用于将推进剂从贮箱经由管路增压输送到各个发动机处。从地面发射入轨时，推进气瓶中充满了高压氦气(一般初始压力为35MPa，气瓶总体积约1000L)，推进剂贮箱内除了推进剂之外的气垫空间也充满了氦气(预增压压力一般为1.5MPa)。地月转移以及月面下降着陆过程中，高压氦气逐渐从气瓶经减压阀释放到贮箱中，使贮箱压力保持在发动机正常工作所需要的水平(一般为2MPa)。

着陆月面以后，推进剂基本耗尽、着陆推进系统也不再工作。此时，气瓶中则保留了纯高压氦气，气压一般在5MPa以上(满足减压阀阀前最低压力要求)；贮箱中充满了以高压氦气为主、含有少量推进剂蒸汽的2MPa混合气体。为了月面活动安全起见，会在适当时机进行推进系统钝化，即高压气体和剩余推进剂直接排放在月面真空中，前期蓄积的高压气体能量直接浪费了。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种基于推进剩余资源二次利用的月面气动发电方法。

为实现上述发明目的，本发明提供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推进月面着陆探测器；

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。

根据本发明的一个方面，在所述a步骤中，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；