[发明专利]可消亡的燃料供应系统

说明书

背景技术

卫星燃料箱是复杂的装置，其使用各种措施向航天器的推进系统输送燃料。在零重力或低重力环境中，难以将液体从加压气体中分开以便输送充足量的液体以支持航天飞行需求。通常，用推进剂管理装置（PMD）来执行该过程，所述推进剂管理装置采用表面张力和毛细作用来传输液体燃料。至关重要的是，箱和PMD材料与液体燃料化学物质（例如肼）是可兼容的且可润湿的。本领域已知，诸如钛和钛合金的材料由于它们与肼以及用于燃料卫星的其他推进剂和氧化剂的高化学兼容性和润湿性而被用于该目的。

对于近地轨道卫星的一个要求是能够在寿命末期为离轨操作保留足够的燃料。该行动的目的是将航天器定位在受控的重返大气层轨迹中，其允许该航天器落入海洋中，从而减少残骸落入人口密集区域造成的生命和财产损失。不幸的是，如果重返大气层航天飞行的末期失控的话，该最终行动所需的燃料量也可能在其他情况下使得航天器保持运转达高至数年的时间。失控重返大气层的要求是航天器在重返大气层期间焚毁（消亡），但是可忽略的部分未焚毁。

用于消亡程序的设计方案已经强调了用较低熔点材料（例如铝）来替换用较高熔点材料（例如钢和钛）制造部件，以增大重返大气层期间的可消亡性。为此，用于NASA全球降水测量卫星（GPM）的燃料箱已经被设计成使用铝燃料箱和PMD。用于增加GPM部件所用铝合金的化学兼容性和润湿性的特殊表面处理是昂贵的、劳动密集的，并且难以在已完成的箱结构中进行检验。

发明内容

在一个实施例中，一种可消亡燃料供应系统具有液体存储箱和推进剂管理装置。所述液体存储箱和推进剂管理装置由铝合金制造。用钛基涂层来涂覆所述推进剂管理装置的表面和所述液体存储箱的内侧表面的选定区域，以保证推进剂的润湿性和对于推进剂的腐蚀防护。

在另一个实施例中，一种制造可消亡燃料供应系统的方法包括首先制造所述燃料供应系统的铝基部件。然后，例如通过焊接或机械紧固来部分地组装和连结所述部件。然后，在通过焊接最终组装所述箱之前，用钛基涂层涂覆箱和部件内侧表面的选定区域。

附图说明

图1是其内具有推进剂管理部件的推进剂箱的示意图。

图1A是海绵状物推进剂管理部件的顶视图的示意草图。

图1B是海绵状物推进剂管理部件的侧视图的示意草图。

图2是示出了可消亡燃料供应系统的制造步骤的图。

具体实施方式

国家和国际协议已经强调了从近地轨道（NEO）重返大气层航天飞行的末期以最少化危险的轨道残骸。受控的重返大气层（由此航天器被送入具有诸如海洋之类的预定着陆点的轨迹中）已经是为公众所接受的惯常做法，以便最小化人员或财产损坏。失控的重返大气层要求航天器在冲击地面之前完全焚毁（消亡）。由于在受控重返大气层期间不必将航天器定位在适当轨迹的取向中而节约的燃料，可消亡的卫星航天飞行可延长高达数年。

正是为了上述原因，近来的NASA全球降水测量（GPM）卫星是首个根据“为了消亡的设计”（DfD）规范而进行的设计。在DfD设计中，低熔点金属和其他材料包括了全部结构或者结构的大部分。铝由于其相对低的熔点是有利的。钢和钛卫星部件不会在重返大气层期间消亡。GPM卫星的燃料供应系统包括被加压的复合材料包裹压力容器（COPV）、铝箱衬里和铝推进剂管理装置（PMD）。在零重力环境中，PMD系统中的燃料传输是通过毛细作用进行的，并且箱和PMD部件能够被推进剂润湿的能力是燃料系统运转的绝对必要条件。不幸的是，肼和其他燃料以及氧化剂在普通清洁铝表面上的润湿性不足以允许铝PMD系统工作。然而，已经发现了一个解决方案，在某种铝合金上产生含水的氧化物表面层，其实现了足够的润湿性并且允许铝PMD系统运转。表面处理是昂贵的、劳动密度的并且易损坏的。例如，暴露于普通“车间气源”可使得表面不可润湿并且可使得GPM PMD在发射之前失效。另外，暴露于处理和测试卫星燃料箱时通常使用的常见化学物质对于含水氧化物涂覆的铝表面而言是破坏性的。最后，无法在箱已经被构造出来之后直接测试经处理的铝表面的润湿性，并且，使用经过类似处理的测试试样是低等的且最低限度上可接受的判定和鉴定过程。

本发明的一个实施例是在最终组装之前用一薄层钛基涂层来涂覆箱内部和所有内部PMD结构，从而保证推进剂输送系统的可接受的润湿性和抗腐蚀能力。另一个实施例是仅涂覆PMD及其所有流体连通部件，而不是整个箱衬里。