CN110425415B - 航天器推进增压气体在轨补加***及补加方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天器推进增压气体在轨补加***，包括：接收组件，包括目标气瓶和连接所述目标气瓶的接收管路；供气组件，用于向所述接收组件中的目标气瓶补加气体，包括供气气瓶和输出管路；所述输出管路一端连接所述供气气瓶，另一端连接所述接收管路；所述输出管路上设有用于对所述供气气瓶输出的气体进行减压处理的减压模块；所述接收管路设有用于对所述输出管路输出的气体进行增压处理的增压模块。本发明可实现将气体从低压气瓶向高压气瓶补加，并使得器间补加管路气体压力低，实现可靠连接和密封的气路浮动断接器研制难度低，且向舱外排出的气体量少，减少了增压气体浪费。

Description

航天器推进增压气体在轨补加***及补加方法
技术领域
本发明涉及航天领域，尤其涉及一种航天器推进增压气体在轨补加***及补加方法。
背景技术
推进剂在轨补加技术是空间站工程的核心技术，是空间站长期运行的必备技术。俄罗斯从1978年就已经实现了推进剂在轨加注，目前已经成功地完成了多次在轨补给，而美国从上世纪80年代初就开始了在轨补给技术的研究，使该技术得到了充分的发展，并成功实现了在轨演示验证。
推进剂在轨补加常用方法有增压气体回用法、泵传输法、排气法和倍压法。其中增压气体回用法，不需要进行增压气体补加，但不适用于表面张力贮箱推进***补加。倍压法的补加贮箱工作压力大，安全性低，适应性较差。对于表面张力贮箱，只能采用泵传输法和排气法。但这两种方法，都需要进行增压气体的补加。
可以采用直接补加的方式进行增压气体补加，即增压气体提供方航天器配置更高压力、更大体积的气瓶，通过气路浮动断接器及管路与被补加气瓶连接，直接将高压气体输送至被补加气瓶。该方法的不足在于，增压气体提供航天器需配置的高压气瓶压力高、体积大，并且在航天器间传输的气体压力高，研制高压气路浮动断接器的难度大。
因此，需一种能够实现低压气瓶向高压气瓶补加，并降低航天器间气体传输压力的气体补加***。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种航天器推进增压气体在轨补加***及补加方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器推进增压气体在轨补加***及补加方法，包括：
接收组件，包括目标气瓶和连接所述目标气瓶的接收管路；
供气组件，用于向所述接收组件中的目标气瓶补加气体，包括供气气瓶和输出管路
所述输出管路一端连接所述供气气瓶，另一端连接所述接收管路；
所述输出管路上设有用于对所述供气气瓶输出的气体进行减压处理的减压模块；
所述接收管路设有用于对所述输出管路输出的气体进行增压处理的增压模块。
根据本发明的一个方面，所述接收管路和所述输出管路通过气路浮动断接器连接；
所述气路浮动断接器包括主动端和可与所述主动端配合连接的被动端；
所述主动端与所述输出管路的出口端连接，所述被动端与所述接收管路的入口端连接。
根据本发明的一个方面，还包括设置在所述接收管路上或所述输出管路上的排气管路，所述排气管路位于所述增压模块与所述减压模块之间。
根据本发明的一个方面，所述排气管路设置在所述接收管路上。
根据本发明的一个方面，所述输出管路和所述接收管路上设有多个用于控制管路中气体流动的自锁阀；
所述接收管路上的自锁阀分别设置在所述排气管路上、所述目标气瓶和所述增压模块之间以及所述增压模块和所述排气管路与所述接收管路的连接点之间；
所述输出管路上的自锁阀分别设置在所述减压模块和所述气路浮动断接器之间以及所述减压模块和所述供气气瓶之间。
根据本发明的一个方面，所述输出管路和所述接收管路上还设有多个用于监视管路压力的传感器；
所述输出管路上的传感器分别靠近所述供气气瓶的出口及所述减压模块的出口设置；
所述接收管路上的传感器分别靠近所述目标气瓶的入口、所述气路浮动断接器的被动端以及所述增压模块的出、入口设置。
根据本发明的一个方面，补加***的增压气体补加方法，包括以下步骤：
a.连接接收组件和供气组件；
b.使供气气瓶中的气体经减压处理后通向接收管路；
c.使通入接收管路的气体经增压处理后进入目标气瓶；
d.补加完成后，使气路浮动断接器两侧管路内的气体从排气管路排出。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，通过插合气路浮动断接器的主动端和被动端使输出管路和接收管路连接。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，在气体通向接收管路后对气路浮动断接器两侧的管路进行保压检漏。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，关闭减压模块两侧的自锁阀来对气路浮动断接器两侧的管路进行保压检漏。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(d)中，依次关闭接收管路上增压模块两侧的自锁阀以及输出管路上减压模块两侧的自锁阀，并打开排气管路上的自锁阀使气路浮动断接器两侧管路内的气体从排气管路排出。
根据本发明的一个方案，供气气瓶输出的气体先经减压模块减压，使得气瓶输出的高压气体经过补加管路的压力较低，对保证气路的可靠连接和密封有利，并且降低了气路浮动断接器研制难度，也使得向舱外排出的气体量少，减少了增压气体浪费。经减压的气体再经过增压模块增压进入目标气瓶，使其压力再次升高至高于目标气瓶，足以进入目标气瓶。如此设置也使得供气气瓶气压不必过高，体积也不必过大，解决了现有技术中增压气体提供航天器配置的气瓶压力高、体积大的问题。
根据本发明的一个方案，排气管路可在补加结束后排出气路浮动断接器两侧管路的气体，以保证分离气路浮动断接器的主动端和被动端时的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性表示本发明的一种实施方式的航天器推进增压气体在轨补加***的结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1示意性表示本发明的一种实施方式的航天器推进增压气体在轨补加***的结构图。如图1所示，本发明的航天器推进增压气体在轨补加***包括接收组件1和供气组件2。接收组件1位于增压气体接收方航天器上，供气组件2位于增压气体提供方航天器上，两航天器刚性连接后，供气组件2向接收组件1补加气体。
根据本发明的一种实施方式，接收组件1包括目标气瓶101和接收管路102。目标气瓶101为增压气体接收方航天器的高压气瓶，用于接收补加的增压气体，同时作为接收增压气体航天器的推进气瓶。接收管路102连接目标气瓶101，同时连接供气组件2，用于接收从供气组件2输送的气体并将其传递给目标气瓶101。
根据本发明的一种实施方式，供气组件2包括供气气瓶201和输出管路202。供气气瓶201为增压气体提供方航天器的高压气瓶，用于提供补加增压气体，同时作为提供增压气体航天器的推进气瓶。输出管路202一端连接供气气瓶201，另一端连接接收管路102。
根据本发明的一种实施方式，接收管路102和输出管路202通过气路浮动断接器A连接。气路浮动断接器A包括主动端A1和被动端A2。主动端A1与输出管路202的出口端连接，被动端A2与接收管路102的入口端连接。主动端A1和被动端A2可通过插合连接或分离，从而实现输出管路202和接收管路102连接或断开。
根据本发明的一种实施方式，输出管路202上设有用于对供气气瓶201输出的气体进行减压处理的减压模块2021，可将供气气瓶201输出的高压气体降为小于1MPa的低压气体。接收管路102设有用于对输出管路202输出的气体进行增压处理的增压模块1021。如此先将供气气瓶201的输出的高压气体进行减压，然后经过气路浮动断接器A到达接收组件1后，进行气体增压后再充入目标气瓶101，既可以使得器间管路气体压力低，实现可靠连接和密封的气路浮动断接器研制难度低，并使得向舱外排出的气体量少，减少了增压气体浪费；而且可使得供气气瓶201气压不必过高，体积也不必过大，解决了现有技术中增压气体提供航天器配置的气瓶压力高、体积大的问题。
根据本发明的一种实施方式，还包括用于在补加结束后排出气路浮动断接器A两侧管路的气体的排气管路103，以保证分离气路浮动断接器A的主动端A1和被动端A2时的安全性。排气管路103可设置在接收管路102上或输出管路202上，只要位于增压模块1021与减压模块2021之间即可，而本发明中，排气管路103设置在接收管路102上。
根据本发明的一种实施方式，输出管路202和接收管路102上设有多个用于控制管路中气体流动的自锁阀，即图1中的LVb1至LVb5。
接收管路102上的自锁阀LVb1位于目标气瓶101和增压模块1021之间，用于控制增压模块1021的出口气体进入目标气瓶101内；自锁阀LVb2位于增压模块1021和排气管路103与接收管路102的连接点之间，输出管路202输出的气体经过自锁阀LVb2后，到达增压模块1021；自锁阀LVb3设置在排气管路103上，用于控制管路与真空的通断。
输出管路202上的自锁阀LVb4位于减压模块2021和气路浮动断接器A之间，用于控制补加气体流入接收管路102内；自锁阀LVb5位于减压模块2021和供气气瓶201之间，用于控制供气气瓶201的高压气体流入减压模块2021。
根据本发明的一种实施方式，输出管路202和接收管路102上还设有多个用于监视管路压力的传感器，即图1中的PTb1至PTb6。
接收管路102上的传感器PTb1靠近目标气瓶101的入口设置，用于监视目标气瓶101的压力状态；传感器PTb2和传感器PTb3分别靠近增压模块1021的出、入口设置，分别用于监视增压模块1021增压后的气体压力和进入增压模块1021的气体压力；传感器PTb4靠近气路浮动断接器A的被动端A2设置，用于监测流入接收管路102的气体压力。
输出管路202上的传感器PTb5靠近减压模块2021的出口设置，用于监测减压模块2021减压后的气体压力；传感器PTb6靠近供气气瓶201的出口设置，用于监视供气气瓶201的压力状况。
接收管路102和输出管路202在如图1所示的位置连接各航天器的推进贮箱。
利用本发明的补加***的增压气体补加方法包括以下步骤：
a.在两个航天器完成刚性连接后，插合气路浮动断接器A的主动端A1和被动端A2使输出管路202和接收管路102连接，从而使接收组件1和供气组件2连接。
b.依次打开自锁阀LVb5和LVb4，使供气气瓶201中的气体经过减压模块2021减压处理后通向接收管路102。当气体通向接收管路102后，关闭自锁阀LVb5和LVb4，对气路浮动断接器A两侧的管路进行保压检漏，在检漏完成后再次打开这两个自锁阀。
c.确认管路密封状态良好后，打开自锁阀LVb2，补加气体进入增压模块1021，启动增压模块1021，进行增压处理，通过传感器PTb2监视增压模块1021出口压力，当PTb2压力值大于目标气瓶101压力值(即传感器PTb1显示压力值)后，打开自锁阀LVb1使气体进入目标气瓶101。
d.当传感器PTb1显示目标气瓶101压力满足要求后(即补加完成)，关闭自锁阀LVb1，关闭增压模块，然后依次关闭自锁阀LVb2、LVb5和LVb4，并打开排气管路103上的自锁阀LVb3，使气路浮动断接器A两侧管路内的气体从排气管路103排出，当传感器PTb4显示管路内达到真空状态后，关闭自锁阀LVb3，并使气路浮动断接器A的主动端A1和被动端A2分离。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种航天器推进增压气体在轨补加***，包括：
接收组件(1)，包括目标气瓶(101)和连接所述目标气瓶(101)的接收管路(102)；
供气组件(2)，用于向所述接收组件(1)中的目标气瓶(101)补加气体，包括供气气瓶(201)和输出管路(202)；
所述输出管路(202)一端连接所述供气气瓶(201)，另一端连接所述接收管路(102)；
其特征在于，所述输出管路(202)上设有用于对所述供气气瓶(201)输出的气体进行减压处理的减压模块(2021)；
所述接收管路(102)设有用于对所述输出管路(202)输出的气体进行增压处理的增压模块(1021)。
2.根据权利要求1所述的航天器推进增压气体在轨补加***，其特征在于，所述接收管路(102)和所述输出管路(202)通过气路浮动断接器(A)连接；
所述气路浮动断接器(A)包括主动端(A1)和可与所述主动端(A1)配合连接的被动端(A2)；
所述主动端(A1)与所述输出管路(202)的出口端连接，所述被动端(A2)与所述接收管路(102)的入口端连接。
3.根据权利要求2所述的航天器推进增压气体在轨补加***，其特征在于，还包括设置在所述接收管路(102)上或所述输出管路(202)上的排气管路(103)，所述排气管路(103)位于所述增压模块(1021)与所述减压模块(2021)之间。
4.根据权利要求3所述的航天器推进增压气体在轨补加***，其特征在于，所述排气管路(103)设置在所述接收管路(102)上。
5.根据权利要求4所述的航天器推进增压气体在轨补加***，其特征在于，所述输出管路(202)和所述接收管路(102)上设有多个用于控制管路中气体流动的自锁阀；
所述接收管路(102)上的自锁阀分别设置在所述排气管路(103)上、所述目标气瓶(101)和所述增压模块(1021)之间以及所述增压模块(1021)和所述排气管路(103)与所述接收管路(102)的连接点之间；
所述输出管路(202)上的自锁阀分别设置在所述减压模块(2021)和所述气路浮动断接器(A)之间以及所述减压模块(2021)和所述供气气瓶(201)之间。
6.根据权利要求5所述的航天器推进增压气体在轨补加***，其特征在于，所述输出管路(202)和所述接收管路(102)上还设有多个用于监视管路压力的传感器；
所述输出管路(202)上的传感器分别靠近所述供气气瓶(201)的出口及所述减压模块(2021)的出口设置；
所述接收管路(102)上的传感器分别靠近所述目标气瓶(101)的入口、所述气路浮动断接器(A)的被动端(A2)以及所述增压模块(1021)的出、入口设置。
7.一种利用如权利要求1至6中任一项所述的补加***的增压气体补加方法，包括以下步骤：
a.连接接收组件(1)和供气组件(2)；
b.使供气气瓶(201)中的气体经减压处理后通向接收管路(102)；
c.使通入接收管路(102)的气体经增压处理后进入目标气瓶(101)；
d.补加完成后，使气路浮动断接器(A)两侧管路内的气体从排气管路(103)排出。
8.根据权利要求7所述的增压气体补加方法，其特征在于，在所述步骤a中，通过插合气路浮动断接器(A)的主动端(A1)和被动端(A2)使输出管路(202)和接收管路(102)连接。
9.根据权利要求8所述的增压气体补加方法，其特征在于，在所述步骤b中，在气体通向接收管路(102)后对气路浮动断接器(A)两侧的管路进行保压检漏。
10.根据权利要求9所述的增压气体补加方法，其特征在于，在所述步骤b中，关闭减压模块(2021)两侧的自锁阀来对气路浮动断接器(A)两侧的管路进行保压检漏。
11.根据权利要求10所述的增压气体补加方法，其特征在于，在所述步骤d中，依次关闭接收管路(102)上增压模块(1021)两侧的自锁阀以及输出管路(202)上减压模块(2021)两侧的自锁阀，并打开排气管路(103)上的自锁阀使气路浮动断接器(A)两侧管路内的气体从排气管路(103)排出。
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