RU2310768C2 - Impulse-action rocket solar oxygen-hydrogen propulsion plant - Google Patents

Abstract

FIELD: spacecraft.

SUBSTANCE: invention relates to propulsion systems os spacecraft, particularly, upper stages launching useful loads into near-earth and interplanetary orbits. It can be used in ecologically clean propulsion plants of spacecraft handled and lowered onto celestial bodies of stations which require supply with water and oxygen. Proposed plant contains solar battery, tank with water and capillary intake device, electrolyzer, tanks with gaseous oxygen and hydrogen and combustion chamber in communication with said tanks. Electrolyzer contains solid-polymer electrolyte, and its oxygen outputs communicate with inputs of gaseous oxygen tanks. Outputs of water circulating spaces of electrolyzer cells communicate with input of gas-liquid separator of hydrogen. Hydrogen output of separator communicates with gaseous hydrogen tank, and its water output communicates, through circulating water pump, with outputs of said water circulating spaces. Tank with gaseous hydrogen is placed inside tank with water so that walls of both tanks form ring axisymmetric channel narrowing to capillary intake device of water tank. Proposed plant contains only one hydrogen circuit with gas-liquid separator in which clean water circulates. So, two circuits operating on ecologically dangerous and chemically aggressive alkaline or oxygen electrolyte are not required in this case.

EFFECT: provision of simple and reliable, ecologically clean propulsion plant of reduced mass, overall dimensions of power consumption.

1 dwg

Description

Солнечная ракетная кислородно-водородная двигательная установка импульсного действия (СРКВДУИД) может применяться для разгонных блоков (РБ), выводящих космические аппараты (КА), не требующие быстрого выведения, со стартовых околоземных орбит на геостационарные, геопереходные и межпланетные орбиты, а также в качестве экологически чистой двигательной установки орбитальных и межпланетных космических аппаратов и орбитальных пилотируемых станций, требующих поддержания высоты орбиты а также снабжения водой и кислородом. Кроме этого, СРКВДУИД в перспективе допускает посадку на ядра комет и астероиды массой до 10¹⁵ кг, заправку водой за счет имеющегося на них водяного льда и старт с их поверхности. СРКВДУИД в составе спускаемых аппаратов межпланетных космических аппаратов могут в дальнейшем использоваться для выработки кислородно-водородного топлива за счет имеющегося на Луне, Марсе или спутниках Юпитера водяного льда.Impulse-action solar rocket oxygen-hydrogen propulsion system (SRKVDUID) can be used for booster blocks (RB) that take spacecraft (SC), which do not require fast launch, from launching near-earth orbits to geostationary, geo-transition and interplanetary orbits, as well as environmentally friendly a clean propulsion system of orbital and interplanetary spacecraft and orbital manned stations, which require maintaining the height of the orbit and also supplying water and oxygen. In addition, SRKVDUID in the future allows landing on the nuclei of comets and asteroids weighing up to 10 ¹⁵ kg, refueling with water due to the water ice on them and starting from their surface. SRKVDUID as a part of the interplanetary spacecraft descent vehicles can be further used to generate oxygen-hydrogen fuel due to the water ice available on the Moon, Mars or Jupiter’s satellites.

Аналогом СРКВДУИД является кислородно-водородная двигательная установка с заправкой водой и диафрагменным электрическим насосом, показанная в книге И.Тимнат "Ракетные двигатели на химическом топливе", Москва, "Мир", 1990, стр.277, 278, рис.185, основанная на дозаправке водой, в которой используются диафрагменный электрический водяной насос и электролизер; источником энергии служат панели солнечных батарей, а в периоды нахождения в тени - никель-кадмиевые аккумуляторные батареи и аккумуляторы сжатого газа. На рис.186 указанной книги И.Тимната предложена аналогичная двигательная установка, в которой подача воды осуществляется сжатым гелием. Обе представленные на рис.185 и 186 в указанной книге И.Тимната пневмогидравлические схемы кислородно-водородных двигательных установок (КВДУ) представляются неработоспособными по следующим причинам.An analogue of SRKVDUID is an oxygen-hydrogen propulsion system with water and a diaphragm electric pump, shown in I. Timnat’s book “Chemical propellant rocket engines”, Moscow, Mir, 1990, pp. 277, 278, Fig. 185, based on refueling with water using a diaphragm electric water pump and electrolyzer; solar panels serve as a source of energy, while nickel-cadmium batteries and compressed gas accumulators are used in the shade. In Fig. 186 of the indicated book by I. Timnat, a similar propulsion system is proposed in which water is supplied by compressed helium. Both of the pneumatic hydraulic circuits of oxygen-hydrogen propulsion systems (HVAC) shown in Fig. 185 and 186 in the indicated book by I. Timnat appear to be inoperative for the following reasons.

Накопление необходимых для работы двигателя газообразных кислорода и водорода осуществляется путем разложения воды в электролизере, питаемого электроэнергией от солнечных батарей или от аккумуляторов на пассивных участках полета в состоянии невесомости. Обычный электролизер работоспособен только при действии перегрузки (на Земле около 1), которая необходима для всплытия выделившихся на электродах пузырьков газов и накопления водорода и кислорода в разобщенных полостях над свободной поверхностью электролита, откуда эти газы подаются в емкости для их хранения.The accumulation of gaseous oxygen and hydrogen necessary for the operation of the engine is carried out by decomposing water in the electrolyzer, powered by electricity from solar panels or from batteries in passive sections of the flight in zero gravity. A conventional electrolyzer is only operable under the effect of overload (about 1 on Earth), which is necessary for the ascent of gas bubbles released on the electrodes and the accumulation of hydrogen and oxygen in disconnected cavities above the free surface of the electrolyte, from where these gases are fed into the storage tanks.

В условиях невесомости всплытие пузырьков газов и образование газовых подушек над поверхностью электролита невозможно. При попытке включения электролизера в условиях невесомости в результате накопления газов внутри его ячеек и вытеснения из них электролита произойдет полный отказ и даже взрыв электролизера. В книге И.Тимната работоспособность электролизера в условиях невесомости ничем не обоснована и в схемах КВДУ отсутствуют принципиально необходимые для этого агрегаты.In zero gravity, the rise of gas bubbles and the formation of gas cushions above the surface of the electrolyte is impossible. When you try to turn on the cell in zero gravity as a result of the accumulation of gases inside its cells and displacement of the electrolyte from them, a complete failure and even explosion of the cell occurs. In the book of I. Timnat, the efficiency of the electrolyzer in zero gravity is not substantiated by anything and in the KVDU schemes there are no units fundamentally necessary for this.

В показанной на рис.185 схеме КВДУ отсутствуют также средства подачи воды из бака в насос в состоянии невесомости. Один диафрагменный насос или наддув бака гелием, в другом варианте на рис.186, этой проблемы не решают.In the KVDU scheme shown in Fig. 185, there are also no means of supplying water from the tank to the pump in zero gravity. One diaphragm pump or pressurization of the tank with helium, in another embodiment in Fig. 186, does not solve this problem.

Другим аналогом СРКВДУИД является двигательная установка, представленная в патенте США N 5279484 от 18 января 1994 г. (МПК⁷; B64G, 1/40), которая также содержит бак с водой, электролизер, баки с газообразными кислородом и водородом и камеры сгорания. Патент США N 5279484 в части двигательной установки ничем не отличается от рассмотренных выше КВДУ из книги И.Тимната, средства подачи из бака воды в электролизер и работа самого электролизера в условиях невесомости в патенте ничем не обоснованы (нет даже водяного насоса), в связи с чем по указанным выше причинам эта двигательная установка также неработоспособна и практического интереса не представляет (кроме утилизации отходов жизнедеятельности пилотируемого КА с помощью ракетных двигателей, что не является главной задачей самой двигательной установки).Another analogue of SRKVDUID is a propulsion system, presented in US patent N 5279484 dated January 18, 1994 (IPC ⁷ ; B64G, 1/40), which also contains a tank with water, an electrolyzer, tanks with gaseous oxygen and hydrogen and combustion chambers. US patent N 5279484 in terms of a propulsion system is no different from the above-mentioned CVDs from the book of I. Timnat, the means of supplying water from the tank to the electrolyzer and the operation of the electrolyzer itself under zero gravity are not substantiated in the patent (there is not even a water pump), due to than for the reasons stated above, this propulsion system is also inoperative and is not of practical interest (except for the disposal of waste from a manned spacecraft using rocket engines, which is not the main task of the engine itself Noah installation).

Прототипом СРКВДУИД служит солнечная энергетическая ракетная кислородно-водородная двигательная установка импульсного действия (СЭРДУИД), представленная в патенте РФ N RU 2215891 С2, 10.11.2003. Бюл. N 31. СЭРДУИД содержит солнечную батарею, бак с водой, водяной насос, электролизер, баки с газообразными компонентами топлива, теплообменник с нагревателем водорода, камеру сгорания с пневмогидравлической арматурой, газожидкостные сепараторы водорода и кислорода, циркуляционные насосы электролита, причем электролизер снабжен водородным и кислородным контурами циркуляции электролита, каждый из которых образован магистралями, соединяющими выходы всех ячеек электролизера по водороду и кислороду со входами газожидкостных сепараторов водорода и кислорода соответственно, выходы газожидкостных сепараторов водорода и кислорода по электролиту через соответствующие циркуляционные насосы со входами ячеек электролизера, при этом выходы газожидкостных сепараторов водорода и кислорода по газам подключены к соответствующим бакам с газообразными компонентами топлива, а в баке с водой размещено капиллярное заборное устройство.The prototype of SRKVDUID is a pulsed solar energy oxygen-hydrogen propulsion system (SERDUID), presented in RF patent N RU 2215891 C2, 10/10/2003. Bull. N 31. SERDUID contains a solar battery, a water tank, a water pump, an electrolyzer, tanks with gaseous fuel components, a heat exchanger with a hydrogen heater, a combustion chamber with pneumohydraulic valves, gas-liquid hydrogen and oxygen separators, and electrolyte circulation pumps, the cell being equipped with hydrogen and oxygen electrolyte circulation circuits, each of which is formed by highways connecting the outlets of all cells of the electrolyzer via hydrogen and oxygen to the inlets of gas-liquid water separators of oxygen and oxygen, respectively, the outputs of the gas-liquid hydrogen and oxygen separators through the electrolyte through the appropriate circulation pumps with the cell inlets, while the outputs of the gas-liquid hydrogen and oxygen separators through the gases are connected to the respective tanks with gaseous fuel components, and a capillary intake device is placed in the water tank .

Таким образом, для производства, разделения и накопления газообразных компонентов ракетного топлива (водорода и кислорода) СЭРДУИД имеет электролизер с жидким электролитом, который представляет собой водный раствор щелочи или кислоты, и два контура циркуляции этого электролита через ячейки электролизера и газожидкостные сепараторы водорода и кислорода с помощью соответствующих циркуляционных насосов.Thus, for the production, separation and accumulation of gaseous components of rocket fuel (hydrogen and oxygen), SERDUID has an electrolytic cell with a liquid electrolyte, which is an aqueous solution of alkali or acid, and two circuits of circulation of this electrolyte through electrolyzer cells and gas-liquid hydrogen and oxygen separators with using appropriate circulation pumps.

Установка-прототип обладает следующими недостатками:The prototype installation has the following disadvantages:

- большая масса, большие габариты и большее энергопотребление на производство топлива щелочного или кислотного электролизера по сравнению с электролизером с ТПЭ;- a large mass, large dimensions and greater energy consumption for the production of fuel of an alkaline or acid electrolyzer compared to an electrolyzer with TPE;

- большая масса и конструктивная сложность двух контуров циркуляции электролита с двумя сепараторами кислорода и водорода и двумя циркуляционными насосами;- the large mass and structural complexity of the two electrolyte circulation circuits with two oxygen and hydrogen separators and two circulation pumps;

- применение экологически вредных щелочных или кислотных электролитов и асбеста в электролизере.- the use of environmentally harmful alkaline or acid electrolytes and asbestos in the cell.

Задачами изобретения являются:The objectives of the invention are:

- создание более простой, надежной, с меньшими массой, габаритами и энергопотреблением солнечной ракетной кислородно-водородной двигательной установки импульсного действия;- the creation of a simpler, more reliable, with less mass, size and power consumption, solar rocket oxygen-hydrogen propulsion system of pulsed action;

- создание экологически чистой (без щелочных или кислотных электролитов и асбеста) солнечной ракетной кислородно-водородной двигательной установки импульсного действия.- creation of an environmentally friendly (without alkaline or acid electrolytes and asbestos) solar pulsed oxygen-hydrogen propulsion system.

Решение этих задач достигается тем, что в солнечной ракетной кислородно-водородной двигательной установке импульсного действия, содержащей солнечную батарею, бак с водой и капиллярным заборным устройством, электролизер, баки с газообразным кислородом, бак с газообразным водородом, камеру сгорания, входы которой сообщены с указанными баками, теплообменник с подогревателем поступающего в камеру сгорания водорода, электрически связанный с солнечной батареей, водяной насос, газожидкостный сепаратор водорода, электролизер выполнен с твердополимерным электролитом, при этом выходы полостей газообразного кислорода ячеек электролизера сообщены через обратный клапан со входами баков с газообразным кислородом, а выходы полостей циркуляции воды ячеек электролизера сообщены со входом газожидкостного сепаратора водорода, выход которого по водороду через обратный клапан сообщен с баком с газообразным водородом, а выход газожидкостного сепаратора водорода по воде с помощью циркуляционного водяного насоса сообщен со входами полостей циркуляции воды ячеек электролизера; кроме этого, бак с газообразным водородом размещен внутри бака с водой таким образом, что стенки обоих баков образуют кольцевой осесимметричный канал, суживающийся к капиллярному заборному устройству бака с водой.The solution to these problems is achieved by the fact that in a pulsed-action solar rocket oxygen-hydrogen propulsion system containing a solar battery, a tank with water and a capillary intake device, an electrolyzer, tanks with gaseous oxygen, a tank with gaseous hydrogen, a combustion chamber, the inputs of which are communicated with the indicated tanks, a heat exchanger with a heater of hydrogen entering the combustion chamber, electrically connected to the solar battery, a water pump, a gas-liquid hydrogen separator, the electrolyzer is made with solid with an additional polymer electrolyte, while the outputs of the gaseous oxygen cavities of the cells of the electrolyzer are communicated through a check valve with the inlets of the tanks with gaseous oxygen, and the outputs of the cavities of the water circulation of the cells of the electrolytic cell are communicated with the inlet of the gas-liquid hydrogen separator, the outlet of which is connected via hydrogen to the tank with gaseous hydrogen, and the output of the gas-liquid hydrogen water separator by means of a circulating water pump is communicated with the inlets of the water circulation cavities of the cells of the electrolyzer; in addition, a tank with gaseous hydrogen is placed inside the tank with water in such a way that the walls of both tanks form an annular axisymmetric channel, tapering to the capillary intake device of the tank with water.

На чертеже изображена предложенная установка, где:The drawing shows the proposed installation, where:

1 - солнечная батарея (СВ);1 - solar battery (CB);

2 - бак с водой;2 - a tank with water;

3 - электролизер с твердополимерным электролитом (ТПЭ);3 - electrolyzer with solid polymer electrolyte (TPE);

4 - газожидкостный сепаратор водорода;4 - gas-liquid hydrogen separator;

5 - циркуляционный водяной насос;5 - circulating water pump;

6 - полости газообразного кислорода ячеек электролизера;6 - cavity of gaseous oxygen of the cells of the electrolyzer;

7 - полости циркуляции воды ячеек электролизера;7 - cavity water circulation of the cells of the electrolyzer;

8 - капиллярное заборное устройство (КЗУ);8 - capillary intake device (KZU);

9 - водяной насос;9 - water pump;

10-12 - обратные клапаны;10-12 - check valves;

13 - редуктор кислорода;13 - oxygen reducer;

14 - редуктор водорода;14 - hydrogen reducer;

15 - электропневмоклапан (ЭПК) кислорода;15 - electro-pneumatic valve (EPA) of oxygen;

16 - электропневмоклапан (ЭПК) водорода;16 - electro-pneumatic valve (EPA) of hydrogen;

17 - теплообменник;17 - heat exchanger;

18 - выключатель цепи электролизера;18 - circuit circuit breaker;

19 - выключатель цепи теплообменника;19 - heat exchanger circuit breaker;

20 - камера сгорания (КС);20 - combustion chamber (KS);

21 - баки с газообразным кислородом;21 - tanks with gaseous oxygen;

22 - бак с газообразным водородом.22 - tank with gaseous hydrogen.

Электрический выход СБ 1 через контакты выключателей цепи электролизера 18 и цепи теплообменника 19 соединен с электролизером с ТПЭ 3 и теплообменником 17. Бак с водой 2 через КЗУ 8, водяной насос 9 и обратный клапан 10 соединен с электролизером с ТПЭ 3. Выходы баков с газообразным кислородом 21 и газообразным водородом 22 через редукторы кислорода 13, водорода 14 и ЭПК кислорода 15 и водорода 16 соединены с КС 20, причем для запуска двигателя используется теплообменник 17, в котором водород после прохождения через рубашку охлаждения КС подогревается до температуры не менее температуры его самовоспламенения с кислородом.The electrical outlet SB 1 through the contacts of the circuit breakers of the electrolyser 18 and the circuit of the heat exchanger 19 is connected to the electrolyzer with TPE 3 and the heat exchanger 17. The water tank 2 through KZU 8, the water pump 9 and the check valve 10 is connected to the electrolyzer with TPE 3. The outputs of the gaseous tanks oxygen 21 and hydrogen gas 22 through oxygen reducers 13, hydrogen 14 and EPA oxygen 15 and hydrogen 16 are connected to the COP 20, and to start the engine using a heat exchanger 17, in which the hydrogen, after passing through the cooling jacket, the COP is heated to temperature not less than the temperature of its autoignition with oxygen.

На Земле, в том числе до вывоза на стартовую позицию, бак с водой 2, электролизер с ТПЭ 3 и контур циркуляции воды, состоящий из газожидкостного сепаратора 4, циркуляционного водяного насоса 5 и полостей циркуляции воды ячеек электролизера 7 заправляются чистой водой. Баки с газообразным кислородом 21 и бак с газообразным водородом 22 полностью заправляются газообразными кислородом и водородом. Заправка газов на Земле может производиться от самого электролизера с ТПЭ 3 с одновременной проверкой работы электролизера с ТПЭ 3, газожидкостного сепаратора 4 и циркуляционного водяного насоса 5. Питание электролизера с ТПЭ током производится от наземного источника. Другого наземного оборудования для заправки газообразных компонентов на стартовой позиции в этом случае не требуется.On Earth, including before taking to the starting position, a water tank 2, an electrolyzer with TPE 3, and a water circulation circuit consisting of a gas-liquid separator 4, a circulation water pump 5, and water circulation cavities of the cells of the electrolyzer 7 are filled with clean water. Tanks with gaseous oxygen 21 and a tank with gaseous hydrogen 22 are completely filled with gaseous oxygen and hydrogen. Gas refueling on Earth can be carried out from the electrolytic cell with TPE 3 while checking the operation of the electrolyzer with TPE 3, a gas-liquid separator 4, and a circulation water pump 5. The electrolyzer with TPE current is supplied from a ground source. Other ground equipment for refueling gaseous components at the starting position in this case is not required.

Установка функционирует следующим образом. Для запуска двигателя в полете открывается ЭПК водорода 16 и замыканием контакта выключателя цепи теплообменника 19 включается электронагреватель теплообменника 17. Водород из бака с газообразным водородом 22 через редуктор водорода 14, ЭПК водорода 16 и рубашку охлаждения КС 20 поступает в теплообменник 17, нагревается там до температуры не ниже температуры самовоспламенения с газообразным кислородом, после чего вводится в КС 20. Вслед за этим открывается ЭПК кислорода 15 и кислород из баков с газообразным кислородом 21 через редуктор кислорода 13 и ЭПК кислорода 15 поступает в КС и воспламеняется там с нагретым водородом. Двигатель может работать до тех пор, пока давление в баках с газообразным кислородом 21 и в баке с газообразным водородом 22 не снизится до заданной величины. По этому признаку или в любое заданное время до его наступления по команде от системы управления размыкается контакт выключателя цепи теплообменника 19 и закрываются ЭПК кислорода 15 и ЭПК водорода 16. С выключением подачи компонентов прекращается выдача двигателем очередного импульса тяги.The installation operates as follows. To start the engine in flight, the hydrogen EPA 16 is opened and the heat exchanger 17 electric heater is closed by closing the circuit breaker circuit breaker 19 contact. Hydrogen from the tank with hydrogen gas 22 through the hydrogen reducer 14, hydrogen EPA 16 and the cooling jacket KS 20 enters the heat exchanger 17, is heated there to a temperature not lower than the auto-ignition temperature with gaseous oxygen, after which it is introduced into the COP 20. After this, the EPA of oxygen 15 and oxygen from the tanks with gaseous oxygen 21 are opened through the oxygen reducer 1 3 and oxygen EPA 15 enters the COP and ignites there with heated hydrogen. The engine can operate until the pressure in the tanks with gaseous oxygen 21 and in the tank with gaseous hydrogen 22 drops to a predetermined value. On this basis, or at any given time before it occurs, on command from the control system, the contact of the heat exchanger circuit breaker 19 opens and the oxygen EPA 15 and hydrogen EPA 16 are closed. When the components are turned off, the engine stops issuing another thrust impulse.

Дозаправка в полете газообразных компонентов в баки с газообразным кислородом 21 и бак с газообразным водородом 22 производится в режиме стабилизации космического объекта (КО) с направленными на Солнце панелями солнечных батарей (СБ) 1. Замыканием контакта выключателя цепи электролизера 18 включаются электролизер с ТЛПЭ 3 и циркуляционный водяной насос 5 водородного контура, осуществляющий циркуляцию воды через полости циркуляции воды ячеек электролизера 7 и газожидкостный сепаратор 4, в котором происходит отделение от воды выделившихся при ее электролизе в полостях циркуляции воды ячеек электролизера 7 газовых включений водорода. Газообразный кислород выделяется в сухие полости газообразного кислорода ячеек электролизера 6 с пластин ТПЭ. Когда давление водорода в газожидкостном сепараторе 4 достигнет настройки обратного клапана 12, а давление кислорода в полостях газообразного кислорода ячеек электролизера 6 достигнет настройки обратного клапана 11, газообразные водород и кислород начнут поступать в бак с газообразным водородом 22 и баки с газообразным кислородом 21 соответственно.Refueling in flight gaseous components into tanks with gaseous oxygen 21 and a tank with gaseous hydrogen 22 is performed in the mode of stabilization of a space object (KO) with solar panels (SB) directed to the Sun 1. Closing the contact of the circuit breaker of the electrolyzer 18 turns on the cell with TLPE 3 and a hydrogen circuit circulation water pump 5, which circulates water through the water circulation cavities of the cells of the electrolyzer 7 and a gas-liquid separator 4, in which the separated and its electrolysis in the water circulation cavities of the cells of the electrolyzer 7 of gas inclusions of hydrogen. Gaseous oxygen is released into the dry cavity of the gaseous oxygen of the cells of the electrolyzer 6 from the plates of TPE. When the hydrogen pressure in the gas-liquid separator 4 reaches the check valve 12 setting, and the oxygen pressure in the oxygen gas cavities of the cells of the electrolyzer 6 reaches the check valve 11 setting, hydrogen gas and oxygen will begin to enter the tank with hydrogen gas 22 and the tanks with gaseous oxygen 21, respectively.

В процессе электролиза вода превращается в газообразные компоненты топлива и объем воды, циркулирующей в водородном контуре, постепенно уменьшается, а объем газовой подушки в газожидкостном сепараторе 4 соответственно увеличивается. При достижении минимально допустимого содержания воды в газожидкостном сепараторе 4 включается водяной насос 9 и вода из бака с водой 2 через капиллярное заборное устройство 8, задерживающее газовые включения, и обратный клапан 10 подается в водородный контур циркуляции воды, увеличивая его наполнение и уменьшая объем газовой подушки, находящейся в газожидкостном сепараторе 4. При достижении заданного максимального наполнения водой газожидкостного сепаратора 4 водяной насос 9 выключается и подпитка водой водородного контура прекращается.In the process of electrolysis, water turns into gaseous components of the fuel and the volume of water circulating in the hydrogen circuit gradually decreases, and the volume of the gas cushion in the gas-liquid separator 4 increases accordingly. When the minimum permissible water content in the gas-liquid separator 4 is reached, the water pump 9 is turned on and water from the water tank 2 is turned on through the capillary intake device 8, which delays gas inclusions, and the check valve 10 is supplied to the hydrogen circuit of the water circulation, increasing its filling and reducing the volume of the gas cushion located in the gas-liquid separator 4. When the specified maximum water filling of the gas-liquid separator 4 is reached, the water pump 9 is turned off and the water supply to the hydrogen circuit is stopped .

После достижения заданного максимального давления газов в баках с газообразным кислородом 21 и в баке с газообразным водородом 22 контакт выключателя цепи электролизера 18 размыкается, электролизер с ТПЭ 3 и циркуляционный водяной насос 5 выключаются и СРКВДУИД переходит в режим ожидания команды от системы управления на выдачу двигателем очередного импульса тяги. Часть вырабатываемых СРКВДУИД газообразных компонентов, а также излишки кислорода могут использоваться системами управления и жизнеобеспечения космических объектов (КО).After reaching the specified maximum gas pressure in the tanks with gaseous oxygen 21 and in the tank with gaseous hydrogen 22, the contact of the circuit breaker circuit 18 opens, the cell with TPE 3 and the circulation water pump 5 are turned off and SRKVUID goes into standby mode command from the control system to issue another engine traction momentum. A part of the gaseous components produced by SRKVDUID, as well as excess oxygen can be used by control systems and life support of space objects (KO).

Ракета-носитель выводит КО с СРКВДУИД сразу на выбранную стартовую орбиту. После отделения от носителя КО разворачивается и стабилизируется в направлении первого разгонного импульса.The booster launches the spacecraft from SRKVDUID immediately to the selected launch orbit. After separation from the carrier, the CO rotates and stabilizes in the direction of the first accelerating pulse.

После выключения двигателя раскрываются и ориентируются на Солнце панели ОБ 1. Первый импульс, как и все последующие импульсы, могут выдаваться СРКВДУИД в любые заданные моменты времени после очередной дозаправки от электролизера с ТПЭ 3 баков с газообразным кислородом 21 и бака с газообразным водородом 22 газообразными компонентами топлива. Количество выдаваемых двигателем СРКВДУИД импульсов тяги и дозаправок баков 21 и 22 газообразными компонентами топлива до выработки всей заправленной в бак 2 воды, а также времена между импульсами тяги, за исключением времен дозаправки баков газообразными компонентами топлива, и общее время пребывания СРКВДУИД в полете не ограничиваются.After the engine is turned off, the OB 1 panels are opened and oriented to the Sun. The first impulse, like all subsequent impulses, can be issued at any given time after the next refueling from the electrolytic cell with TPE 3 tanks with gaseous oxygen 21 and a tank with gaseous hydrogen 22 gaseous components fuel. The number of thrust impulses issued by the SRKVDUID engine and refueling of tanks 21 and 22 with gaseous fuel components before the generation of all water charged to tank 2, as well as the times between thrust pulses, with the exception of the time of refueling the tanks with gaseous fuel components, and the total time of SRKVVUID in flight are not limited.

Предложенная СРКВДУИД обладает следующими преимуществами:The proposed SRKVDUID has the following advantages:

- СРКВДУИД оснащена электролизером с твердополимерным электролитом, который в 5-10 раз меньше по массе и габаритам и потребляет на 20% меньше электроэнергии, чем водощелочной электролизер СЭРДУИД с такой же производительностью;- SRKVDUID is equipped with an electrolyzer with a solid polymer electrolyte, which is 5-10 times smaller in weight and size and consumes 20% less electricity than an alkaline SERDUID electrolyzer with the same capacity;

- СРКВДУИД имеет меньшую массу, проще по конструкции и экологически безопаснее, так как имеет только один водородный контур с газожидкостным сепаратором и циркуляционным насосом, в котором циркулирует чистая вода, вместо двух контуров СЭРДУИД - водородного и кислородного - с аналогичными агрегатами, работающими на экологически опасном и химически агрессивном щелочном или кислотном электролите, который требует еще специальной системы поддержания его состава;- SRKVDUID has less weight, is simpler in design and environmentally safer, since it has only one hydrogen circuit with a gas-liquid separator and a circulation pump in which pure water circulates, instead of two circuits of SERDUID - hydrogen and oxygen - with similar units operating on environmentally hazardous and chemically aggressive alkaline or acid electrolyte, which also requires a special system to maintain its composition;

- СРКВДУИД имеет один большой бак газообразного водорода, размещенный внутри бака с водой, что, с одной стороны, делает СРДУИД более легкой и компактной, не требует теплозащиты водородного бака, а с другой стороны, уменьшает габариты и повышает надежность работы КЗУ, обеспечивая прилив к КЗУ жидкости под действием капиллярных сил в кольцевом, суживающемся к КЗУ канале между стенками бака с водой и бака с газообразным водородом;- SRKVDUID has one large tank of gaseous hydrogen located inside the tank with water, which, on the one hand, makes the SRDUID easier and more compact, does not require thermal protection of the hydrogen tank, and on the other hand, reduces the dimensions and increases the reliability of the short circuit, providing a surge KZU liquid under the action of capillary forces in the annular channel tapering to KZU between the walls of the tank with water and the tank with gaseous hydrogen;

- применение электролизера с ТПЭ позволяет без помощи компрессоров увеличить давление газообразных компонентов топлива до 200 атм и соответственно увеличить запас газообразного топлива на борту и удельный импульс двигателя СРКВДУИД;- the use of an electrolyzer with TPE allows without the help of compressors to increase the pressure of the gaseous components of the fuel up to 200 atm and, accordingly, increase the supply of gaseous fuel on board and the specific impulse of the SRKVDUID engine;

- в связи с отсутствием агрессивного и экологически опасного щелочного или кислотного электролита упрощаются экспериментальная отработка и эксплуатация СРКВДУИД на Земле и в полете.- due to the absence of an aggressive and environmentally hazardous alkaline or acid electrolyte, the experimental development and operation of SRKVDUID on Earth and in flight is simplified.

Claims (1)

Солнечная ракетная кислородно-водородная двигательная установка импульсного действия, содержащая солнечную батарею, бак с водой и капиллярным заборным устройством, электролизер, баки с газообразным кислородом, бак с газообразным водородом, камеру сгорания, входы которой сообщены с указанными баками, теплообменник с подогревателем поступающего в камеру сгорания водорода, электрически связанный с солнечной батареей, водяной насос, газожидкостный сепаратор водорода, отличающаяся тем, что электролизер выполнен с твердополимерным электролитом, при этом выходы полостей газообразного кислорода ячеек электролизера сообщены через обратный клапан с входами баков с газообразным кислородом, а выходы полостей циркуляции воды ячеек электролизера сообщены со входом газожидкостного сепаратора водорода, выход которого по водороду через обратный клапан сообщен с баком с газообразным водородом, а выход газожидкостного сепаратора по воде с помощью циркуляционного водяного насоса сообщен со входами полостей циркуляции воды ячеек электролизера, при этом бак с газообразным водородом размещен внутри бака с водой таким образом, что стенки обоих баков образуют кольцевой осесимметричный канал, сужающийся к капиллярному заборному устройству бака с водой.A pulsed solar oxygen-hydrogen propulsion system containing a solar battery, a tank with water and a capillary intake device, an electrolyzer, tanks with gaseous oxygen, a tank with gaseous hydrogen, a combustion chamber, the inputs of which are connected to these tanks, a heat exchanger with a heater entering the chamber hydrogen combustion, electrically connected to the solar battery, a water pump, a gas-liquid hydrogen separator, characterized in that the electrolyzer is made with a solid polymer with olite, while the outputs of the gaseous oxygen cavities of the cells of the electrolyzer are communicated through a check valve with the inlets of the tanks with gaseous oxygen, and the outputs of the cavities of the water circulation of the cells of the electrolyzer are communicated with the inlet of a gas-liquid hydrogen separator, the outlet of which through hydrogen is connected to the tank with gaseous hydrogen, and the output of the gas-liquid water separator by means of a circulating water pump is communicated with the inlets of the water circulation cavities of the cells of the electrolyzer, while the tank with gaseous hydrogen ohm placed inside a water tank so that the both tanks walls forming an axisymmetric annular channel tapering capillary sampling device with water tank.