空天飞机设计

一个空天飞机的自主设计

1简介：

空天飞机包括空天无人机、空天在轨飞行器，它像普通飞机一样水平起飞或是由其他飞机携带空中起飞，以每小时1.6万——3万公里的高超音速在大气层内飞行，在30～100公里高空的飞行速度为12～25倍音速，而且可以直接加速进入地球轨道，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆，其处于传统天空与空间作战的战略地位,上可威胁空间的武器平台,下可探测、攻击空中和地面目标。其主要价值体现在快速信息对抗(侦察、监视和电子战)和空间对抗(快速对地精确打击、空间战、空间指挥)。

2、任务目标：

研究设计一个可在轨飞行的空天飞机，其搭载的机械臂可对敌方卫星进行物理破坏，瘫痪敌方卫星通信。

3、任务背景：

美国空军X-37B迷你航天飞机的下一次飞行初步确定在2015年5月20日，这是X-37B执行的第四次飞行任务。根据美国空军快速能力办公室飞行任务部主任对外公开的消息，X-37B 的本次升空将对多项空间技术进行测试，其中之一为测试新型推进系统，能够提升X-37B的在轨机动能力。隶属于空军的X-37B空天飞机的出现使得未来战场向太空扩展：现代文明的诸多技术依靠卫星的支持，气象卫星、地球资源卫星、太空探测卫星、导航卫星等等给了我们生活诸多便利，但同时因为要看到在轨运行中的近70%被用于军事，卫星对于军事行动有这十分重大的影响。美军这次空天飞机的试飞展示了其潜在的太空战能力，未来战争必将从争夺太空开始，所以我国发展空天飞机势在必行。

4、具体设计

Ⅰ、结构分系统：

空天飞机与航天飞机外形类似，可视为其的缩小版。其结构由其所担负的任务决定，一般由有效载荷舱、动力舱、太阳能帆板舱等构成。

Ⅱ、电源分系统：

空天飞机在大气层内飞行依靠推进系统，当其进入在轨飞行阶段时，空天飞机的各部分由其太阳能电池阵进行供电。

太阳能电池阵采用展开式太阳电池阵，使用卷式不定向式的方式:卷式太阳能阵能减少所占飞机内部空间；由于飞机任务要求不固定于一条轨道，会经常实现变轨机动，故采用不定向式太阳能阵以获得最大输出功率保证其实现任务所需的能量供应。

Ⅲ、热控分系统：

航天器的热控系统应该采用主动、被动结合的方式对航天器进行温度的控制。

①、热控涂层：研发新一代涂料，根据飞机的内部各仪器和设备对温度的要求采用不同的吸收率与发射率的热控涂层。

②、隔热材料:在飞机内部使用隔热材料，如：揉皱单面镀铝聚酯薄膜，玻璃纤维、石英纤维、合成纤维制成的纤维纸、泡沫隔热材料等。

③、电热调温装置：包括电加，热器、控制器和温度传感器构成闭环控制回路，达到稳定温度的目的。

Ⅵ、姿态控制分系统：

有一套陀螺组件（惯性基准原件）、磁强计、星敏感器、太阳敏感器等共同构成。航天器姿态的确定通常采取三自由度陀螺为基准，几种姿态控制装置相辅的进行矫正的方式。Ⅴ、推进系统：

采用激光推进技术，利用高能激光加热物质产生气体，气体膨胀产生推力再推动飞行器前进。该技术具有推力大、成本低的特点。采用火箭烧蚀模式是利用激光加热飞机携带的工质（气体、液体和固体）产生高温高压等离子体，经喷管推动飞机前几的推动模式。

Ⅵ、通信测控分系统：

当空天飞机满足通视条件时,测控通信系统可以采用天-地测控通信工作方式。当空天飞机不满足通视条件时,测控通信系统应当采用天-空-地中继工作方式,即采用高空气球(艇)跟踪与数据中继系统组成的天-空-地测控方式,或采用TDRSS(跟综与数据中继卫星系统)组成的天-天-地中继方式。采用TDRSS系统,能保证远程或超远程空天飞机的测控通信系统的通视条件,使用Ka频段又有利于克服“黑障”的影响。采用高空气球(艇)跟踪与数据中继系统,需保证地面测控通信系统与气球 (艇)之间的通视条件,而且还要保证气球(艇)与空天飞机之间的通视条件。

Ⅶ、有效载荷：

空天飞机由于其可重复使用的特点，可以根据任务的不同携带不同的有效载荷。我设计的空天飞机以破坏敌方卫星为目的，有效载荷为：机械装置（用于破坏敌方卫星）、高分辨率摄像机、磁强计、激光脉冲器等。

心得体会

这是第二门专业自修课，经过一个多月的自学，我对航天事业的认识进一步加深，对专业的前景和未来有了较为清晰的认识和判断，收获颇丰。

中国的航天事业在近十年里厚积薄发，从神五到神十，从北斗卫星导航到嫦娥探月工程计划，中国人在太空绽放出别样光彩，太空这一远离我们的空间越来越成为人们关注的焦点。作为一名航天事业的接班人，我感到强烈的自豪感和使命担当，对未来自身的发展与定位有了更清晰的认识。

虽然这是一门自学科，但是我们要像选修课一样对待。在学习中，我翻阅了诸多书籍，虽然其中相当多的专业知识自己没有接触过，但是这激发了我求知的渴望。在自学过程中，我认识到一个航天器的设计是一项宏大而复杂的项目，从任务要求，整体设计，各分系统的设计，模拟等，一个航天器从想法到实现要经历“九九八十一难”的考验，它不是一个人的成果，而是一个团队的杰作。

习题的最后一题是要求自主设计一个航天器，初次见到这个题目便觉得困难重重，但是在自学过后，对于航天器的各个分系统：热控、姿态、推进、电源等知识有了一定的掌握，便渐渐有了眉目。设计的空天飞机的想法来自美军试飞的X-37B，未来的战争一定是从争夺制太空权开始的，空天飞机将成为各个大国争先研发的对象。自己设计的空天飞机只是一个笼统的概念，很多实际的问题被忽略，这是知识储备不足的原因，所以未来要更加努力的学习专业知识，争取早日将想法变为现实。

总的来讲，这么课为我打开了通往未来专业的大门，收获颇丰。另外谈几点建议：首先是希望教员能每隔一段时期给个大的方向，这样学习起来不至于盲目无头绪；其二希望课程

能够提供更多的电子资料。

以上就是我对这门课的一点心得体会，感谢教员的辛勤付出，谢谢教员。