一种中大型低温运载火箭测发系统及实现方法

技术领域

本发明涉及火箭发射技术领域，特别涉及一种中大型低温运载火箭测发系统及实现方法。

背景技术

目前，世界各国运载火箭常用的测发模式主要有３种：一平两垂（火箭水平转运、垂直总装、垂直测试）、三垂（火箭垂直转运、垂直总装、垂直测试）和三平（火箭水平转运、水平总装、水平测试）。一平两垂测发模式的优点在于技术区设施简单，在发射区测试过程连贯，无需状态转换。对发射台要求较低，火箭运输条件低，操作简单。但该模式对发射区设施要求高，需要修建功能完整、全封闭式的塔架用于火箭吊装和测试，而且火箭在发射区占位时间长，每两次发射时间间隔长。三垂测发模式的优点是测试环境好，技术区及发射区测试可采用同一套前端测试设备，且在运输时测试状态不断开，确保技术区的测试状态及测试结果有效，有效降低火箭在发射区的工作时间，便于连续发射。但该模式对地面设施设备要求高，除了在技术区建设高大的垂直总装厂房外，部分火箭还需要在发射区建设勤务塔，同时对活动发射平台要求高，整个地面设施设备规模较大，造价较高。三平测发模式的优点是可以避免在技术区建设高大的垂直总装测试厂房且发射区地面设施较为简单，对运输道路要求较低，转运时所用的运输车辆与三垂模式相比较经济。三种测发模式各有优缺点，在国内外火箭发射流程中均有应用。

测发模式的选择与火箭的运载能力、发射场的位置都有关系，需要从任务适应性、环境适应性、可靠性和安全性、经济性等方面综合评估，选择最合适的测发模式。一平两垂、三垂、三平测发模式在中型低温运载火箭都有应用，但一般在特定的发射场、固定发射工位完成发射任务。由于低温推进剂长期贮存困难的特点，一般在发射场坪上建设有低温推进剂加注罐或加注库房，敷设加注硬管通向火箭发射工位。完成发射任务需要配套的地面设备较多，需要在发射场坪上预先建设的发射设备较多。如需要在发射场坪上建设低温推进剂加注罐或加注库房，预先敷设通向火箭的加注硬管，需要建设发射塔架，在场坪地下开挖导流槽，建设空调机房。现有技术中的发射中型低温运载火箭需要的保障条件较多，较多选择一平两垂或三垂模式测发流程。在发射场坪上建设低温推进剂加注罐或加注库房，预先敷设通向火箭的加注硬管，建设发射塔架，在场坪地下开挖导流槽，建设空调机房，都需要较长的建设周期，需要投入大量建设费用，且火箭发射受限于某固定的发射工位或发射场。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种中大型低温运载火箭测发系统及实现方法。本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种中大型低温运载火箭测发系统，其中，系统包括：运输转载地面设备，推进剂加注地面设备，发射地面设备和温控设备；

运输转载地面设备用于将箭体从技术区转运到发射区完成转载工作；

推进剂加注地面设备用于燃料剂和推进剂的加注；

发射地面设备用于箭体的发射，并在火箭点火起飞后撤收，转运到其他发射工位；

温控设备用于向火箭整流罩内提供洁净空气；

其中，推进剂加注地面设备和/或发射地面设备为可移动式设备。

进一步的，运输转载地面设备包括：全箭转运车、全箭吊具、随车起重机；

全箭转运车，用于将箭体从技术区转运到发射区，全箭转运车包括运输平板车，运输平板车位于用于全箭转运车的后部，用于承载、运输箭体，全箭转运车的头部由牵引车提供牵引动力；

在箭体转载状态时，全箭转运车停放在与发射地面设备中的发射架并排位置，全箭吊具连接在箭体上，使用随车起重机与全箭吊具配合，将箭体从全箭转运车转载到发射地面设备中的发射架上。

进一步的，推进剂加注地面设备包括燃烧剂加注车、燃烧剂槽车、燃烧剂加注管路、低温推进剂加注车、低温推进剂槽车、低温推进剂加注管路、过冷剂车、过冷器车、配气台车、供气管路；

燃烧剂加注车用于把燃烧剂加注到火箭燃烧剂贮箱中，燃烧剂槽车用于供应燃烧剂，若干段燃烧剂加注管路用于输送燃烧剂，低温推进剂加注车用于把低温推进剂加注到火箭低温贮箱中，低温推进剂槽车用于供应低温推进剂，若干段低温推进剂加注管路用于输送低温推进剂，过冷剂车用于向过冷器车输送过冷剂，配气台车用于提供加注中使用的气体，供气管路用于气体输送。

进一步的，若干辆低温推进剂槽车出液口通过低温推进加注管路与低温推进剂加注车进液口连通，低温推进剂加注车出液口通过低温推进加注管路与火箭低温推进剂贮箱加注口连通；

若干辆燃烧剂槽车出液口通过燃烧剂加注管路与燃烧剂加注车进液口连通，燃烧剂加注车出液口通过燃烧剂加注管路与火箭燃烧剂贮箱加注口连通。

进一步的，过冷剂车出液口通过低温管路将过冷剂输送到过冷器车工作介质进液口，过冷器车通过蒸发工作介质，将流经的低温推进剂降温，使低温推进剂呈过冷状态。

进一步的，低温推进剂从低温推进剂加注车出液口流出后分流，经低温推进剂加注管路通向过冷器车进液口，在过冷器车内进一步降温，呈过冷状态，再通过低温推进加注管路输送到火箭低温推进剂贮箱内。

进一步的，发射地面设备包括发射架、发射台、导流器；

发射架用于起竖箭体；

发射台用于起竖后垂直支承箭体；

导流器用于火箭点火后，排导发动机排出的尾焰。

本发明的第二方面提供了一种中大型低温运载火箭测发实现方法，包括：

火箭各子级水平运输进发射场，各子级水平对接，完成全箭总装，在水平状态开展测试，测试完成后将火箭水平转载到运输转载地面设备的全箭转运车上；

全箭转运车将火箭水平运输至发射场坪，使用全箭吊具和随车起重机将箭体转载至发射架上，发射架起竖，火箭呈竖直状态并与发射台对接，使用温控设备向整流罩送风；

燃烧剂加注车向火箭贮箱加注燃烧剂，低温推进剂加注车向火箭贮箱加注低温推进剂，起竖臂后倒，火箭点火发射，火箭点火发射后，燃烧剂加注车和低温推进剂加注车撤收。

进一步的，全箭转运车将箭体从技术区转运到发射区，全箭转运车将箭体从全箭转运车转载到发射地面设备中的发射架上，全箭转载工作完成后，全箭转运车驶离发射场坪。

进一步的，燃烧剂加注车将燃烧剂通过泵式或挤压式加注到火箭燃烧剂贮箱中，燃烧剂槽车供应燃烧剂，燃烧剂加注管路输送燃烧剂，使用至少一辆燃烧剂槽车将燃烧剂运输到发射场坪，按要求布置，使用低温推进剂加注车、低温推进剂槽车、低温推进剂加注管路、过冷剂车、过冷器车完成低温推进剂加注功能；

低温推进剂加注车把低温推进剂通过泵式或挤压式加注到火箭低温贮箱中，低温推进剂槽车用于供应低温推进剂，若干段低温推进剂加注管路输送低温推进剂，使用至少一辆低温推进剂槽车将低温推进剂运输到发射场坪，按要求布置；过冷剂车向过冷器车输送过冷剂作为工作介质，过冷剂车出液口通过低温管路将过冷剂输送到过冷器车工质进液口，过冷器车通过蒸发工作介质，将流经的低温推进剂降温，使低温推进剂呈过冷状态；部分低温推进剂从低温推进剂加注车出液口流出后分流，经低温推进剂加注管路通向过冷器车进液口，在过冷器车内进一步降温，呈过冷状态，再通过低温推进加注管路输送到火箭低温推进剂贮箱内；

发射地面设备中的发射架起竖后垂直支承箭体，火箭点火后，导流器排导发动机排出的尾焰，发射设备在火箭点火起飞后撤收。

与现有技术相比，本发明有如下有益的技术效果：

1、本发明的三平模式测发实现方法，可用于中大型低温运载火箭，实现中大型低温运载火箭的快速、低成本的发射要求；

2、本发明使用通用运输车辆完成全箭从技术区至发射场坪的转运工作，不需要研制专用全箭运输车辆，大大降低了火箭发射的成本，并且不再依赖于专用全箭运输车辆，随时可以实现转载，便于发射效率的提高；

3、本发明使用通用随车起重机完成全箭从运输车到发射架的转载工作，不需要使用专用起重设备，简化了转载所需独立设备的数量，以及设备间协调配合的复杂度，便可完成转载工作，简化了现场的调控流程，节约了转载时间和成本。

4、使用移动式槽车实现推进剂的加注，不需要在场坪上建设固定推进剂加注罐或加注库房，实现了加注设备在多次发射任务中的重复利用，大大摊销了造价成本；另外，由于加注设备由固定变为可移动式，无需提前在发射现场勘测、加盖相关设备，这大大降低了对发射场现场环境的限制，使得火箭发射任务可以更加快速和灵活，从而满足商业航天领域的发射要求。

5、使用放置在发射场坪地面上的可移动式发射设备，不需要建设固定的发射塔架，也不需要开挖导流槽，这一方面使发射设备实现了多地区多场地的重复利用，而无需花费巨资在某一发射场单独建造固定的发射设备，从而大大节约成本和时间；另一方面，也非常利用火箭根据发射现场的环境、风向、日照等因素灵活选择发射位，大大增加了火箭发射的窗口期。

6、使用可移动的温控设备，不需要建设空调机房。

7、所有地面设备使用完毕后，都可以自行运输或拆解后运输到其它发射工位，不依赖于某个固定的发射工位。

附图说明

图1是本发明的测发流程图；

图2是本发明的运输转载地面设备图；

图3是本发明的推进剂加注地面设备图；

图4是本发明的发射地面设备图；

图5是本发明的温控设备图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合附图及具体实施实例对本发明作进一步详细的说明。

本发明的第一方面提供了一种中大型低温运载火箭测发系统，所述系统包括：运输转载地面设备，推进剂加注地面设备，发射地面设备和温控设备。

如图2所示，所述运输转载地面设备包括：全箭转运车11、全箭吊具12、随车起重机13。

全箭转运车11，用于将箭体从技术区转运到发射区。全箭转运车11包括运输平板车，所述运输平板车位于用于全箭转运车11的后部，用于承载、运输箭体，全箭转运车11的头部由牵引车提供牵引动力。在箭体转载状态时，全箭转运车11停放在与发射地面设备中的发射架31并排位置，全箭吊具12连接在箭体上，使用随车起重机13与全箭吊具12配合，将箭体从全箭转运车11转载到发射地面设备中的发射架31上。一般情况下，由于箭体长度较长，使用2台随车起重机完成转载工作。

全箭转载工作完成后，撤收全箭吊具12，全箭转运车11、随车起重机13驶离发射场坪。

如图3所示，所述推进剂加注地面设备包括燃烧剂加注车21、燃烧剂槽车22、燃烧剂加注管路23、低温推进剂加注车24、低温推进剂槽车25、低温推进剂加注管路26、过冷剂车27、过冷器车28、配气台车29、供气管路（图中未示出）。

燃烧剂加注车21、燃烧剂槽车22、燃烧剂加注管路23完成燃烧剂加注功能。燃烧剂加注车21用于把燃烧剂通过泵式或挤压式加注到火箭燃烧剂贮箱中，燃烧剂槽车22用于供应燃烧剂，若干段燃烧剂加注管路23用于输送燃烧剂。使用若干辆燃烧剂槽车22将燃烧剂通过公路运输到发射场坪，按要求布置。若干辆燃烧剂槽车22出液口通过燃烧剂加注管路23与燃烧剂加注车21进液口连通，燃烧剂加注车21出液口通过燃烧剂加注管路23与火箭燃烧剂贮箱加注口连通。低温推进剂加注车24、低温推进剂槽车25、低温推进剂加注管路26、过冷剂车27、过冷器车28完成低温推进剂加注功能。低温推进剂加注车24用于把低温推进剂通过泵式或挤压式加注到火箭低温贮箱中，低温推进剂槽车25用于供应低温推进剂，若干段低温推进剂加注管路26用于输送低温推进剂。使用若干辆低温推进剂槽车24将低温推进剂通过公路运输到发射场坪，按要求布置。若干辆低温推进剂槽车24出液口通过低温推进加注管路26与低温推进剂加注车25进液口连通，低温推进剂加注车24出液口通过低温推进加注管路26与火箭低温推进剂贮箱加注口连通。

过冷剂车27用于向过冷器车28输送过冷剂作为工作介质，工作介质通常使用液氮。过冷剂车27出液口通过低温管路将过冷剂输送到过冷器车28工质进液口，过冷器车28通过蒸发工作介质，将流经的低温推进剂降温，使低温推进剂呈过冷状态。部分低温推进剂从低温推进剂加注车24出液口流出后分流，经低温推进剂加注管路26通向过冷器车28进液口，在过冷器车28内进一步降温，呈过冷状态，再通过低温推进加注管路26输送到火箭低温推进剂贮箱内。

配气台车29用于提供加注中使用的气体，通常为氮气或氦气。供气管路用于气体输送。推进剂加注工作完成后，推进剂加注使用的设备撤收，驶离发射场坪。

如图4所示，所述发射地面设备包括发射架31、发射台32、导流器33。发射架31用于起竖箭体，发射台32用于起竖后垂直支承箭体，导流器33用于火箭点火后，排导发动机排出的尾焰。发射设备在火箭点火起飞后撤收，可转运到其他发射工位。

如图5所示，所述温控设备用于向火箭整流罩内提供洁净空气，空气温度可以按使用要求调整。温控设备包括空调主机41、硬风管42、软风管43、过滤箱44。送风管路起始端连接空调主机出风口，所述送风管路包括硬风管42、软风管43，沿发射架尾部向头部敷设，通向火箭头部整流罩，经过滤箱，与火箭整流罩进风口连接。空调主机在发射前撤离发射场坪。

如图1所示，本发明的第二方面提供了一种中大型低温运载火箭测发实现方法，所述方法包括：

步骤S100，火箭各子级水平运输进发射场，在发射场技术厂房卸车，各子级水平对接，完成全箭总装工作，在水平状态开展测试工作，测试完成后使用技术厂房的桁吊将火箭水平转载到运输转载地面设备的全箭转运车上；

步骤S200，所述全箭转运车将火箭水平运输至发射场坪，使用全箭吊具和随车起重机将箭体转载至发射架上，发射架起竖，火箭呈竖直状态，与发射台对接，按火箭整流罩内有效载荷的要求，使用温控设备向整流罩送风；

步骤S300，燃烧剂加注车向火箭贮箱加注燃烧剂，低温推进剂加注车向火箭贮箱加注低温推进剂，火箭进行发射前检查工作，起竖臂后倒，火箭点火发射，火箭点火发射后，地面设备撤收。

具体的，步骤S200中，全箭转运车将箭体从技术区转运到发射区。全箭转运车中的运输平板车用于承载、运输箭体，随车起重机与全箭吊具配合，将箭体从全箭转运车转载到发射地面设备中的发射架上；全箭转载工作完成后，撤收全箭吊具，全箭转运车、随车起重机驶离发射场坪。

具体的，步骤S200中，温控设备向火箭整流罩内提供洁净空气，空气温度可以按使用要求调整。

具体的，步骤S300中，燃烧剂加注车将燃烧剂通过泵式或挤压式加注到火箭燃烧剂贮箱中，燃烧剂槽车供应燃烧剂，若干段燃烧剂加注管路输送燃烧剂，使用若干辆燃烧剂槽车将燃烧剂通过公路运输到发射场坪，按要求布置，使用低温推进剂加注车、低温推进剂槽车、低温推进剂加注管路、过冷剂车、过冷器车完成低温推进剂加注功能。

具体的，步骤S300中，低温推进剂加注车把低温推进剂通过泵式或挤压式加注到火箭低温贮箱中，低温推进剂槽车用于供应低温推进剂，若干段低温推进剂加注管路输送低温推进剂，使用若干辆低温推进剂槽车将低温推进剂通过公路运输到发射场坪，按要求布置；过冷剂车向过冷器车输送过冷剂作为工作介质，过冷剂车出液口通过低温管路将过冷剂输送到过冷器车工质进液口，过冷器车通过蒸发工作介质，将流经的低温推进剂降温，使低温推进剂呈过冷状态；部分低温推进剂从低温推进剂加注车出液口流出后分流，经低温推进剂加注管路通向过冷器车进液口，在过冷器车内进一步降温，呈过冷状态，再通过低温推进加注管路输送到火箭低温推进剂贮箱内。

具体的，步骤S300中，发射地面设备中的发射架起竖后垂直支承箭体，导流器将火箭点火后，排导发动机排出的尾焰，发射设备在火箭点火起飞后撤收，可转运到其他发射工位。

本发明全箭水平运输至发射场坪运输流程使用通用运输车，不需要研制专用全箭运输车辆；在发射场坪火箭转载至发射架流程使用通用随车起重机，不需要使用专用起重设备；低温推进剂加注流程使用移动式加注车、槽车、过冷剂车，不需要建设低温推进剂加注罐或加注库房；发射流程中使用的发射架预先与发射台对接、调试好，发射架不需要在发射当日与发射台对接。温控设备使用可移动的温控设备，不需要建设空调机房。且过滤箱安装在发射架上靠近火箭整流罩的位置，利于保证吹入整流罩内空气的洁净度。

本发明的测发实现方法，可用于中大型低温运载火箭，实现中大型低温运载火箭的快速、低成本的发射要求。本发明使用通用运输车辆完成全箭从技术区至发射场坪的转运工作，不需要研制专用全箭运输车辆，大大降低了火箭发射的成本，并且不再依赖于专用全箭运输车辆，随时可以实现转载，便于发射效率的提高。本发明使用通用随车起重机完成全箭从运输车到发射架的转载工作，不需要使用专用起重设备，简化了转载所需独立设备的数量，以及设备间协调配合的复杂度，便可完成转载工作，简化了现场的调控流程，节约了转载时间和成本。使用移动式槽车实现推进剂的加注，不需要在场坪上建设固定推进剂加注罐或加注库房，实现了加注设备在多次发射任务中的重复利用，大大摊销了造价成本；另外，由于加注设备由固定变为可移动式，无需提前在发射现场勘测、加盖相关设备，这大大降低了对发射场现场环境的限制，使得火箭发射任务可以更加快速和灵活，从而满足商业航天领域的发射要求。使用放置在发射场坪地面上的可移动式发射设备，不需要建设固定的发射塔架，也不需要开挖导流槽，这一方面使发射设备实现了多地区多场地的重复利用，而无需花费巨资在某一发射场单独建造固定的发射设备，从而大大节约成本和时间；另一方面，也非常利用火箭根据发射现场的环境、风向、日照等因素灵活选择发射位，大大增加了火箭发射的窗口期。使用可移动的温控设备，不需要建设空调机房。所有地面设备使用完毕后，都可以自行运输或拆解后运输到其它发射工位，不依赖于某个固定的发射工位。

综上，本发明应用在中型、大型液体或固液混合火箭，不涉及小型火箭的运输、发射设备等。某商业中型低温运载火箭发射场没有固定发射塔架等设施，也没有可供使用的固定低温推进剂加注罐或加注库房，也没有空调机房，可供使用的只有一块发射场坪，且发射后需要能够将地面设备运输到其它发射场坪。本发明的方法不需要研制专用全箭运输车辆，不需要使用专用起重设备，不依赖固定塔架，不依赖低温推进剂加注罐或加注库房，不需要建设空调机房，地面设备在发射使用完毕后可转场至其它发射工位。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。