杨潞锋 轩志勇 杨晓静 董薇 徐元元
摘 要：该文分析了现有航天发射场加注系统的现状，考虑到今后小型商业火箭的发展需要，提出了小型液体火箭常规推进剂机动应急保障模式。通过分析小型液体火箭常规推进剂机动应急保障模式的优点，同时研究了机动应急保障总体方案，通过研制模块集成化的加注装备，可适应小型液体火箭的推进剂机动保障，应该具有广泛的应用前景。
关键词：小型液体火箭 机动应急保障 方案探讨
中图分类号：V434.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0070-02
推进剂加注系统是航天发射场地面设备的重要组成部分，主要承担火箭临射前推进剂的加注工作。目前，各发射场在发射区，均建有相对成熟的固定式的常规推进剂保障系统，具备推进剂贮存、调温、流量计在线校验、库房回流和塔上回流、加注等多种功能。固定式加注系统这种保障方式，虽然已经非常成熟、可靠和穩定，但保障模式却相对单一，特别是在战场等特殊环境下，固定目标一旦受到打击，或者发生突发爆炸事故，就会失去保障能力。
1 机动应急保障模式的提出
随着航天技术的进步成熟，发射塔架简易化和火箭燃料低温化是发展趋势，简易化后的发射塔架需要与之配套的加注系统相适应，目前各基地只建有库房固定式推进剂保障系统，没有配套的机动保障和应急保障等其他辅助保障手段。
另外，随着小型商业火箭的快速发展，小型火箭需要机动、快速发射，因此也需要与之相匹配的机动、快速加注系统。
针对上述情况，该文提出了航天发射场“小型火箭常规推进剂机动应急保障模式”。推进剂机动应急保障具有以下几个特点。
（1）机动、灵活、快速展开、快速撤收。
（2）保障范围大。
（3）保养维修便利。
（4）提高发射区的安全系数。
（5）简化发射区固定设施。
2 推进剂机动应急保障初步方案
2.1 小型火箭转场就位
小型火箭一般是靠车载式“起竖发射车”完成火箭的转场运输，将火箭从技术区平稳可靠地转运到发射区，然后进入待加注状态。起竖发射车主要由车体、起竖机构、发射台、火焰导流装置、摆杆、车载动力源和配套系统这7个部分组成。
火箭完成技术区全部工作后，通过起竖发射车从技术区经公路转运至发射区指定位置，发射车按指定方位停靠并锁定，进入待加注状态。
2.2 小型火箭加注系统配置及加注参数
小型火箭加注供气系统采用移动式设备组成，分为5个车载式模块：贮存模块、动力计量模块、控制指挥模块、供气模块、废气模块。具备完成加注管路吹除、气密性检查、推进剂加注信号联试、推进剂加注及泄回、废气废液处理等功能。加注系统配置及主要参数如下。
（1）系统配置。
系统主要由四氧化二氮（简称Y）加注槽车2台（有效容积50m3）、偏二甲肼（简称R）加注槽车2台（有效容积50m3）、氮气瓶车1台（车辆尺寸为40英尺）、动力计量车1台、控制指挥车1台、Y废气处理车（1台）、R废气处理车（1台）、加注管路等组成。
（2）加注顺序。
加注顺序为：先加R，后加Y。采用单贮箱顺序加注模式：R1级→R2级→Y1级→Y2级。
（3）加注速度。
加注速度：一级大流量加注速度约1500L/min，二级大流量加注速度为400～600L/min，一、二级小流量加注速度为400～600L/min，定量补加注保持流量约
300L/min。
（4）加注方式。
开始以小流量充填管道，当到达0液位时，加注转入大流量加注状态，加注至定量补加液位时，进行小流量定量补加。
2.3 加注方案
火箭加注推进剂来源于发射场区推进剂库房。加注前，推进剂库房根据调温要求，对推进剂进行调温，然后将氧化剂/燃料分别转注至推进剂加注槽车，再通过公路运输至发射工位。在发射工位将推进剂槽车与贮箱、气瓶车、废气处理车通过管路可靠连接。在完成全系统气检、置换、气电联试等工作后进行加注。
（1）燃烧剂加注。
偏二甲肼加注槽车配屏蔽泵2台，每台流量1500L/min，扬程50m;配电动隔膜泵1台，用于加注软管抽吸，流量3.5m3/h;配大、小流量计各1台，流量计精度优于0.5%;槽车有效容积50m3，最高工作压力0.3MPa，贮罐外壁做保温处理。
（2）氧化剂加注。
氧化剂加注槽车配屏蔽泵2台，每台流量1500L/min，扬程50m;配电动隔膜泵1台，用于加注软管抽吸，流量3.5m3/h;配大、小流量计各1台，流量计精度优于0.5%;推进剂槽车有效容积50m3，最高工作压力0.3MPa，贮罐外壁作保温处理。
2.4 供气方案
（1）用气需求。
加注系统：考虑置换、管线检测等，燃烧剂用气按400Nm3，氧化剂用气按400Nm3，控制用气按100Nm3，合计约900Nm3。
箭上用气：贮箱置换、气瓶充气等按在技术区进行考虑，箭上考虑贮箱增压、泄回补压用气等（约400Nm3），控制及其他用气约100Nm3。两项总计用气约为1400Nm3。供气压力暂按15MPa考虑。
（2）气瓶车配置。
拟考虑采用16m3/35MPa集装箱配备平板运输车进行保障（具体数量待用气需求明确后确定），供应15MPa以上氮气约1600Nm3。平板车长为40英尺，气体集装箱约30英尺，配气方舱10英尺，设置配气台（板），将集装箱的氮气减压分配后输送给发射台及加注系统使用。集装箱的氮气充气依托发射场保障条件。
2.5 废气处理方案
（1）偏二甲肼废气处理。
偏二甲肼与空气中O2发生反应，生成无害的CO2、N2和H2O，从而消除了偏二甲肼对环境的污染。其反应机理为：
4O2+（CH3）2N2H2====4H2O+2CO2+N2
37O2+2C12H26====26H2O+24CO2
在燃烧炉膛内还可以进行高温分解反应：
（CH3）2N2H2====2CH4+N2
CH4+2O2====CO2+2H2O
試验结果表明，燃烧过程平稳，偏二甲肼去除率达99.9%以上，尾气中其他物质的含量均达到国家规定的排放标准。
偏二甲肼废气处理车主要由工艺部分、控制部分和车辆载体3个部分组成。车辆载体提供运输和操作平台，工艺和控制是处理的核心单元，工艺和控制部分设备放置于8m长的方舱内。
（2）四氧化二氮废气处理。
四氧化二氮具有强氧化性，将四氧化二氮废气通入己达到一定温度的柴油燃烧炉中与助燃燃料进行燃烧反应，生成无害的CO2、N2和H2O，从而消除了四氧化二氮对环境的污染。其反应机理为：
37N2O4+4C12H26====52H2O+48CO2+37N2
37O2+2C12H26====26H2O+24CO2
在燃烧炉膛内还可以进行高温分解反应：
2NO2====2NO+O2
2NO====N2+O2
试验结果表明，燃烧过程平稳，四氧化二氮去除率达99.9%以上，尾气中其他物质的含量均达到国家规定的排放标准。
四氧化二氮废气处理车主要由工艺部分、控制部分和车辆载体三部分组成。车辆载体提供运输和操作平台，工艺和控制是处理的核心单元，工艺和控制部分设备放置于8m长的方舱内。
3 结语
该文分析了现有航天发射场加注系统的现状，考虑到今后小型商业火箭的发展需要，提出了小型火箭常规推进剂机动应急保障模式。通过分析小型火箭常规推进剂机动应急保障模式的优点，同时设计了机动应急保障初步方案，通过研制模块集成化的加注装备，可适应小型火箭的推进剂机动保障，应该具有广泛的前景，并能产生显著的经济和军事效益。
参考文献
[1] 万全，王东锋，刘占卿，等.航天发射场总体设计[M].北京：北京理工大学出版社，2015.
[2] 高敏忠.载人航天发射场系统（加注供气系统）[M].北京：国防工业出版社，2014：386.
[3] GJB 3138A-2003，导弹与卫星试验发射场常规推进剂库设计规范[S].
