肖智文 武 迪

(清华大学航天航空学院，北京100084)

推进剂交叉输送技术是指通过交叉输送管路和阀门等结构，将液体运载火箭助推级与芯级的贮箱或输送管连接起来，实现推进剂共用。在助推飞行阶段，助推器和芯级发动机仅消耗助推器贮箱内的推进剂，保证在助推器分离时，芯级贮箱仍保留满箱的推进剂[1-2]。目前，国际上仅有很少的航天器部分应用了推进剂交叉输送技术，例如美国的宇宙神D火箭[1]、航天飞机[3]、欧空局的阿里安4火箭[4]。猎鹰9重型运载火箭[5]也曾计划采用该技术。

本文主要研究使用推进剂交叉输送技术对捆绑型运载火箭运载能力的提高效果，并结合对最佳发射弹道及发射过程运动特点的研究，分析使用推进剂交叉输送技术的其他潜在收效。

1 计算模型建立

1.1 质量模型

运载火箭的起飞质量主要包括：有效载荷即运载火箭所要发射的卫星及其支承结构的质量；箭体结构质量即储罐、发动机、控制器等质量；推进剂质量。设一级、二级和助推级火箭的结构质量与所携带推进剂质量分别为m10，mF1，m20，mF2，mb0，mFb，有效载荷质量为mp，则火箭的起飞质量为

考虑发动机消耗推进剂的速率，设助推器、一级、二级火箭所携带的发动机消耗推进剂的速率分别为qb，q1，q2(kg/s)，且这些参数在发动机工作期间为常数，则运载火箭在发射阶段的质量变化方程为

其中，tb，t1，t2分别为助推级、一级、二级的分离时间，t2同样也是运载火箭结束发射任务的时刻。在传统发射分级模式下有