李慧强徐 旭朱清波靳雨树

(北京航空航天大学宇航学院，北京 102206)

1 引言

火星大气的主要成分是二氧化碳，火星表面大气压约为500～700 Pa，且昼夜温差大，环境条件恶劣，因此，火星探测任务对在火星大气中工作的推进系统提出了更高的要求。

从1989年开始，Yuasa等对以二氧化碳为氧化剂的火星吸气式动力进行了研究，包括往复式动力、涡轮喷气动力及冲压发动机，结果表明冲压发动机比较可行。基于某些金属、非金属可与二氧化碳进行燃烧反应，研究人员提出利用火星上的二氧化碳作为氧化剂的粉末燃料冲压发动机方案。这种发动机兼具比冲及密度比冲优势，能量高、体积小，可实现多次启动及推力调节，且直接利用火星大气，实现了火星资源的原位利用，是一种具有广阔应用前景的新型推进方式。

20世纪40年代，研究人员就提出将某些金属或非金属粉末作为发动机的燃料。Goroshin等提出将金属粉末作为高超声速冲压发动机的燃料并设计了冲压发动机在助推段和巡航段的方案；法国航空航天研究院完成了直径200 mm的金属粉末燃料冲压发动机的地面直连试验，并指出金属粉末发动机具有比冲高、大范围流量可调、维护方便等优点；Linnell等对工作在火星的冲压发动机进行了初步设计，设计了一种进气道结构，给出了燃烧室长度与飞行马赫数和粉末粒径的关系曲线；Gonyea等提出了火星吸气式推进系统，研究了反推发动机的性能和发动机在火星再入、上升、着陆过程中的使用前景。……