一种可重复使用地月运输系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可重复使用地月运输系统及方法，所述系统包括亚轨道运载火箭、天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器；所述亚轨道运载火箭用于将所述天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器从地面发送至地球亚轨道后返回地球；所述天地往返飞行器用于将所述地月运输飞行器和登月飞行器送入近地轨道后返回地球；所述地月运输飞行器用于将所述登月飞行器送入月球低轨道，并回收所述登月飞行器的上升级后返回地球；所述登月飞行器从月球低轨道下降着陆月面开展探测活动。本发明专利技术的可重复使用地月运输系统，具备全月面可达、任意时刻返回的任务能力，并通过返回地球重复使用的方式有效降低单次任务成本，有望推动月球探测的可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
一种可重复使用地月运输系统及方法
本专利技术涉及飞行器设计相关
，具体设计一种可重复使用地月运输系统及方法。
技术介绍
重返月球、开发月球资源、建立月球基地等载人月球探测活动已成为世界航天的必然趋势和研究热点。实施载人月球探测是推动我国载人航天持续发展、促进国家科技实力进步的科学选择和有效途径。目前世界上载人月球项目方案主要有两类：类阿波罗(Apollo)方案以及类星际飞船(Starship)方案。类阿波罗方案的各飞行器功能严格区分，大部分飞行器不能回收。类阿波罗方案成本很高，不利于月球探测的可持续发展。类星际飞船方案仅由两个飞行器组成，方案简洁，但推进剂消耗大，设计难度高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可重复使用地月运输系统及方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种可重复使用地月运输系统，包括亚轨道运载火箭、天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器；所述亚轨道运载火箭用于将所述天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器从地面发送至地球亚轨道后返回地球；所述天地往返飞行器用于将所述地月运输飞行器和登月飞行器送入近地轨道后返回地球；所述地月运输飞行器用于将所述登月飞行器送入月球低轨道，并回收所述登月飞行器的上升级后返回地球；所述登月飞行器从月球低轨道下降着陆月面开展探测活动。本专利技术的有益效果是：本专利技术的可重复使用地月运输系统，具备全月面可达、任意时刻返回的任务能力，并通过返回地球重复使用的方式有效降低单次任务成本，有望推动月球探测的可持续发展。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述登月飞行器还包括载人舱和下降级；所述登月飞行器的下降级将所述登月飞行器从月球低轨道减速降落至月面，进行探测活动；所述登月飞行器在月面发射时抛弃下降级；所述登月飞行器的上升级将所述登月飞行器从月面发射进入月球低轨道，然后从月球低轨道进入快速地月转移轨道，最后从快速地月转移轨道进入大椭圆地球轨道，在大椭圆地球轨道上被所述地月运输飞行器捕获后返回地球；所述登月飞行器的载人舱在地球低轨道高度处再入着陆地面。采用上述进一步方案的有益效果是：登月飞行器的载人舱为航天员提供整个飞行任务阶段的生命支持，以及从地球低轨道再入地球着陆过程的安全保障；登月飞行器的下降级提供登月飞行器从月球低轨道着陆月面的减速动力，使登月飞行器安全着陆月球；在登月飞行器发射升空时，下降级被分离抛弃，上升级为登月飞行器提供从月面到地球低轨道的返回动力，并在地球低轨道高度处择机释放载人舱；登月飞行器的上升级继续沿着大椭圆地月转移轨道飞行并且择机被地月运输飞行器捕获回收。进一步，所述登月飞行器的上升级上安装有同时为上升级和下降级提供动力的发动机；所述下降级包括安装在所述上升级四周的若干储箱和安装在上升级底部的着陆腿。采用上述进一步方案的有益效果是：上升级和下降级共用一套发动机并将发动机安装在上升级上，下降级仅包括一次性使用的储箱和着陆腿，代价损失小。进一步，所述天地往返飞行器和地月运输飞行器并排布置在亚轨道运载火箭的上端。采用上述进一步方案的有益效果是：天地往返飞行器和地月运输飞行器采用并联方式组合后再与亚轨道运载火箭串联，便于亚轨道运载火箭将其发射和与之分离。进一步，所述亚轨道运载火箭上端周侧设有若干用于着陆过程气动减速的栅格翼，下端周侧设有若干作为着陆地面时支撑装置的着陆腿；所述亚轨道运载火箭采用液氧甲烷发动机用于提供从地面发射的动力。采用上述进一步方案的有益效果是：选用栅格翼用于亚轨道运载火箭再入着陆过程的气动减速控制。进一步，所述天地往返飞行器采用小翼升力体气动外形，其表面设有隔热瓦；所述天地往返飞行器上设有扩大气动减速阻力面积的襟翼以及作为着陆地面支撑装置的着陆腿。采用上述进一步方案的有益效果是：天地往返飞行器采用小翼升力体气动外形，利用空气阻力减速和发动机反推控制实现垂直软着陆。隔热瓦的设置可用于防热保护。进一步，所述地月运输飞行器内部具有用于容纳所述登月飞行器的载荷空间，所述地月运输飞行器上设有用于释放或回收登月飞行器的舱门。进一步，所述地月运输飞行器与所述天地往返飞行器具有相同的气动外形，其表面设有隔热瓦；所述地月运输飞行器上设有扩大气动减速阻力面积的襟翼以及作为着陆地面支撑装置的着陆腿；所述地月运输飞行器上安装有能够折叠的太阳帆板。采用上述进一步方案的有益效果是：地月运输飞行器采用与天地往返飞行器几乎完全相同的外形和结构设计，有利于降低加工与制造的周期和成本；其上太阳帆板的设置为空间飞行提供能源。一种可重复使用地月运输方法，包括以下步骤：S1，亚轨道运载火箭将天地往返飞行器以及内部含有登月飞行器的地月运输飞行器从地面发射进入地球亚轨道；S2，亚轨道运载火箭与天地往返飞行器和地月运输飞行器分离，返回地面；S3，天地往返飞行器将地月运输飞行器以及登月飞行器从地球亚轨道送入地球低轨道；S4，天地往返飞行器与地月运输飞行器分离，返回地面；S5，地月运输飞行器从地球低轨道进入快速地月转移轨道；S6，地月运输飞行器从快速地月转移轨道进入月球低轨道，择机释放登月飞行器；S7，登月飞行器从月球低轨道下降着陆月面，开展月球探测活动；S8，登月飞行器抛弃下降级，从月面发射进入月球低轨道；S9，登月飞行器从月球低轨道进入快速地月转移轨道；S10，登月飞行器在地球低轨道高度处释放载人舱；S11，登月飞行器的载人舱从地球低轨道高度处再入着陆地面；S12，登月飞行器的上升级从快速地月转移轨道进入大椭圆地球轨道；S13，地月运输飞行器从月球低轨道进入低能耗月地转移轨道；S14，地月运输飞行器从低能耗月地转移轨道进入大椭圆地球轨道，捕获登月飞行器的上升级；S15，地月运输飞行器通过大气制动减速从大椭圆地球轨道进入地球低轨道；S16，地月运输飞行器从地球低轨道再入着陆地面。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法，具备全月面可达、任意时刻返回的任务能力，并通过返回地球重复使用的方式有效降低单次任务成本，有望推动月球探测的可持续发展。附图说明图1为本专利技术可重复使用地月运输系统示意图一；图2为本专利技术可重复使用地月运输系统示意图二；图3为本专利技术可重复使用地月运输系统的亚轨道运载火箭示意图；图4为本专利技术可重复使用地月运输系统的天地往返飞行器示意图；图5为本专利技术可重复使用地月运输系统的地月运输飞行器示意图；图6为本专利技术可重复使用地月运输系统的登月飞行器示意图；图7为本专利技术可重复使用地月运输系统的任务规划流程示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、亚轨道运载火箭；11、液氧甲烷发动机；2、天地往返飞行器；3、地月运输飞行器；31、太阳帆板；32、舱门；4、登月飞行器；41、载人舱；42、下降级；43、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，包括亚轨道运载火箭、天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器；所述亚轨道运载火箭用于将所述天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器从地面发送至地球亚轨道后返回地球；所述天地往返飞行器用于将所述地月运输飞行器和登月飞行器送入近地轨道后返回地球；所述地月运输飞行器用于将所述登月飞行器送入月球低轨道，并回收所述登月飞行器的上升级后返回地球；所述登月飞行器从月球低轨道下降着陆月面开展探测活动。/n

【技术特征摘要】
1.一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，包括亚轨道运载火箭、天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器；所述亚轨道运载火箭用于将所述天地往返飞行器、地月运输飞行器和登月飞行器从地面发送至地球亚轨道后返回地球；所述天地往返飞行器用于将所述地月运输飞行器和登月飞行器送入近地轨道后返回地球；所述地月运输飞行器用于将所述登月飞行器送入月球低轨道，并回收所述登月飞行器的上升级后返回地球；所述登月飞行器从月球低轨道下降着陆月面开展探测活动。


2.根据权利要求1所述一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，所述登月飞行器还包括载人舱和下降级；所述登月飞行器的下降级将所述登月飞行器从月球低轨道减速降落至月面，进行探测活动，所述登月飞行器在月面发射时抛弃下降级；所述登月飞行器的上升级将所述登月飞行器从月面发射进入月球低轨道，然后从月球低轨道进入快速地月转移轨道，最后从快速地月转移轨道进入大椭圆地球轨道，在大椭圆地球轨道上被所述地月运输飞行器捕获后返回地球；所述登月飞行器的载人舱在地球低轨道高度处再入着陆地面。


3.根据权利要求2所述一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，所述登月飞行器的上升级上安装有同时为上升级和下降级提供动力的发动机；所述下降级包括安装在所述上升级四周的若干储箱和安装在上升级底部的着陆腿。


4.根据权利要求1所述一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，所述天地往返飞行器和地月运输飞行器并排布置在亚轨道运载火箭的上端。


5.根据权利要求1所述一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，所述亚轨道运载火箭上端周侧设有若干用于着陆过程气动减速的栅格翼，下端周侧设有若干作为着陆地面时支撑装置的着陆腿；所述亚轨道运载火箭采用液氧甲烷发动机用于提供从地面发射的动力。


6.根据权利要求1所述一种可重复使用地月运输系统，其特征在于，所述天地往返飞行器采用小翼升力体气动外形，其表面设有隔热瓦；所述天...

【专利技术属性】
技术研发人员：高扬，刘伟，张晨，张皓，孙洋，王艾雪，王驰，符弘岚，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京;11