專利名稱：衛(wèi)星燃料添加系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及衛(wèi)星燃料添加操作。本發(fā)明特別涉及在發(fā)射場上將燃料如聯(lián)氨裝填到衛(wèi)星上。
所有衛(wèi)星其火箭發(fā)動機(jī)及推進(jìn)器都需要燃料。其它的推進(jìn)劑系統(tǒng)使用聯(lián)氨(N2H4)及聯(lián)氨混合物。聯(lián)氨及聯(lián)氨混合物是有害物質(zhì)，它們具有侵蝕、苛性腐蝕，爆炸及有毒特性。在運(yùn)輸及處理這些推進(jìn)劑料時必須特別小心。政府機(jī)構(gòu)也要求特殊程序。
在發(fā)射前衛(wèi)星上必須裝載有推進(jìn)劑燃料。例如一般用標(biāo)準(zhǔn)的55加侖圓桶來運(yùn)輸聯(lián)氨至發(fā)射場。在汽態(tài)時，由于在可以引起爆炸的快速率上的催化效應(yīng)或電火花，聯(lián)氨可自動分解。聯(lián)氨是有毒并且易于通過皮膚來吸入或吸收。國家職業(yè)安全及健康研究所(NIOSH)就處理聯(lián)氨提出了極端警告以減少由于暴露于聯(lián)氨引發(fā)癌癥的危險。NIOSH提出的標(biāo)準(zhǔn)指出應(yīng)控制工作場所空氣濃度使得在任何15分鐘的取樣期間內(nèi)工作人員暴露于空氣的濃度不大于0.04mg/m3(毫克/米3)(0.03ppm)。在美國商業(yè)部AD-A064675號文件“聯(lián)氨揮發(fā)的研究及小量溢出的清除程序”中可發(fā)現(xiàn)關(guān)于聯(lián)氨的附加信息。
聯(lián)氨的有害特性要求容器、運(yùn)輸方法具有特別證書并要特別處理。溢出被人為是有害事件并且在處理聯(lián)氨過程中溢出的潛在可能性要求特殊處理程序。在可能發(fā)生溢出的處理操作中，要求工作人員穿上配套的大氣增壓環(huán)境(atmospheric pressurized environment)(SCAEP)制服。所有非必要人員必須撤離可能暴露于聯(lián)氨的區(qū)域。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作是用燃料添加車，55加倫的聯(lián)氨圓桶，液氨(LN2)罐，氦He或氣態(tài)氮(GN2)罐，異丙基乙醇及廢物罐來進(jìn)行的。衛(wèi)星的燃料添加在4到8小時間需約6個工作人員并要求他的穿者SCAPE制服。衛(wèi)生的傳統(tǒng)裝配及燃料添加程序是復(fù)雜的及危險的。
那些在本領(lǐng)域中意識到有許多當(dāng)這些傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作相關(guān)的缺點(diǎn)及困難。這些缺點(diǎn)包括較高的溢出可能性，因此燃料添加操作的大部時間必須穿SCAPE制作服。由于這些制服的龐大體積特性，包含它們的所有操作是低效率的并且增加了由于例如碰撞設(shè)備而無意間發(fā)生的溢出的可能。此外，SCAPE制服非常貴且大大增加了衛(wèi)星燃料添加操作的成本。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的另一個缺點(diǎn)是不能從在衛(wèi)星與燃料車之間形成的連接處去除殘余燃料。殘余燃料是嚴(yán)重的健康及環(huán)境有害物。結(jié)果必須將聯(lián)氨液滴盛裝起來并進(jìn)行處理。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的另一個缺點(diǎn)是用55加侖圓桶從供應(yīng)商那里運(yùn)輸燃料(通常雖聯(lián)氨或聯(lián)氨混合物)。55加侖圓桶是體積龐大的且工作起來很困難并增加溢出可能性。圓桶在發(fā)射場是打開的并且燃料揮發(fā)氣體泄入環(huán)境。暴露于環(huán)繞增加了燃料被沾污的可能性。已污染的燃料不能再用且必須被丟棄。丟棄的燃料由于其是一種有害材料需要特殊程序。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的另一個缺點(diǎn)是55加侖圓桶內(nèi)燃料的量典型地超過衛(wèi)星所需。為了輸運(yùn)適當(dāng)量的燃料，傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作典型地要求在燃料添加地點(diǎn)將燃料稱重。稱重過程是耗時的并由于人為錯誤的可能性增加了錯誤地充填衛(wèi)星燃料罐的危險。55加它圓桶不能完全排空并且必須丟棄多余燃料。使用55加侖圓桶的另一個問題是美國交通部(DOT)最近已禁止用55加侖圓桶運(yùn)輸聯(lián)氨。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的另一個缺點(diǎn)是典型的燃料添加車需要附加上一個55加侖燃料圓桶，一個廢物桶，一異柄基乙醇桶，廢氣排出孔及(He)或氣態(tài)氮(GN2)瓶。這也需要增添多個與衛(wèi)星的連接。這些連接的每一個代表了一個溢出與暴露的機(jī)會。此外，每一個連接都耗時。發(fā)射設(shè)備必須具有可以處理聯(lián)氨的廢氣排出孔或提供有害氣體的凈氣器。
傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的另一個缺點(diǎn)是燃料添加車是復(fù)雜的導(dǎo)致了低的平均無故障時間(MTBF)。作為低的平均無故障時間的結(jié)果，要儲存?zhèn)溆貌考⑿枰貏e培訓(xùn)燃料添加地點(diǎn)的人員來修理燃料添加車。此外，傳統(tǒng)燃料添加車的復(fù)雜操作不允許非專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行燃料添加操作。對特殊培訓(xùn)過的人員的需求大大增加了傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作的成本。另一個個缺點(diǎn)是傳統(tǒng)燃料添加車需要電為真空泵及控制系統(tǒng)提供能量。電的使用大大增加電火花及爆炸的危險。
如可以看到的那樣，傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作是危險的，耗時并昂貴的，并需要處理大量有害廢物。用傳統(tǒng)衛(wèi)星燃料添加操作，典型地只能為一個衛(wèi)星發(fā)射作準(zhǔn)備。然而，在一個單個平臺上發(fā)射多個衛(wèi)星時，傳統(tǒng)燃料添加方式就太耗時且太昂貴了。當(dāng)在需要一個正?；A(chǔ)上發(fā)射多個衛(wèi)星時傳統(tǒng)方式也是做不到。
因而，所需的是一種方法和設(shè)備，它們以安全，快速并且是有效成本的方式為衛(wèi)星添加燃料同時減少有害廢料量。也需要一種為衛(wèi)星添加燃料的方法和設(shè)備，它們完全是自我充足的并不需要外界設(shè)備。也需要一種為衛(wèi)星添加燃料的方法和設(shè)備，它們不要求工作人員穿SCAPE制服。也需要一種為衛(wèi)星添加燃料的方法和設(shè)備，它們從與衛(wèi)星的連接處去除殘留燃料并且不使殘留燃料暴露于大氣環(huán)境。所需要的還有一種為衛(wèi)星添加燃料的方法和設(shè)備，它們?nèi)ハ?5加侖圓桶，防止出現(xiàn)燃料廢料及燃料的被污染使沒有燃料需要被處理。
所需要的還有一種方法和設(shè)備，用于為衛(wèi)星添加燃料，它們不需要在發(fā)射場稱重燃料并取消廢物圓桶，異柄基乙醇圓桶和廢氣排出口。因而所需要的還有一種方法和設(shè)備，它們減低在衛(wèi)星燃料添加操作中做的連接處的數(shù)目并取消對帶有廢氣出口或可處理聯(lián)氨的有害氣體凈氣器的發(fā)射裝置的要求。


圖1示出適用于本發(fā)明最佳實(shí)施例的一個衛(wèi)星和整體燃料添加艙的方框圖；圖2示出了適用于本發(fā)明最佳實(shí)施例的衛(wèi)星燃料添加程序的流程圖；本發(fā)明提供，這只是其中一部分，完全自我滿足并不需要外部設(shè)備的全配套(fully contained)衛(wèi)星燃料添加系統(tǒng)。它包括所要求量的精制推進(jìn)劑，增壓劑，真空罐及在發(fā)射前向衛(wèi)星添加燃料的傳統(tǒng)輸管路。本發(fā)明也提供向衛(wèi)星上裝填推進(jìn)劑的已改進(jìn)方法。
“衛(wèi)星”在這里的定義意味著任何人造物體成飛行器，它被用來環(huán)繞地球作圓周運(yùn)動或離開地球的大氣層并需要推進(jìn)劑來維持其運(yùn)動軌道的飛行軌道。術(shù)語“衛(wèi)星”被用來包括同步及軌道衛(wèi)星和/或包括低繞地軌道(Low earth orbiting)(LEO)衛(wèi)星的二者之結(jié)合。
為衛(wèi)星添加燃料的典型傳統(tǒng)程序要求燃料添加車，55加侖的聯(lián)氨，認(rèn)態(tài)氮(LN2)罐，增壓劑如氦He或氣態(tài)氮(GN2)罐，異丙基乙醇及廢物罐。傳統(tǒng)燃料添加車包括用于推進(jìn)劑及增壓劑的充填工具。傳輸管路與衛(wèi)星相連，開有排氣孔并進(jìn)行泄漏檢測。裝配異丙基乙醇及廢物罐并插入排放管(educatur)。將聯(lián)氨圓桶放在天平平臺上并稱重。將排放管裝置插入聯(lián)氨圓桶，與燃料添加車相連并進(jìn)行泄漏檢測。然后用燃料添加車以增壓劑為聯(lián)氨圓桶加壓至大約15psi(磅/英寸2)。在這個操作中，要求所有工作人員穿上貴重的，配套的大氣增壓環(huán)境(SCAPE)制服，因?yàn)橛斜┞队诼?lián)氨的危險。
在傳統(tǒng)燃料添加操作中，將燃料添加車連到設(shè)備115V交流(AC)電源，該電源用于真空泵及監(jiān)控溫度及壓力的控制系統(tǒng)。充填LN2冷凝氣瓣(cold trap)這樣沒有水汽或有害材料進(jìn)入真空泵。用在燃料添加車上的真空泵將推進(jìn)系統(tǒng)及抽空至約1托(torr)。打開聯(lián)氨排放管閥及燃料添加車流動控制閥這樣將聯(lián)氨在15psi壓力下傳輸動到衛(wèi)星燃料罐中。
在傳統(tǒng)燃料添加操作，然后是用增壓劑將衛(wèi)星燃料罐加壓至約50psi同時對于衛(wèi)星燃料罐的壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)控以發(fā)現(xiàn)不相容或泄漏的任何征象。打開增壓劑充填閥然后將衛(wèi)星燃料罐加壓到飛行壓力一般是300到600psi之間。然后用異丙基乙醇沖洗燃料傳輸管路并用增壓劑吹洗傳輸管路以稀釋任何殘留的聯(lián)氨。
在傳統(tǒng)燃料添加操作中，充填工具與衛(wèi)星是斷開的。工作人員也必須穿上SCAPE制服來進(jìn)行這個操作。持續(xù)監(jiān)測衛(wèi)星燃料罐的壓力和溫度等以檢測不相容或泄漏征象。對于從罐中卸出操作(detanking operations)如果需要就將聯(lián)氨圓桶斷開并將異丙基乙醇及廢物圓桶連接于上。從罐中排卸操作將推進(jìn)劑從衛(wèi)星燃料罐傾卸入廢料罐，以異丙基乙醇沖洗它并用氦He氣吹洗它。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施中，為一個衛(wèi)星提供整體燃料添加艙，或在幾個衛(wèi)星要加添燃料的場合向每一個衛(wèi)星提供一整體燃料添加艙。一個操作者只需將適當(dāng)?shù)拈y門轉(zhuǎn)向?yàn)槿剂霞訅翰樾l(wèi)星燃料罐加壓因?yàn)橥七M(jìn)劑和增壓劑的量是預(yù)先稱重和預(yù)先測量的。操作上的這個簡單性對于那些熟悉本領(lǐng)域的人們來說在閱讀下列描述后將更為明顯。
圖1示出了衛(wèi)星及適用于本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例的整體燃料添加艙的方框圖。衛(wèi)星50包括，這是其中一部分，由高壓線56連接的衛(wèi)星燃料罐52及閥門54。整體燃料添加艙10包括真空罐12，燃料傳輸罐14，增壓劑罐16及可調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器46?？烧{(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器最好具有至少100到500PSi的調(diào)節(jié)范圍。閥門26將增壓劑罐16與壓力調(diào)節(jié)器46的輸入相連。將壓力調(diào)節(jié)器46的輸出連到與閥門28及25相連接的三通閥43上。閥25連到燃料傳輸罐14的輸入上而閥28連到如所示的四通連接器41的第一口上。閥24連在燃料傳輸罐14的輸出與四通接接器41的第二口之間。閥27連在真空罐12與四通連接器41的第二口之間。
整體燃料添加艙10的輸出是四通連接器41的第四個口。低壓力線32連到真空罐12而高壓線33，34，35，36與38連到如所示的其它元件之間。那些熟悉本領(lǐng)域的人將理解到可能需要比如圖1所示更多的附加管線，閥門及其它元件。
整體燃料增加艙10也包括一輕便殼架(frame)(未示出，它是防腐蝕并與推進(jìn)劑相容的。鋁是可以使用的一種材料。殼架最好是與所安裝的回轉(zhuǎn)尾輪(caster)或輪子相連使得艙10可以輕易地被移動。殼架最好具有用于起重操作的整體叉式升降筐(integral fork lift pockets)，一個吊環(huán)及栓系點(diǎn)。
整體燃料添加艙10的輸出連到與閥門43相連的外部高壓力燃料傳輸管路42上。閥門23和閥門54在為衛(wèi)星添加燃料之前在連接處45連在一起。
在這些最佳實(shí)施例中，用一隋性氣體如壓縮氮?dú)饣驂嚎s氦氣來充填增壓劑罐16并希望被加壓在1200-2000磅、英寸2(psi)之間。增壓劑罐16最好是由美國交通部(DOT)批準(zhǔn)的壓力容器，定額在至少2000psi具有至少40標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(scf)容量。增壓劑最好是符合MZL-P-27407級B的要求。
最好用衛(wèi)星推進(jìn)劑如聯(lián)氨(N2H4)，單甲基聯(lián)氨(momomethyl-hydrazine)或聯(lián)氨混合物。然而，實(shí)際上任何推進(jìn)劑或氧化劑可以被盛在燃料傳輸罐14內(nèi)。最好是在燃料傳輸罐14中盛納100至400磅之間的聯(lián)氨及將其加壓至約100psi的相對低壓以防止污染。合乎需求的推進(jìn)劑滿足MIL-P-26538的純度要求。合乎需求地選擇推進(jìn)劑及增壓劑以其不要相互反應(yīng)。
在一個最佳實(shí)施例中，燃料傳輸罐14是一個燃料容器與USDOT178.61規(guī)格4BW免除(exemption)E11173一致并具有定額至少在500psi的高工作壓力及具有定額在至少750psi的檢測壓力。燃料傳輸罐可由高強(qiáng)度碳鋼制造但考慮到聯(lián)氨相容性也可由不銹鋼制造。在這個最佳實(shí)施例中使用304L不銹鋼。
真空罐12的制造最好根據(jù)USDOT1781.61規(guī)格4BW免除E11173而且考慮到聯(lián)氨相容性也可由不銹鋼制造。在這個實(shí)施例中，真空罐12的尺寸至少8加侖，體積約為1立方英尺。最好將真空罐12抽至約0.2Psia(磅/平方英寸面積)的壓力。
在這個最佳實(shí)施例中傳輸管路，配件(fittings)及管道系統(tǒng)是由一種不銹鋼構(gòu)造的，如304L及其它聯(lián)氨相容性材料。高壓燃料傳輸管路42最好是韌性聚器氟乙烯(Teflon)作襯里的軟管，圍繞有銹鋼編織物(braid)。
除了提供以推進(jìn)劑充填衛(wèi)星燃料罐52外，在一個最佳實(shí)施例中，整理燃料添加艙10包括線及連接處(未示出)以從衛(wèi)星燃料罐52中去除推進(jìn)劑。熟悉本領(lǐng)域的那些人的將知道如何去為此任務(wù)提供附加連接及元件。
圖2示出了適用于本發(fā)明一個實(shí)施例的衛(wèi)星燃料添加程序100的流程圖。如上面所提到的，當(dāng)要將推進(jìn)劑裝在衛(wèi)星上時，為每一個衛(wèi)星提供整體燃料添加艙10(圖1)。程序100的結(jié)果是在發(fā)射之前以必要的推動劑充填并為衛(wèi)星燃料罐52(圖1)來增壓。程序100也使整體燃料添加艙為再次使用作準(zhǔn)備。
在任務(wù)102中，燃料傳輸罐14(圖1)充滿推進(jìn)劑。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，可通過陸地或空中將燃料傳輸罐14送到推進(jìn)劑供應(yīng)廠商那里由推進(jìn)劑廠商為燃料傳輸罐14充填預(yù)定量的推進(jìn)劑。推進(jìn)劑預(yù)定量是大約為誤差在正或負(fù)一磅內(nèi)的衛(wèi)星燃料罐52(圖1)所需的量。就象熟悉本領(lǐng)域的人們將理解的用于充填燃料傳輸罐14的準(zhǔn)確程序?qū)Ρ景l(fā)明并不正確。在這個實(shí)施例中，封閉燃料傳輸罐14并從推進(jìn)劑廠商那里運(yùn)輸至發(fā)射裝置，要加燃料的衛(wèi)星放置在那里。
在任務(wù)104中，將燃料傳輸罐14裝在整體燃料添加艙10內(nèi)。最好檢查所有閥門來確保它的們是關(guān)閉的以致不發(fā)生泄漏。在一個實(shí)施例中，用增壓劑充填增壓劑罐16(圖1)是任務(wù)102的部分。在一個實(shí)施例中去除增壓劑罐16并由當(dāng)?shù)貜S商充填了增壓劑的類似罐去代替。然后將增壓劑罐16安裝在整體燃料艙10作為任務(wù)104的部分。
在另一個實(shí)施例中，充填增壓劑罐并且并不把它從艙10中去除。例如，將高壓線35與增壓劑罐16斷開并且用增壓劑充填增壓劑罐16。然后用高壓線35再連接到增壓劑罐16上。被充填的罐的壓力足夠高使衛(wèi)星燃料罐52(圖1)增壓至飛行壓力。熟悉本領(lǐng)域的人將理解怎樣確定所需壓力的量。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，由推進(jìn)劑供應(yīng)商進(jìn)行任務(wù)102及104。例如，將整體燃料添加艙10(圖1)送入推進(jìn)劑廠商，在那里從整理燃料添加艙上卸去燃料傳輸罐14及增壓劑罐16。推進(jìn)劑廠商用所需推進(jìn)劑充填燃料傳輸罐14并用增壓劑充填增壓劑罐16。二個罐都裝回整體燃料添加艙10并且將此裝并運(yùn)往發(fā)射場。
除了在上面討論的任務(wù)102及104中進(jìn)行的步驟，最好將真空罐12抽空到低于大氣壓的一個初始壓力并且將其在進(jìn)行任務(wù)106-122之前裝在整理燃料艙10上。
在任務(wù)106中，將整體燃料添加艙10連到衛(wèi)星50上。高壓燃料傳輸管路42連到整體燃料添加艙10的輸出上(即四通連接器41的第四口)及閥門23。閥門23及閥門54在連接處45連接在一起。在程序100內(nèi)的這點(diǎn)上，從燃料傳輸罐14而來的推進(jìn)劑準(zhǔn)備被傳輸?shù)叫l(wèi)星燃料罐52上。
在任務(wù)108中，將推進(jìn)劑以燃料傳輸罐14推入衛(wèi)星燃料罐52。需要將調(diào)節(jié)器(圖1)設(shè)在100到150Psi之間并最好在約120psi左右。打開閥門26使增壓劑從增壓劑罐16釋放，增壓劑罐16為高壓線34及36增。要開閥25，接著分別打開閥門24，23及54。當(dāng)閥門54打開時從燃料傳輸罐14來的推進(jìn)劑通過韌性高壓燃料傳輸管路42驅(qū)趕衛(wèi)星燃料罐52。在一短時間后，所有推進(jìn)劑將會從燃料傳輸罐14被運(yùn)輸運(yùn)衛(wèi)星燃料罐52。當(dāng)所有推進(jìn)劑被傳輸之后，從增16來的增壓劑開始流向衛(wèi)星燃料罐52。
在任務(wù)110中，用以增壓罐16來的增壓劑去吹洗高壓燃料傳輸管路42，閥門23，連接處45及閥門54。以增壓劑吹洗去除殘存在管路及連接處的大部分推進(jìn)劑。用增壓劑的吹洗進(jìn)行到系統(tǒng)壓力與衛(wèi)星燃料罐52包含的壓力平衡。這個壓力與在壓力調(diào)節(jié)器46已大約設(shè)定的壓力平衡。所希望的是衛(wèi)星燃料罐52被增壓到100與150psi之間的一個額定壓力。
關(guān)于任務(wù)108與110，一個本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可使用幾種方法來確定所有推進(jìn)劑從燃料傳輸罐14已被傳輸及系統(tǒng)內(nèi)壓已平衡的時間。例如，可使用位于高壓管路38內(nèi)的觀察孔(Sight glass)或也可在連接器41處安裝一壓力計使得可以在程序100期間內(nèi)觀察到壓力及變化率。另一種方法，也可觀察衛(wèi)星燃料罐52內(nèi)壓力。
在任務(wù)112中，衛(wèi)星燃料罐52被加壓到對衛(wèi)星操作必要的一個水平。希望衛(wèi)星燃料罐52被加壓到400與500psi之間。為了完成了任務(wù)112，閥門24及25關(guān)閉并且將調(diào)節(jié)器46設(shè)定到所希望的壓力水平。打開閥門28并且增壓劑從增壓劑罐16經(jīng)高壓燃料傳輸管路42流入衛(wèi)星燃料罐52。如那些熟悉本領(lǐng)域的人將明白的，由于在衛(wèi)星燃料罐52內(nèi)增加壓力可能導(dǎo)致該罐52內(nèi)產(chǎn)生熱量。在衛(wèi)星燃料罐52內(nèi)增壓劑的溫度最好通過控制罐52的增壓速率來限制。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，限制閥門28的尺寸以防止將允許衛(wèi)星燃料罐52內(nèi)過度溫度的增壓劑流率。在另一實(shí)施例中，三通閥43的入口處的小孔限制增壓劑流率。
在增壓劑冷卻及管路內(nèi)及衛(wèi)星燃料罐52的壓力平衡后，關(guān)閉閥門28并且然后關(guān)閉閥門54。閥門26也可關(guān)閉。在程序100內(nèi)的這個點(diǎn)上，衛(wèi)星燃料罐52的充填和增壓被完成。程序100的余下任務(wù)是轉(zhuǎn)到其它事項(xiàng)中的，清除及為整體燃料添加艙10的再使用作準(zhǔn)備。
在任務(wù)114中，打開閥門27將從高壓燃料傳輸管路42，閥54，閥23及連接處45來的被污染增壓劑抽進(jìn)真空罐12。在這些區(qū)域內(nèi)的增壓劑可能由于暴露于燃料傳輸過程中保留下來的殘余推進(jìn)劑而已被污染。真空從這些區(qū)域去除了這個已污染增壓劑而且也去除了任何殘留推進(jìn)劑。由于在上述任務(wù)108中已用增壓劑吹洗了這些區(qū)域，極小量推進(jìn)劑保留下來，但由于推進(jìn)劑的有害性，任務(wù)114去除任何所殘留下來的推進(jìn)劑。在去除了被污染增壓劑后，關(guān)閉閥門23，然后關(guān)閉閥27。任務(wù)114已去除任何殘留在連接處45的推進(jìn)劑并由此沒有推進(jìn)劑暴露于工作人員或環(huán)境。
真空罐12去掉了將任何氣體向大氣中排放并在將高壓燃料傳輸管路42與衛(wèi)星相互斷開之前減降管路中的壓力。真空罐12的應(yīng)用去降了對凈氣器的需求，傳統(tǒng)上用凈氣器使得逃之大氣中的推進(jìn)劑氣體量降低至最小。凈氣器并不總是可靠的并凈氣介質(zhì)必須作為有害廢物去除并處理。
在任務(wù)116中，整體燃料添加艙10與衛(wèi)星50在連接處45相互斷開。由于所有推進(jìn)劑從連接處45被去除，沒有液體或氣體推進(jìn)劑污染外部環(huán)境的危險。此外，在連接處45存在有一真空。
在程序100的這點(diǎn)上，衛(wèi)星燃料罐52已被充填推進(jìn)劑并被加壓，整體燃料添加艙已斷開。衛(wèi)星準(zhǔn)備發(fā)射?？稍谌魏螘r候進(jìn)行任務(wù)118-122，既可在衛(wèi)星發(fā)射之前也可以在發(fā)射之后，最好在發(fā)射之后。
在一實(shí)施例中，從整體燃料添加艙10中去除燃料傳輸罐14及真空罐12并被將它們運(yùn)至推進(jìn)劑供應(yīng)廠商，在那里再次充填燃料傳輸罐并再次將真空罐抽真空。在另一個實(shí)施例中，裝有燃料傳輸罐14及真空罐12的整體燃料添加艙10被運(yùn)至推進(jìn)劑供應(yīng)廠商。在這個實(shí)施例中，任務(wù)118至122在推進(jìn)劑供應(yīng)廠商處進(jìn)行。在任務(wù)120中真空罐再次被抽真空。最好由推進(jìn)劑供應(yīng)廠商從真空罐12中去掉已污染的增壓劑。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，真空罐12足夠大使得多個衛(wèi)星燃料添加操作不用再次將真空罐12抽真空可以進(jìn)行。
在任務(wù)122中，燃料傳輸罐14如在任務(wù)102中所討論的再充填推進(jìn)劑。推進(jìn)劑廠商將已充填的燃料傳輸罐14送回發(fā)射場。然后對在接下來的衛(wèi)星上進(jìn)行的接下來的燃料添加操作重復(fù)任務(wù)104-122。在另一實(shí)施例中，推進(jìn)劑廠商將整個的整體燃料添加艙10送回并重復(fù)任務(wù)104-122。
除了在程序100中所示的任務(wù)，為使整體燃料艙10作準(zhǔn)備以推進(jìn)劑及增壓劑充填衛(wèi)星燃料罐52其它未示出的任務(wù)可以是必要的。這些任務(wù)包括，這只是其中一部分，取代增壓劑，核實(shí)閥門和壓力調(diào)節(jié)器的適當(dāng)操作及在高壓線上進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。那些熟悉本領(lǐng)域的人們將能提供所需的其它任務(wù)。
雖然已用特殊最佳實(shí)施例通過具體例子描述了本發(fā)明，顯然對于那些熟悉本領(lǐng)域的人們來說很明顯有許多基于這里的描述的替換方案和變化，本發(fā)明試圖在權(quán)利要求中包括這樣的變化和替換方案。
如這里所描述的，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對于那些熟悉本領(lǐng)域的人來說是明顯的并且本發(fā)明提供了改進(jìn)的衛(wèi)星燃料添加系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是其操作的簡單性。整體燃料添加艙連到一個衛(wèi)星上，或者在要為幾個衛(wèi)星加燃料的場合，一個燃料添加艙連到每一個衛(wèi)星上。操作者簡單地將適當(dāng)閥門轉(zhuǎn)向向燃料施加壓力并為衛(wèi)星燃料罐增壓，因?yàn)橥七M(jìn)劑及增壓劑量已預(yù)先稱重了。
另一個優(yōu)點(diǎn)包括通過去除推進(jìn)劑暴露了環(huán)境增加了使用者的安全。另一個優(yōu)點(diǎn)是不需要流量計并且在發(fā)射場不需測量推進(jìn)劑。另一個優(yōu)點(diǎn)是由于推進(jìn)劑不暴露于人員或環(huán)境所以去除了對SCAPE制服的需求。另一優(yōu)點(diǎn)是由于只向衛(wèi)星提供所需的量故沒有推進(jìn)劑被浪費(fèi)。其它優(yōu)點(diǎn)包括實(shí)際上的沒有推進(jìn)劑被污染的機(jī)會而且去除了當(dāng)被污染而不能使用的推進(jìn)劑相關(guān)的處理問題。另一個優(yōu)點(diǎn)是不需要有害氣體、凈氣器。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致成本的大量節(jié)省，特別是對于發(fā)射許多衛(wèi)星的項(xiàng)目。
權(quán)利要求
1.將推進(jìn)劑從整體燃料添加艙(10)裝填進(jìn)衛(wèi)星燃料罐(52)的方法，所說整體燃料添加艙包括裝有預(yù)定量的推進(jìn)劑的燃料傳輸罐(14)，所說燃料傳輸罐具有一輸入和輸出，裝有增壓劑并具有一個與所說燃料傳輸罐的所說輸入相連的輸出的增壓劑罐(16)，及與所說燃料傳輸罐的所說輸出相連的一個真空罐(12)，所說方法包括步驟有用所說增壓劑將所說預(yù)定量的推進(jìn)劑從所說燃料傳輸罐經(jīng)一燃料傳輸管路驅(qū)趕進(jìn)所說衛(wèi)星燃料罐；并且將所說推進(jìn)劑的殘留量從所說燃料傳輸管路排出到所說真空罐。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所說燃料傳輸罐的所說輸出和所說真空罐是與所說整體燃料添加艙的輸出相連的并且其中該方法進(jìn)一步包括步驟有將所說整體燃料添加艙的所說輸出用所說燃料傳輸管路連到所說衛(wèi)星燃料罐上。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所說整體燃料艙包括在所說增壓劑罐的輸出上的一個閥門及在所說閥門當(dāng)所說燃料傳輸罐的所說輸入之間相連的一個可調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器，其中驅(qū)趕步驟進(jìn)一步包括步驟有設(shè)定所說可調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器；且打開所說閥門，并且其中所說方法進(jìn)一步包括步驟有用所說增壓劑清洗所說燃料傳輸管路；用所說增壓劑將所說衛(wèi)星燃料罐加壓到一預(yù)定范圍；而且將所說燃料傳輸管路與所說衛(wèi)星燃料罐斷開。
4.如權(quán)利要求1所要求的方法，其中供給步驟進(jìn)一步包括有提供所說整體燃料添加艙，該艙包括裝有所說預(yù)定量推進(jìn)劑的所說燃料傳輸罐，其中所說推進(jìn)劑是聯(lián)氨而且其中所說預(yù)定量是在所說衛(wèi)星燃料罐所需聯(lián)氨量的正或負(fù)一磅范圍內(nèi)，以及其中供給步驟也包括提供所說整體燃料添加艙的步驟，該艙包括裝有被增壓的He氦的增壓劑罐。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中由推進(jìn)劑供應(yīng)廠商執(zhí)行供給步驟并且這個方法包括將所說整體燃料添加艙運(yùn)往發(fā)射場的步驟，其中供給步驟包括的步驟有將裝有所說預(yù)定量推進(jìn)劑的所說燃料傳輸罐從推進(jìn)劑供方廠商運(yùn)至發(fā)射場及在所說發(fā)射場將所說燃料傳輸罐安裝在所說整體燃料添加艙內(nèi)，并且其中所說衛(wèi)星燃料罐具有一個輸入連接處而且其中排出步驟包括將推進(jìn)劑的額外的殘留量以所說燃料傳輸管路與所說衛(wèi)星燃料罐的所說輸入連接處之間的連接處排出的步驟
6.將推進(jìn)劑裝填到衛(wèi)星50上的方法，包括步驟有從推進(jìn)劑供應(yīng)廠商那里接收裝有預(yù)定量的所說推進(jìn)劑的燃料傳輸罐(14)；將所說燃料傳輸罐裝在燃料添加艙(10)內(nèi)；將所說燃料添加艙連到所說衛(wèi)星(50)上；將所說推進(jìn)劑從所說燃料傳輸罐驅(qū)趕進(jìn)所說衛(wèi)星的燃料罐(52)內(nèi)從所說燃料添加艙內(nèi)除去所說燃料傳輸罐；并且將所說燃料傳輸罐運(yùn)回所說推進(jìn)劑供應(yīng)商，而且其中連接步驟進(jìn)一步包括用一燃料傳輸管路(42)將所說燃料添加艙與所說衛(wèi)星相連的步驟，且其中這個方法進(jìn)一步包括用一真空罐(12)它是所說燃料添加艙的一部分來排清所說燃料傳輸管路的步驟，及其中排出步驟包括將所說推進(jìn)劑的殘留量從所說燃料傳輸管路排出到所說真空罐，所說方法進(jìn)一步包括接收具有預(yù)定真空度的所說真空罐。
7.用于將推進(jìn)劑通過一燃料傳輸管路裝入衛(wèi)星燃料罐(52)的整體燃料添加艙(10)，包括燃料傳輸罐(14)適于充填有預(yù)定量的推進(jìn)劑罐(14)，所說燃料傳輸罐具有一輸入和輸出；增壓劑罐16，它具有與所說燃料傳輸罐的所說輸入相連的輸出，所說增壓劑罐用于將預(yù)定量的所說推進(jìn)劑從所說燃料傳輸罐經(jīng)所說燃料傳輸管路驅(qū)趕入所說衛(wèi)星燃料罐；以及一個真空罐(12)，它與所說燃料傳輸罐的所說輸出相連，所說真空罐用于將推進(jìn)劑的殘留量從所說燃料傳輸管路排出。
8.如權(quán)利要求7的一個整體燃料添加艙，其進(jìn)一步包括有用于將所說燃料傳輸罐從所說整體燃料添加艙去除的裝置；用于由推進(jìn)劑供應(yīng)廠商為所說燃料傳輸罐充填所說推進(jìn)劑的裝置；用于接收已充填所說預(yù)定量推進(jìn)劑的所說燃料傳輸罐的裝置；以及用于將所說燃料傳輸罐安裝在所說整體燃料添加艙上的裝置，其中所說燃料傳輸罐的所述輸出與所說真空罐所說整體燃料艙的輸出相連，其中整體燃料添加艙進(jìn)一步包括有用于將所說整體燃料添加艙的所說輸出通過所說燃料傳輸管路連到所說衛(wèi)星燃料罐的裝置。
9.如權(quán)利要求8的整體燃料添加艙，其中所說增壓劑罐包含氦(He)增壓劑，所說整體燃料添加艙進(jìn)一步包括有在所說增壓劑罐的輸出上的閥門(35)；連在所說閥門與所說燃料傳輸罐所說輸出間的可調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器，所說氦(He)增壓劑在所說閥門打開時驅(qū)趕所說推進(jìn)劑進(jìn)入所說衛(wèi)星燃料罐；用于以所說增壓劑清洗所說燃料傳輸管路的裝置；用所說增壓劑將所說衛(wèi)星燃料罐(52)加壓到預(yù)定范圍內(nèi)的裝置；以及將所說燃料傳輸管路(42)從所說衛(wèi)星燃料罐斷開的裝置。
10.如權(quán)利要求9的整體燃料添加艙，其中所說推進(jìn)劑是聯(lián)氨且其中所說的預(yù)定量是由所說衛(wèi)星燃料罐所需的聯(lián)氨量的正或負(fù)一磅范圍內(nèi)，且所說增壓劑罐充有被加壓的氦He，以及其中所說其空罐的所說輸出通過閥門相連到所說燃料傳輸罐的所說輸出上，其中所說閥門打開以使從所說燃料傳輸管路排出所說殘留的推進(jìn)劑量。
全文摘要
配套燃料添加艙在衛(wèi)星(50)發(fā)射前為衛(wèi)星的燃料添加提供所必要的準(zhǔn)確的聯(lián)氨量。燃料添加艙(10)包括推進(jìn)劑槽(14),真空槽(12)及增壓劑槽(16)。充滿聯(lián)氨的推進(jìn)劑槽(14)被運(yùn)送發(fā)射地點(diǎn),在那里將其將在燃料添加艙(10)內(nèi)。在發(fā)射前,將燃料添加艙連到衛(wèi)星上并且以氦He增壓劑驅(qū)動聯(lián)氨進(jìn)入衛(wèi)星燃料槽(52)。氦He也將衛(wèi)星燃料槽(52)加壓至飛行壓力。用真空槽將任何剩余燃料從連接處(45)及燃料傳輸線(42)排空。操作人員不一定非穿配套的大氣加壓環(huán)境(SCAPE)制服不可,因?yàn)闆]有暴露于聯(lián)氨的危險。
文檔編號F04F1/02GK1173158SQ95197400
公開日1998年2月11日 申請日期1995年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月19日
發(fā)明者詹姆斯·愛德華·哈曼特, 約翰·里斯·麥克布萊德, 戴維·赫謝爾·卡巴格 申請人:摩托羅拉公司