小型电液推杆光液之七（上篇）--

光液之七（上篇）--第五部：LY电推基本概念及微积分模型

全文：（1）生物化学推进剂大力推进操控性严重不足宿命了人类文明外太空积极探索的脚步，只有电推发动机才能实现人类文明多地球存活繁殖的心愿。

（2）简单扼要地如是说lightyear电推控制系统及乙烯/液氢可多次重复升空大力推进器。并将LY大力推进控制系统的科学研究形式做一个归纳。（上篇文本）

（3）多因定参法是LY电推控制系统科学研究操作过程及形式关键性观念形式，而区段商业价值打分法是多因定参法计算不会偏移强化目标的形式。（长篇文本）

（4）如何应用领域多因定参法参与角力、市场竞争合作、资源分配（第一卷文本）

关键性字：电推；空间控制器；多因定参法；区段商业价值打分法。

0大背景说明

以地月来往的商业模式为公理的文本太少，如全部详细叙述，总页数不高于五千。责任编辑只是最简单地如是说其基本概念和微积分模型。任何人类文明暴力行动或思索都能采用词汇，图象，镜头来叙述。也能采用微积分形式来抒发，微积分形式是最概要明了的抒发形式。这里通过归纳简述自学lightyear的操作过程，得出结论三种比较重要的工程建设微积分模型。

指涉多因定参法 地月来往=y1+y2+...+yi...+yn-1+yn

地月来往的是选用多级大力推进器的。假设有n级大力推进器，六级控制系统选用yi表示。如将水星四号，和地月来往航天器，看作是一个整体，这是二级。再将水星四号拆分为二级。那么整个控制系统是二级的。将地月来往的控制系统的速度存量拿出来，分析强化这个控制系统。其操作过程如下表所示：电液推杆

参照《大力推进器发动机基础》94页

图 1 地月来往需要的速度存量

由此得到公式 地月来往控制系统的速度存量操控性 （17.7km/s）=y1+y2+...+yi...+yn-1+yn

yi是每一级的速度存量因子。这里设定

地面到LEO速度存量=y1，LEO到LRO速度存量=y2，LRO到月面速度存量=y3，月面到LRO速度存量=y4，LRO到LEO速度存量=y5，LEO到地面速度存量为=y6。

我们知道y1~y6为常数。如果将y1~y6套入速度存量公式

和存量喷气速度关系

我们知道以一定质量从地面出发，然后到达月面，最终返回地球的关系式中。外因关联数列是y1~y6之间的质量比，比例因子是始发质量和存量完成后的剩余质量，积分因子是y1~y6之间的喷气速度，微分因子（故障率）和分布函数因子（产品质量）是稳定的，不用考虑的。按照多因定参法的强化顺序。需要最先强化y1~y6的质量比，就一定的技术水平来说，这个比是一定，但是考虑月球上能生产补充推进剂。那么如果能够在月面增加推进剂，那么这个强化会是最先进行的，对整个控制系统的强化也是最明显的。比列因子是第二个需要强化，比如降低最终回来到地面的质量。积分因子是第三个强化，分别提高y1~y6之间各个飞行器发动机的喷气速度。积分对整个控制系统的响应是很灵敏的。电液推杆

在spacex的可多次重复升空大力推进器取得成功之后y1还能拆分为y1.1和y1.2.其中y1.1是可多次重复升空大力推进器速度存量，y1.2是一次性上面级大力推进器。将可多次重复升空大力推进器单独看作一个控制系统。则有 （17.7km/s）-y1.1=y1.2+y2+y3+y4+y5+y6。

由上面的分析知道，在月面补充推进剂和提高飞行器发动机喷气速度是比较有效的强化形式。而可多次重复升空大力推进器的引入，相当于降低了地月来往的速度存量需求。

基于上面的分析结果。我们知道y1.2，y3，y4和y6因其反应时间短，必需是选用生物化学直燃的，生物化学推进剂喷气速度提高的空间已不多。y2和y5，即LEO和LRO之间的来往，能选用时间换操控性，积分的时间越长，喷气速度越高。这个地月来往控制系统的强化效果越好。

可多次重复升空乙烯/液氢大力推进器、LY电推控制系统就是这一强化操作过程的结构。具体的定量分析、及强化操作过程在这里不展开。（这分析强化操作过程会以比较专业文章给出，责任编辑是科普性质的自学笔记）电液推杆

1可多次重复升空乙烯液氢大力推进器

可多次重复升空大力推进器的引入，大幅降低了航天器的升空成本。那么什么样的可多次重复升空大力推进器才是最好的呢？

我们看一下下面的四种大力推进器燃烧反应方程式

CH3OCH3(g) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(l)；△H = -1455 kJ/mol

2C12H26（l）+37O2（g）═24CO2（g）+26H2O（l），△H=-17142.8kJ•mol-1

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-896kJ•mol-1

C2H8N2（l）+2N2O4（l）═2CO2（g）+3N2（g）+4 H2O（g）△H=-2550 kJ•mol-1知乙烯、煤油、甲烷与氧气 和 二甲肼/四氧化二氮燃烧可做功分别为10.25MJ/KG,11.25MJ/KG,11.2MJ/KG和10.45MJ/KG。目前美国spacex在可多次重复利用大力推进器上选择煤油作为推进剂，未来还会推出选择甲烷为推进剂的BFR。中国载人航天长二F大力推进器选用二甲肼与液态四氧化二氮作为推进剂。

这是工程建设实践中选择的路径。这样的技术选择是是不是最好呢？

由《大力推进器发动机基础》知道发动机喷气速度跟推进剂燃烧所释放能量，分子量大小，排气压力温度有关。燃烧释放能量是最关键性的，有燃烧反应方程式知道，甲烷和煤油的单位质量推进剂释放能量相当，乙烯/液氢 和二甲肼/四氧化二氮单位质量推进剂释放能量相当。甲烷、煤油的比乙烯/液氢 、二甲肼/四氧化二氮释放多10%左右。电液推杆

综合技术实现难易程度，采用成本、安全等等方面的考虑，能知道乙烯/液氢作为可多次重复升空大力推进器的推进剂是最佳。

乙烯/液氢可多次重复采用发动机还会是LRO与月面来往的动力。从地球上将甲烷、乙烯推进剂运送到LRO。从LRO采用乙烯/液氢可多次重复采用发动机给月球软着陆登陆航天器减速。航天器利用月面上的氧气，与从地面带来的甲烷生成乙烯作为从月面返回地面的推进剂。这样的技术安排能节约从月面到地面需求推进剂的80%质量。

2LY电推如是说

图 2 LY电推图示

图2是lightyear空间电推控制系统。除二氧化碳和电弧发动机外，其他控制系统的最高温度不超400℃。该控制系统以乙烯和液氢为储能介质，通过重整乙烯得到氢气，150℃的氢气和液氢在氢氧推进剂电池反应生成水。氢氧推进剂电池的发电效率为50%。另外50%转化为热能，为了使得热能能够及时散热，将氢氧电池的产物水进行热交换，获得400℃的水蒸气与乙烯重整制氢，另外获得99℃的液态水存储起来。乙烯重整器出来的二氧化碳经过热交换后温度上升到800℃左右。将炽热的二氧化碳送到电弧发动机控制系统，电弧发动机控制系统采用推进剂电池和太阳能电池板的电能。将二氧化碳及少量水蒸气加热后，以非常高的喷气速度喷出。电弧发动机的比冲在800~1000S之间。电液推杆

当乙烯和氧气消耗完，重整器无法提供二氧化碳，电弧发动机控制系统采用太阳能电池板和储能电池，以存储起来的水为工作介质继续工作。其比冲仍在800~1000S之间。

LY电推控制系统也能采用一个功率质量比很好的内燃发动机燃烧氢气和氧气，提供高功率空间控制器控制系统。

2.1空间发动机遇到的问题

空间发动机如果采用生物化学直燃发动机，如煤油/液氢，液氢/液氢发动机。因其自带能量，大力推进效率高。但生物化学直燃发动机的理论比冲很低，不超过512s。空间大力推进需要高操控性、高比冲的发动机。最佳的形式是电大力推进，电推的种类有数十种之多。操控性、技术成熟程度也差别很大。目前最有采用商业价值的是电弧、MPDT、等离子和霍尔发动机。而电推的难点在于电能来源。电能来源的难点在于散热。不管是太阳能电池板、还是生物化学能源。发电需要考虑工程建设实现难易程度、发电效率和热力学第二定律即卡诺循环的限制。发电操作过程中没有变成电能的能量必需通过向真空散热将能量分散出去。不然发电控制系统和发动机控制系统将会因高温无法工作。即便是最好的氢氧推进剂电池最高发电效率也只达到60%，加之各个电能采用环节产生的热能。最少有50%左右的热能需要散发出去。电液推杆

LY电推控制系统就是要解决散热问题，提高电推发动机大力推进效率。

2.2LY电推控制系统如果解决问题

图 3 常见的电推发动机

在众多的电推发动机中，电弧是效率较高，技术实现程度成熟的。采用区段商业价值打分法将所有发动机操控性、技术特性通过定量、定性分析。我们得到。当前技术水平下，选用20~100KW的空间控制器，最近搭配发动机是电弧发动机。选用100~400KW空间控制器最佳搭配是MPDT。这也将会是地月来往的主要技术形式。

LY电推控制系统是靠生物化学反应将热量多次重复利用，选用先把水存储起来，喷射二氧化碳，然后再喷射水的形式，提高了喷气速度，减少了控制器散热要求，提高了生物化学能转换电能的效率。

3结论

LY地月来往电推如果能够实现，也许能够成为一种新的空间动力。乙烯液氢大力推进器工程建设实现和操控性更优于煤油液氢或甲烷液氢大力推进器。责任编辑可为正规从事航天事业的技术人员提供更多可能性。LY电推和乙烯液氢大力推进器的突出操控性。如果工程建设实践，其操控性如责任编辑所描写的相近，那么这两个新概念的航天器将能够实现在月球维持一个数万人的积极探索站。当然，这里写的文本不一定正确，也可能实现不了。电液推杆

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