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中科航天
“我最喜欢的是团队奋斗的黄昏，余晖透过实验室的窗户。 这一年，我们一起低头论证、实验，反复，抬头是实验成功的瞬间，一幕幕幕历历在目，阶段性实验的成功让我们欢欣鼓舞。 ”——明爱珍，中科航天运载火箭结构系统设计师，冷气分离系统负责人。 背景篇传统运载火箭级间分离多采用固体火箭作为分离冲量。 固体火箭能提供的能量大于冲击，但对安全性要求极高，需要专门的仓库和具备相应防爆等级的厂房进行储存和安装，且安装时需要配套的抗静电措施，对储存和使用环境要求也很高。 其次固体小火箭工作时的气体射流会产生污染，不适合上级和星罩分离。 机械分离弹簧克服了火工固体小火箭的缺点，可靠性高，但由于提供的分离冲量小，且自身重量重，不能满足减重要求。 因此，开发新型非火工能源已成为国内外航天器分离系统研究的重要方向，以空气为能源的脉冲装置层出不穷，日趋成熟，国外SPACEX已采用冷气系统作为脉冲分离装置。 中科航天研制的运载火箭末级间离子在国内首次采用冷气挤压系统作为分离冲量装置。 具体采用排气式冷气分离装置以高压气体为能源，经喷嘴扩张膨胀将压力能转化为速度能，产生冲量。 弹射是指活塞式工作筒，解决了射流的不稳定性。 理论篇冷气挤出系统包括一个或多个气瓶、组合阀、电磁阀、一个或多个工作筒挤出装置、管路。 气瓶充装高压气体，开关阀为常闭式。 分离信号发出后，阀门打开，高压气体通过复合阀门填充挤出装置的型腔。 当两者分离并解除锁定时，推杆被高压气体迅速推出，从而两者被推开，分离。
图1推力与直径、长度的关系随着活塞筒内径的减小，推杆推力减小，但活塞筒截面积与推力不是线性关系，随着截面积的减小，推力下降越来越快。 为了稳定推力，首先改进设计了冷气顶出系统，可以在启闭阀门之前/之后增加减压阀。 减压阀应确保稳定的气压输出，气瓶中的空气量足够多。 气量的影响因素包括气瓶压力和气瓶体积，分析了气瓶体积/挤出装置体积、气瓶压力与挤出棒推力的关系，结果如图2所示。
图2推杆推力与气瓶压力、气瓶体积的关系试验篇冷气顶出系统从理论论证到系统级试验历时整整一年，从单机原理性试验到模块级试验，后续系统级试验均严格遵循研发流程，原理试验经历了单杆挤压综合试验、多杆挤压综合试验、保压可靠性试验、环境振动试验、系统噪声试验、时序匹配试验
图3系统级冷气分离试验冷气挤出分离系统多项关键技术在国内初探并应用于工程项目。 系统间分离试验结果表明，冷气顶出系统的设计与理论要求吻合较好，产品满足性能要求。
图4冷气分离系统
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