集成流体管理(Integrated Vehicle Fluids,IVF)技术是为氢氧上面级适应长时间在轨而提出的新技术手段,通过将贮箱内液氢液氧及氢氧蒸气与内燃机技术结合,可实现贮箱增压、姿控、供电等功能一体化,代替传统的氦气增压子系统、肼类姿控子系统、电池电源子系统,减轻上面级系统质量,适应在轨数天至数周的飞行任务。研究IVF技术,对提高我国氢氧上面级长时间在轨能力具有重要意义。本文在IVF概念的基础上,提出适用于我国长时间在轨氢氧上面级的低温推进剂集成管理(Integrated cryogenic propellant management,ICPM)方案:氢氧上面级搭载ICPM系统,利用氢箱的氢蒸气和氧箱的液氧,实现贮箱增压、姿控、供电等功能。根据模块化建模思想,将ICPM系统划分为氢压缩机、氧活塞泵、氢氧内燃机、发电机、电池、氢氧气瓶、管路、换热器、氢氧推力器、阀门等组件,采用AMESim商业软件建立各组件模型,组成ICPM系统仿真模型,开展仿真研究。以氢氧上面级奔月的任务为背景,开展ICPM系统在轨工作过程仿真,研究了组件的工作模式和参数变化规律,分析各组件的工作特性。通过计算氢氧上面级动力系统质量,相比传统动力系统方案,ICPM方案具有重量上的优势。针对核心组件氢氧内燃机转工况时参数变化剧烈现象,提出内燃机PI调速控制策略,建立氢氧内燃机系统仿真模型,仿真研究氢氧内燃机系统转工况的动态特性。结果表明,PI调速控制策略是一种有效的氢氧内燃机控制策略,能够实现氢氧内燃机转工况时参数的大范围调节和快速响应;PI控制器中,比例系数k_p、积分系数k_i对系统的动态特性均有显著影响。采用遗传算法,以上面级动力系统质量为优化目标,优化ICPM系统中氢压缩机流量、氢氧气瓶压力控制上限、氢氧气瓶容积等组件参数。结果表明,采用遗传算法,能够快速得到组件参数的最优解,优化上面级动力系统质量,是ICPM系统组件参数优化设计的有效技术手段。