從地面到天空--航天器發(fā)射過程.ppt

1、第六章從地面向天空發(fā)射宇宙飛機(jī)的過程，從倒計(jì)時(shí)開始，火箭發(fā)射到最后分離，這個(gè)過程看起來很簡單，但是是關(guān)于成敗的旅行，很多宇宙飛機(jī)失敗的是這個(gè)階段，宇宙飛行員最緊張的時(shí)候也是這個(gè)瞬間。 第一節(jié)發(fā)射前的準(zhǔn)備，火箭發(fā)射是一個(gè)龐大的系統(tǒng)過程，必須嚴(yán)格按照預(yù)定的步驟進(jìn)行。 火箭的發(fā)射看起來只有幾十秒，但是之前的準(zhǔn)備又長又細(xì)致。 包括火箭檢測、測試、運(yùn)輸、推進(jìn)劑補(bǔ)給、發(fā)射程序和數(shù)據(jù)的訂正和裝訂、地面工作保障等多方面的工作。 發(fā)射前檢查火箭，發(fā)射火箭的時(shí)間在宇宙用語中被稱為“發(fā)射窗”，是允許發(fā)射火箭和導(dǎo)彈的時(shí)間范圍。 此范圍的大小也稱為發(fā)送窗口的寬度。 發(fā)送窗口的寬度不固定，寬度窄，寬度按時(shí)間校正，按日校正

2、，按月、年校正，窄的按分、秒校正。 每個(gè)火箭所承擔(dān)的任務(wù)不同，發(fā)射窗的選擇也不同。 發(fā)射窗口確定火箭發(fā)射時(shí)間后，氣象保障部門將與氣象信息網(wǎng)開通天氣協(xié)商網(wǎng)，啟動(dòng)氣象測量雷達(dá)，開始天氣長、中、短期預(yù)報(bào)。 發(fā)射日期越近，氣象部門就越要提供發(fā)射前發(fā)射區(qū)的天氣狀況和發(fā)射區(qū)上空的高空風(fēng)場等狀況，火箭飛行通過地區(qū)的氣象狀況。 火箭經(jīng)過檢查試驗(yàn)達(dá)到可以發(fā)射的狀態(tài)后，被輸送到發(fā)射區(qū)域。 火箭分級搬運(yùn)到發(fā)射區(qū)后，用工作塔的吊裝設(shè)備將火箭分組吊起，進(jìn)行對接和最終裝配，然后站在發(fā)射臺上，然后以站立狀態(tài)對火箭再次進(jìn)行系統(tǒng)測試、系統(tǒng)間性能匹配測試、總檢查和發(fā)射演習(xí)等。 長征三號甲火箭站在發(fā)射架上，第二節(jié)發(fā)射火箭，倒計(jì)時(shí)是

3、火箭發(fā)射過程中不可缺少的過程。 這個(gè)慣例來自于關(guān)于發(fā)射火箭的科幻電影。 拍攝發(fā)射火箭的場景時(shí)，導(dǎo)演的凍結(jié)利用了模型。 為了提高電影的戲劇效果，他在電影中倒計(jì)時(shí)的發(fā)射程序，即“10，93，2，1，發(fā)射！ 修訂了。 這個(gè)故意修訂的發(fā)射過程很快引起箭的專家們的興趣，他們認(rèn)為這個(gè)修訂時(shí)法有科學(xué)道理，以這個(gè)方法為參考，一直使用到現(xiàn)在。 神舟九號發(fā)射倒計(jì)時(shí)神舟九號第一級火箭點(diǎn)火，在地面控制中心數(shù)到0，第一級火箭發(fā)動(dòng)機(jī)開始點(diǎn)火。 火箭的一級燃燒室的箱子開始燃燒，噴射熱氣體，火箭開始離開地面，加速了發(fā)射。 約100秒后，第一級火箭的燃料燃燒完畢，準(zhǔn)備第一級脫離火箭的同時(shí)，第二級火箭點(diǎn)火，繼續(xù)發(fā)射火箭。 火箭放

4、置的高度約為70公里。 火箭已經(jīng)飛出了大氣層，達(dá)到了最高速度。 火箭達(dá)到最高速度后，由于慣性和地球的引力繼續(xù)飛行。 此時(shí)，第三級火箭開始點(diǎn)火加速飛行，達(dá)到預(yù)定速度進(jìn)入軌道，火箭任務(wù)基本完成。 控制、第三節(jié)飛行姿勢，我們在讀寫時(shí)要保持正確的姿勢，宇宙飛機(jī)在宇宙中也要保持正確的姿勢嗎？ 這是航天器執(zhí)行任務(wù)時(shí)必須滿足的最低條件。 姿態(tài)控制系統(tǒng)保證宇宙飛船在軌道上穩(wěn)定飛行，控制宇宙飛船的軌道改變、交合、對接和返回時(shí)的導(dǎo)航控制等。 因?yàn)檫@是宇宙飛船上非常重要的系統(tǒng)，所以需要非常高的可靠性。 它的主要設(shè)備和部件既可以自動(dòng)控制，也可以由宇航員手動(dòng)控制。 早期的航天器，特別是各種衛(wèi)星僅限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，多采

5、用自旋穩(wěn)定等簡單被動(dòng)的姿態(tài)穩(wěn)定方式。 自旋穩(wěn)定是被動(dòng)穩(wěn)定控制中最簡單的一種。 其原理是通過飛機(jī)繞其自轉(zhuǎn)軸自旋而產(chǎn)生陀螺儀的定軸性空間取向。 由于陀螺漂移的影響，自轉(zhuǎn)提取的方向?qū)嶋H上是變化的，所以保持準(zhǔn)確性是有限的。隨著時(shí)間的推移，方向的變化大到無法容忍。 控制自旋速度，并且在偏離預(yù)定方向之后不具有重定向能力。 風(fēng)云一號b衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)調(diào)整飛行姿態(tài)，與第四節(jié)飛吻，在宇宙飛行中，如果一艘宇宙飛船突然發(fā)生故障，另一艘宇宙飛船將如何進(jìn)行救出。 如果人們想在宇宙中建造一個(gè)巨大的宇宙空間站，如何在整個(gè)宇宙空間站中組裝小零件呢？這產(chǎn)生了宇宙飛行的新技術(shù)交叉和對接技術(shù)。 當(dāng)控制航天器在距目標(biāo)航天器

6、300米以內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了交會(huì)。 從兩個(gè)航天器的對接軸對準(zhǔn)到對接設(shè)備開始操作的位置，即，引擎必須立即停止，這將完成整個(gè)對接過程。 1975年7月18日，美國的阿波羅號和前蘇聯(lián)的聯(lián)盟號在大西洋上空成功對接，進(jìn)行了首次共同飛行。 兩國航天員互相拜訪對方宇宙飛船，致辭，這次對接的成功表明了國際合作的宇宙開發(fā)時(shí)代的到來。 在此之前，前蘇聯(lián)和美國分別實(shí)施了本國宇宙飛船間的對接，如1965年美國的宇宙飛船“雙星座”7號和6號實(shí)現(xiàn)了世界第一個(gè)宇宙對接。 1968年，前蘇聯(lián)的宇宙飛船“聯(lián)盟”于2日和3日在宇宙中成功自動(dòng)對接。 1975年7月18日美蘇宇宙飛船通過軌道對接聯(lián)合飛行，“雙子星座”8號機(jī)組指令室、載人宇

7、宙飛船等宇宙飛船的對接是重要的宇宙技術(shù)。 宇航員定期更換、補(bǔ)充燃料和食物、更換設(shè)備等，可以用于向在空間軌道上運(yùn)行的宇宙飛機(jī)運(yùn)送人員和貨物。為了在軌道上組裝為其他應(yīng)用衛(wèi)星提供服務(wù)的大型宇宙飛行站，需要在軌道上準(zhǔn)備發(fā)生事故的宇宙飛機(jī)等。 與高速空間運(yùn)行的航天器對接是一項(xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，整個(gè)過程分為地面引導(dǎo)、自動(dòng)尋手、對接、對接5個(gè)階段。 一個(gè)航天器進(jìn)入另一個(gè)軌道后，在地面監(jiān)測站的控制下，進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)，直到受控航天器上的特定裝置捕獲另一個(gè)航天器，控制航天器瞄準(zhǔn)目標(biāo)航天器，測量兩個(gè)航天器的相互距離和相對速度。 天宮一號對接，亞特蘭蒂斯號與和平空間站對接，第五節(jié)航天器改軌，中國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號于20

8、07年發(fā)射，經(jīng)過8次改軌，經(jīng)過1年多的月球觀測，順利獲得月球第一手資料。 在關(guān)注嫦娥一號豐富成果的同時(shí)，如果對它的軌道變更技術(shù)感興趣的話，改變宇宙飛機(jī)的軌道是什么呢？正如它的名字，改變宇宙飛機(jī)在宇宙中的運(yùn)行軌道。 由于火箭發(fā)射能力的限制，航天器不能從火箭直接送入最終運(yùn)行的空間軌道，往往必須在橢圓軌道上先行轉(zhuǎn)移。 在地面跟蹤修正測網(wǎng)的跟蹤修正測量下，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)向航天器發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出點(diǎn)火指令，以一定的推力改變航天器的運(yùn)行速度，達(dá)到改變航天器運(yùn)行軌道的目的。 衛(wèi)星軌道是橢圓形的，可以節(jié)省發(fā)射火箭燃料的方法，首先把衛(wèi)星發(fā)射到大橢圓形的軌道上。 在很遠(yuǎn)的時(shí)候，衛(wèi)星上的姿勢可以調(diào)整火箭的點(diǎn)火，使衛(wèi)星的軌道達(dá)到所需的高度。 可以多次改變軌道。 這需要正確地修正衛(wèi)星改變軌