从地面到天空-航天器发射过程.ppt

第六章第六章 从地面到天空从地面到天空——航天器航天器发发射射过过程程 从倒从倒计时计时开始开始,到火到火箭升空箭升空,最后分离最后分离,这这个个过过程看似程看似简单简单却是关乎成却是关乎成败败的旅程的旅程,许许多航天器都是多航天器都是失失败败在在这这个个阶阶段段,而航天而航天工作者最工作者最紧张紧张的的时时刻也是刻也是这这一刻第一第一节节 发发射前的准射前的准备备 火箭火箭发发射是一个射是一个庞庞大的系大的系统过统过程程,必必须严须严格遵循格遵循预预定程序定程序进进行火箭的行火箭的升空看似只有短短的几十秒升空看似只有短短的几十秒时间时间,但它但它的前期准的前期准备备工作却是漫工作却是漫长长而精而精细细的它涉及的面很广它涉及的面很广,包括运包括运载载火箭的火箭的检查检查、、测试测试、、转转运、加注推运、加注推进剂进剂、、发发射程射程序与数据的序与数据的计计算和装算和装订订、地面勤、地面勤务务保保障等多方面的工作障等多方面的工作发发射前射前检查检查火箭火箭 火箭火箭发发射的射的时间时间在航天在航天术语术语里叫里叫做做“发发射窗口射窗口”,就是允就是允许许运运载载火箭或火箭或导导弹发弹发射的射的时间时间范范围围。

这这个范个范围围的大小的大小也叫做也叫做发发射窗口的射窗口的宽宽度发发射窗口的射窗口的宽宽度不是固定的度不是固定的,有有宽宽有窄有窄,宽宽的以小的以小时时计计算算,以天以天计计算算,甚至以月、年甚至以月、年计计算算;窄窄的的则则以分、秒以分、秒计计算根据每个火箭所算根据每个火箭所承担的任承担的任务务不同不同,对发对发射窗口的射窗口的选择选择也也不尽相同不尽相同发发射窗口射窗口 在确定了火箭的在确定了火箭的发发射射时间时间之后之后,气象保障部气象保障部门门开通气象情开通气象情报报网和天气会商网、启网和天气会商网、启动动气象气象测测量雷量雷达达,开始开始进进行天气的行天气的长长、中、短期、中、短期预报预报而越临临近近发发射日期射日期,气象部气象部门门越要提供越要提供临发临发射前射前发发射射场场区的区的天气情况及天气情况及发发射射场场区上空的高空区上空的高空风场风场等情况以及等情况以及火箭火箭飞飞行行经过经过地区的气象情况地区的气象情况 当运当运载载火箭在火箭在经检查测试经检查测试达到可以达到可以进进行行发发射射的状的状态态后后,即可即可转转运到运到发发射区运载载火箭分火箭分级级运至运至发发射区后射区后,由勤由勤务务塔上的吊装塔上的吊装设备对设备对运运载载火箭分火箭分组组吊装、吊装、对对接和接和总总装装,并将其并将其竖竖立在立在发发射台上、随后射台上、随后在在竖竖立状立状态态下下对对运运载载火箭再一次火箭再一次进进行分系行分系统测试统测试、、系系统间统间性能匹配性能匹配测试测试、、总检查总检查和和发发射演射演练练等。

等长长征三号甲运征三号甲运载载火箭火箭竖竖立在立在发发射架上射架上第二第二节节 发发射火箭射火箭 倒数倒数计时计时是火箭是火箭发发射程序中不可缺少的射程序中不可缺少的一一项项程序这这个个惯惯例来自一部关于例来自一部关于发发射火箭射火箭的科幻的科幻电电影在拍摄摄火箭升空的火箭升空的镜头时镜头时,导导演弗里演弗里兹兹利用了模型利用了模型为为了加了加强强影片的影片的戏剧戏剧效果效果,他在影片中他在影片中设计设计了倒数了倒数计时计时的的发发射程射程序序,即即“10、、9……3、、2、、1,发发射射!”没想到没想到,这这一一有意有意设计设计的的发发射程序立即引起了箭射程序立即引起了箭专专家家们们的的浓浓厚厚兴兴趣趣,他他们认为这们认为这种种计时计时法有一定科学法有一定科学道理道理,于是便将于是便将这这一方法借一方法借鉴过鉴过来来,直到直到现现在在还还在使用 神舟九号神舟九号发射倒射倒计时 神舟九号第一神舟九号第一级火箭点火火箭点火 在地面控制中心数到在地面控制中心数到0的的时时候候,第一第一级级火箭火箭发动发动机就开始点火火箭的一机就开始点火。

火箭的一级级燃燃烧烧室箱开始室箱开始燃燃烧烧,喷喷射出射出炽热炽热的气体的气体,火箭开始离开地面火箭开始离开地面,加速加速升空 在大概在大概100秒后秒后,第一第一级级火箭的燃料燃尽火箭的燃料燃尽,在在第一第一级级准准备备脱离火箭的同脱离火箭的同时时,第二第二级级火箭点火火箭点火,火火箭箭继续继续升空这时这时火箭所火箭所处处的高度大概是的高度大概是70千千米了火箭已米了火箭已经经冲出大气冲出大气层层,达到最高速度了达到最高速度了 火箭在达到最高速度后火箭在达到最高速度后,开始依靠开始依靠惯惯性和地性和地球引力球引力继续飞继续飞行此时时,第三第三级级火箭开始点火加火箭开始点火加速速飞飞行行,直到达到直到达到预预定速度定速度,进进入入轨轨道道,火箭的任火箭的任务务就基本完成了就基本完成了 第三第三节节 控制控制飞飞行姿行姿态态 我我们们在在读书读书写字写字时时要保持正确的姿要保持正确的姿势势,航天器在太空中也要保持正确的姿航天器在太空中也要保持正确的姿势吗势吗?是是的的,这这可是航天器在可是航天器在执执行任行任务时务时要要满满足的最足的最起起码码的条件。

的条件 姿姿态态控制系控制系统统能保能保证飞证飞船在船在轨轨道上道上稳稳定地定地飞飞行行,并控制并控制飞飞船的船的变轨变轨、交合、、交合、对对接接和返回和返回时时的制的制导导控制等它是控制等它是飞飞船上十分船上十分重要的系重要的系统统,所以要有非常高的可靠性并所以要有非常高的可靠性并且其主要且其主要设备设备和部件既能自和部件既能自动动控制控制,也能由也能由航天航天员员手手动动控制 早期的航天器特早期的航天器特别别是各种是各种卫卫星限于当星限于当时时的技的技术术水平水平,往往采用往往采用简单简单易行的被易行的被动动式姿式姿态稳态稳定方式定方式,如自旋如自旋稳稳定自旋稳稳定定是被是被动稳动稳定控制中最定控制中最简单简单的一种其原理的一种其原理是利用是利用飞飞行器行器绕绕其自其自转轴转轴自旋自旋产产生陀螺定生陀螺定轴轴性空性空间间定向由于陀螺漂移的影响定向由于陀螺漂移的影响,自自转转抽的方向抽的方向实际实际上是在不断上是在不断变变化的化的,因而因而保持准确性有限随着保持准确性有限随着时间时间的推移的推移,方向方向的的变变化会大到无法容忍的地步另外化会大到无法容忍的地步。

另外,它它不具有控制自旋速度和偏离不具有控制自旋速度和偏离预预定方向后的定方向后的再定向能力再定向能力风风云一号云一号b卫卫星的姿星的姿态态控制系控制系统统控制系控制系统对飞统对飞行姿行姿态调态调整整第四第四节节 空中空中飞飞吻吻 在太空航行中在太空航行中,如果一艘宇宙如果一艘宇宙飞飞船突然船突然发发生生故障故障,另一艘宇宙另一艘宇宙飞飞船如何去船如何去营营救呢救呢?如果人如果人们们想想在太空建造一座巨大的空在太空建造一座巨大的空间间站站,如何将一个个小如何将一个个小部件部件组组装成整座空装成整座空间间站呢站呢?这这就催生了航天的一就催生了航天的一项项新技新技术术,即交会与即交会与对对接技接技术术 当受控航天器距目当受控航天器距目标标航天器航天器300米以内米以内时时,即即实现实现了交会从两个航天器了交会从两个航天器对对接接轴对轴对准开始准开始,到到对对接装置开始运作位置接装置开始运作位置,即即为为停靠停靠阶阶段段,这时发动这时发动机要立即关机要立即关闭闭,至此整个交会至此整个交会对对接接过过程完成 1975年年7月月18日日,美国美国“阿波阿波罗罗”号号飞飞船船与前与前苏联苏联的的“联联盟盟”号号飞飞船在大西洋上空船在大西洋上空对对接成功接成功,进进行第一次行第一次联联合合飞飞行。

两国的宇航行两国的宇航员员互相互相访问对访问对方的方的飞飞船船,互致互致问问候候,这这次次对对接接成功表明国成功表明国际际合作开合作开发发太空太空时时代的来代的来临临而在此之前而在此之前,前前苏联苏联和美国各自和美国各自实实施了本国施了本国飞飞船船间间的的对对接接,如如1965年美国年美国飞飞船船“双子星双子星座座”7号和号和6号号实现实现了世界上第一次太空交会了世界上第一次太空交会对对接接;1968年年,前前苏联飞苏联飞船船“联联盟盟”2号和号和3号成号成功地在太空自功地在太空自动动交全交全对对接1975年年7月月18日日美美苏苏飞飞船船在在轨轨对对接接联联合合飞飞行行 “双双子子星星座座”8号号飞飞船船的的指指令令舱舱 载载人人飞飞船等航天器的交会船等航天器的交会对对接接,是一是一项项重要的航重要的航天技天技术术它可用于向正在空它可用于向正在空间轨间轨道运行的航天器运道运行的航天器运送人送人员员和和货货物物,如航天如航天员员定期定期轮换轮换、、补给补给燃料和食物燃料和食物以及更以及更换设备换设备;在在轨轨道上道上为为其他其他应应用用卫卫星提供服星提供服务务;用用于于组组装大型空装大型空间间站站;维维修在修在轨轨道上出事故的航天器等道上出事故的航天器等等。

等 与一个在空与一个在空间间高速运行的航天器高速运行的航天器实实施交会施交会对对接接,是一是一项项非常复非常复杂杂的技的技术术,整个整个过过程可分程可分为为地面引地面引导导、、自自动动手找、交会、停靠和手找、交会、停靠和对对接接5个个阶阶段当一方航天段当一方航天器器进进入另一方的入另一方的轨轨道后道后,在地面在地面监监控站的控制下控站的控制下,将将进进行行轨轨道机道机动动,直到受控航天器上的特定装置捕直到受控航天器上的特定装置捕获获另一另一航天器航天器为为止止;然后受控航天器然后受控航天器对对目目标标航天器航天器进进行瞄准、行瞄准、测测量两个航天器的相互距离和相量两个航天器的相互距离和相对对速度天天宫宫一号一号对对接接“亚亚特特兰兰蒂斯蒂斯”号航天号航天飞飞机与机与“和平和平”空空间间站交会站交会对对接接第五第五节节 航天器的航天器的变轨变轨 我国首个月球探我国首个月球探测卫测卫星星“嫦娥嫦娥”一号于一号于2007年年发发射升空射升空,经过经过8次次变变轨轨,一年多一年多对对月球的月球的观测观测,圆满圆满地地获获取了月球的第一手取了月球的第一手资资料。

在人料在人们们关关注着注着“嫦娥嫦娥”一号的丰一号的丰硕硕成果的同成果的同时时,也也对对它的它的变轨变轨技技术产术产生了生了浓浓厚的厚的兴兴趣趣,那么什么是航天器的那么什么是航天器的变轨变轨呢呢? 所所谓变轨谓变轨,顾顾名思名思义义就是改就是改变变航天航天器在太空中的运行器在太空中的运行轨轨道受运载载火箭火箭发发射能力的局限射能力的局限,航天器往往不能直接航天器往往不能直接由火箭送入最由火箭送入最终终运行的空运行的空间轨间轨道道,而是而是要在一个要在一个椭圆轨椭圆轨道上先行道上先行过过渡在地面跟踪面跟踪测测控网的跟踪控网的跟踪测测控下控下,选择选择合适合适时时机向航天器上的机向航天器上的发动发动机机发发出点火指出点火指令令,通通过过一定的推力改一定的推力改变变航天器的运行航天器的运行速度速度,达到改达到改变变航天器运行航天器运行轨轨道的目的道的目的 卫卫星星轨轨道是道是椭圆椭圆形的形的,而而节节省省发发射火箭燃射火箭燃料的方法料的方法,可以先将可以先将卫卫星星发发射到大射到大椭圆椭圆形的形的轨轨道当它处处于于远远地点的地点的时时候候,卫卫星上面的姿星上面的姿态态调调整火箭点火整火箭点火,这样卫这样卫星的星的轨轨道道变变成需要的高成需要的高度。

可以多次度可以多次变轨变轨,这这就需要精确就需要精确计计算算卫卫星星变变轨轨的的时间时间,由地面控制指令由地面控制指令 “嫦娥嫦娥”一号一号卫卫星的首次星的首次变轨变轨是在是在远远地点地点进进行的按照行的按照计计划安排划安排,从从2007年年10月月26日开日开始始,卫卫星在近地点星在近地点实实施施3次次变轨变轨其中最重要其中最重要的是最后一次的是最后一次变轨变轨,即即10月月31日日实实施的施的变轨变轨卫卫星在那次星在那次变轨变轨后后,正式踏上奔月的征程正式踏上奔月的征程“嫦娥嫦娥”一号三次一号三次变轨变轨。