航天飞机的变轨与助推

航天飞机的变轨与助推航天飞机包含的技术及解析

一、航天飞机的介绍

航天飞机是飞机和火箭的结合体，它既能像火箭那样发射到宇宙空间遨游，又可像飞机那样降落到机场。

通常，航天飞机由上下部分组成；上部是航天飞机的主体，叫做轨道级，它的形状像一架大型喷气式客机。下部是两台固体助推火箭和一个大燃料箱，这是一个庞然大物，有十几层楼房那么高，是用来供给轨道级上主发动机燃料的。

航天飞机的图像

二、航天飞机是怎么样变轨的。

航天飞机的发动机工作时，是给航天飞机增加“机械能”，但具体是增加动能还是势能，还要服从于在轨物体的运动规律。

航天飞机在圆轨道上稳定运行时，地球的引力正好提供了航天飞机所需的向心力。如果航天飞机的尾部变轨发动机向后喷气，由于反作用力，航天飞机的速度会增大。然后我们关闭发动机。由于速度已经增大，此时所需的向心力

Fn=mv^2/r增大，这时地球的引力就不够了，航天飞机不能再保持原先的圆轨道，被甩向更高的轨道。随着航天飞机势能（高度）增加，动能（速度）相应减少。当航天飞机稳定在更高的轨道上时，其速度甚至比原先的速度还低。但是航天飞机变轨后增加的势能比减少的动能要多，这部分能量就是变轨发动机提供的。同理，当航天飞机尾部朝前喷气时，航天飞机会瞬时减速。当速度降低后，地球对航天飞机的引力显然就过剩了，航天飞机被吸向地球，而此时势能又转换为动能。最后，航天飞机在较低的轨道上运行，而速度却比以前大。但总的机械能还是降低了。

由

2

222

2

2

()(2)

n M m v

G m mr m r m f r ma

r r T

π

ωπ

=====得

r

GM v =

，

GM r

T 3

2π

=，

3

r

GM =

ω

航天飞机的变轨图

三、航天技术包括哪些技术？它包括制造运载器技术、航天器技术和地面测控技术。主要是指运载火箭的制造与发射技术；卫星、飞船、航天站、航天飞机和飞经月球的空间探测器等各类空间飞行器的设计和制造技术；完成跟踪、遥测、遥控和通信任务的地面测控技术

1、无线电遥控技术

A

轨道2

无线遥控的装置图

2、红外遥控技术

（1）红外遥控系统的组成

红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，如图一所示。遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。使用遥控器作为控制系统的输入，需要解决如下几个关键问题：如何接收红外遥控信号；如何识别红外遥控信号以及解码软件的设计、控制程序的设计。

（2）红外遥控信号的接收

接收电路使用集成一体化红外接收头SM0038（1 ）。

图一红外遥控系统组成方框图

SM0038对外只有3个引脚：VS、GND和1个脉冲信号输出引脚OUT，外形引脚如图二所示。与单片机接口非常方便，如图三所示。VCC接电源+5V并经电容进行滤波，以避免电源干扰; GND接系统的地线（0V）；脉冲信号输出接CPU的中断输入引脚（例如8051的13脚INT1）。采取这种连接方法，软件解码既可工作于查询方式，也可工作于中断方式。

图二红外接收头SM0038 图三SM0038与单片机接口电路

（3）按键识别程序的设计

要使用一个遥控器进行遥控系统的设计，必需首先了解不同的按键编码脉冲是怎样和遥控器上不同的按键一一对应的。笔者用软件的方法实现对脉冲流的分析，

使用如图三所示的接口电路接收信号。如果没有红外遥控信号到来，接收器的输出端口OUT 保持高电平；当接收到红外遥控信号时，接收头将信号解调下来并转换成脉冲序列加到CPU的中断输入引脚。用软件测试引脚的逻辑电平，同时启动T计时器，测量该引脚分别为逻辑“0”和逻辑“1”情况下的时间值，存储起来，然后分析。其规律如下（仿真机CPU晶振为6MHz）:

①引导脉冲是一个时间值为1137H～1157H的低电平和时间值为084FH～086FH的高电平;

②数据脉冲的低电平时间值约为0127H～0177H;

③高电平时间值有2种情况：00BBH～00FFH（窄：表示“0”）利0301H～0333H（宽：表示“1”）;

④同时通过分析能从中了解各键的键码值，供编写应用程序时使用。

遥控的整个过程图