第07章 航天概论

布劳恩----V-2火箭
动物作为载人航天的先行者，为人类上太 空开创了先行之路。 二战后，1948年6月到1949年9月，美国 科学家用缴获的V-2火箭先后4此将猴子发射 到60多km的高空，然而在返回地面时，4只 猴子全部被摔死，它们成为了人类奔向太空 的第一批牺牲者。1952年2月，美国又用火 箭发射了2只猴子，这一次猴子活着返回了地 面，验证了动物所能承受的飞行加速度。
第九章 航天技术
1 航天发展简史 2 航天器的飞行原理 、 3 航天器的分类与结构 4 航天发射场 5 运载火箭
航天发展简史 在各类星空神话中，对于天空中的明亮天 体---太阳和月亮，人类发挥了无与伦比的想 象力，不过中国人对于太阳有时不那么客气， 对于月亮则寄予优美的传说。 于是便产生了“夸父追日， 后裔射日，嫦娥奔月” 这几则千古传颂。
对月球和月球更远的天体和空间进行探 测的无人航天器称为空间探测器。探测的主 要 目的是了解太阳系的起源、演变和现状； 探索生命起源和演变；寻找外地生命等。 主要的探测方式：从被探测天体附近飞过， 进行进距离观测；在被测天体表面硬这陆， 利用撞击前的短暂时间进行考察；在被探测 天体表面软着陆，进行实地考察，取样研究 或将样品送回地球研究。
美国哈勃太空望远镜 科学卫星
陆地一号（应用卫星） 世界上第一颗陆地资源卫星 美国1972年7月23日发射的
应用卫星：利用星载仪器设备，以应用 为目的，在轨道上完成某种任务的卫星 。 技术试验卫星：技术试验卫星是针对某 些航天器的特殊新工艺或某项新的系统技术 而设计的，其目的是进行预先的飞行试验。
和平号空间站
国际空间站 由美国，俄罗斯，日本，加拿大等过联合 研制开发
航天飞机是一种可以重复使用的，往返与 地球表面和近地轨道之间的航天器。由轨道 飞行器、外挂燃料箱和固体助推火箭三部分 组成。依靠火箭推进太空，返回时像飞机一 样依靠空气动力下滑着陆。 目前只有美国和苏联建造可航天飞机， 其中美国五架（挑战者号、哥伦比亚号、发 现号、亚特兰蒂号、奋进号，已坠毁架）， 苏联的航天飞机没有正式投入使用。
轨道半长轴a 长度是椭圆长轴的一半，可用千米或地球 赤道半径或天文单位为单位； 轨道偏心率e 椭圆轨道两焦点之间的距离与长轴长度的 比值，e=1时是抛物线轨道，e>1时是双曲线 轨道。
轨道倾角i 轨道平面与地球赤道平面的夹角。i<90° 为顺行轨道，i>90°为逆行轨道。
升交点赤经w
当轨道倾角i≠0时，轨道与赤道由两个 交点，卫星由南向北经过赤道的一点叫交点， 由北向南经过赤道的一点叫降交点。地球绕 太阳公转中，太阳从南半球到北半球时穿过 赤道的点称为春分点。春分点与升交点对地 心的张角为升交点赤经。
苏联“月行者”2号月球车
苏联月球2号探测器
载人飞船是指能保障航天员在外层空 间生活和工作以及执行航天任务并返回 地面的航天器，又称宇宙飞船。 一般由返回座舱、轨道舱、服务舱、 对接舱和应急救生装置等部分组成。 （见下图）
轨道舱是航天员在轨道上的工作场所， 里面装有各种实验设备。 服务舱通常安装推进系统、电源和气 源等设备，对飞船服务保障作用。 对接舱用于飞船和其他航天器的对接。 应急救生装置保障在应急情况下， 使航天员安全返回地面或转移到其他航 天器上
4世界主要载人航天发射场
由于地球附近的自转速度最大，发 射载人飞船时，为了充分利用地球的自 转速度，以节约能源，航天发射场最好 设在赤道上。没有这个条件的国家，也 应尽量在低维度地区选择发射场址，同 时由于地球是自西向东旋转的，所以运 载火箭一般向东发射。
太空哥伦布----尤里· 加加林
1961/4/12,前苏联宇航员加加林驾驶着 “东方”1号飞船 成为世界上第一个载人进 入外层空间的航天器，在108min的飞行中， 加加林由上尉荣升为上校。
不让须眉的首位登天女英豪---捷列什科娃
瓦连金娜· 捷列什科娃是世界上第一位女 太空人。1963年6.16日她驾驶“东方”6号宇 宙飞船在太空遨游70h50min，也是迄今为止 唯一一位在太空单独飞行近3天的女性。
原苏联从1949年到1958年的10年间， 先后进行了31次生物火箭的发射，将42只小 狗送上了太空。 1957年以前的动物飞行实验，都未达到 地球轨道高度。1957年11月苏联发射第二颗 人造地球卫星-----“伴侣”2号，将一只名叫 “莱伊卡”的小狗送到地球轨道，这是第一 次进入地球轨道飞行的动物，
假设地球没有大气层，物体能绕地球运 动的最低轨道就是半径与地球半径相同的圆 轨道，因此地心引力等于航天器做圆周运动 所需要的向心力 mg= mv² /R 式中：g-----重力加速度 m----航天器质量 R----地球半径 v-----航天器速度
由上式可得圆轨道速度为7.91km/s，这是 从地面发射航天器使其环绕地球运动所需要 的最小速度。当物体获得这一速度后，不需 要再加动力就可以环绕地球飞行。 第二宇宙速度 当物体的速度达到11.18km/s时，物体 轨道是一条抛物线，物体沿这条抛物线飞离 地球，成为绕太阳运转的人造行星。
航天第一设计师------冯· 布劳恩
生于德国的冯· 布劳恩 13岁时就用6支特大 焰火把自己绑在滑板车上，点燃导火索进行 飞行实验。
1937年布劳恩进入德国佩内明德大 型火箭实验基地，领导火箭的研制，他 研制的V-2火箭（图见下页）成为现代 火箭的鼻祖。后至美国，先后研制了红 石、丘比特、潘兴等导弹。1969年7月 16日临晨在肯尼迪航天中心指挥发射了 “阿波罗”号飞船并成功登月。
第三宇宙速度 当物体的速度达到16.6km/s时，物体将脱 离地球引力，在太阳引力的作用下沿抛物线 绕太阳运动，并最终飞离太阳系。
轨道要素 通常把中心重力场内的被运动（无动力飞行）称 为开普勒运动，而把开普勒运动的三种轨道情况： 椭圆轨道、抛物线轨道和双曲线轨道称为开普勒轨 道。 描述航天器的开普勒轨道要素有6个： 1 轨道半长轴 2 轨道偏心率 3 轨道倾角 4 升交点赤经w 5 近地点幅角ω 6 近地点时刻tp
小狗----莱伊卡 3年后，名字分别叫“皮西尔卡”和 “马斯卡”的两只小狗在太空飞行两天后， 在返回途中因座舱失火而被烧死。
1959年12月4日，美国发射“水星”飞船 金属模型时，把一只叫“萨姆”的恒河猴送上 太空，这只猴也安全返回地面。 1961年美国的水星号飞船吧一只黑猩猩载 入太空，在经历太空飞行猴，回收舱溅落在大 西洋上， 打捞上岸猴发现“哈姆”安然的呆在 座舱中。 动物飞行实验的成功，基本上证明了人可 以“飞”上太空，而且可以在那里生活。
原理：内部装满火药，发射后能飞一百多丈才 能落地，此时药线被引燃，内部火药爆炸。
“火龙出水” （图）
原理：五尺长的大竹筒，做成一条龙，龙神前 后各扎两支大火箭，这是第一级火箭，用来推动龙 身飞行，在龙腹里，也装有几只火箭，这是二级火 箭，这是原始的两级火箭。
进入20世纪，近代航天技术得到迅速发展。 火箭之父—-齐奥尔科夫斯基，俄罗斯人， 于1883年在《自由空间》论文中提出了宇宙 飞船的运动必须利用 喷气推进原理，并画 出了飞船的草图；
近地点幅角ω 近地点与升交点对地心的引角，沿 卫星运动方向从升交点量到近地点，近 地点幅角决定了椭圆轨道在轨道平面的 方位。 近地点时刻tp
卫星通过近地点的时刻，以年、月、日、 时、分、秒表达 。
卫星轨道 卫星轨道是指从运载火箭与卫星分离开始， 到卫星返回地面时为止，卫星质心的运动轨 迹。它取决于星箭分离点的位置和速度。 根据卫星不同的任务，其轨道可分为： 圆轨道、椭圆轨道、地球同步轨道、极轨道 等。
后裔射日 嫦娥奔月 随着生产力的发展，人类对各种飞行活动进 行着不断的尝试。进一步反映了古人征服自 然，飞向宇宙的渴望与幻想。
孙悟空 最为精彩的当属孙行者的筋斗云，飞行记录连 当代的超音速战机都自叹弗如，似乎意味着当代人 类的航空航天工具仍由改进余地
最初的尝试
巧夺天工的中国古代飞行器
二十世纪航天技术的发展 太空先行者----动物飞上天 航天英雄
2 外壳 外壳是外星最外层，形成外星的外表面，也承受 以部分外力，起承力构件作用。由于外星在运行中 几乎不受空气阻力作用，故其外形无特殊要求。 3 安装部件 安装部件是安装仪器设备，并保证安装精度和防 振、防磁、密封等要求的结构。 4 天线结构 天线结构为抛物面形，有固定式和展开式。通常 由线膨胀系数很小的石墨纤维复合材料制成。展开 形貌有：伞式、花边式、渔网式和桁架式。
哥 伦 比 亚 号
前苏联暴风雪号
挑战者号
航天发射场
航天发射场，又名航天发射中心或航 天港，一般都是在导弹靶场和火箭实验场的 基础上发展起来的，主要由技术区、发射区、 生活区以及气象、后勤保障、安全警戒等系 统组成。
航天发射场作为人类登天的起点，有 严格的条件要求。
航天发射场的基本要求：
1 有利的地理位置和地形条件 2 良好的气象和水资源条件 3 可靠的安全保障条件
万户飞天
火箭：早在距今1700多年前三国时期的古籍上 就出现了“火箭”的名称。 工作原理：油松，艾草等易燃物； 元明时代，火箭已经具备了 现代火箭的基本组成部分---箭头，推进系统（火药筒）， 稳定系统（尾部羽毛）和 箭体结构（箭杆）。
到了明代，古代的火箭技术发展的更加完备， 出现了“神火乌鸦”
我国实践四号科学实验卫星
卫星结构因用途而异，但从功能上看都由 承力结构、外壳安装部件、天线、太阳能电 池阵结构、防热结构和分离连接装置等组成。 1 承力结构 承力结构与运载火箭相连接，承受发射 时火箭推力，需要很高的强度和刚度。一般 由铝合金、钛合金或纤维增强复合材料制成， 形状为薄壁圆柱壳、波纹或蜂窝夹层圆柱、 截锥壳和杆件。
1903年发表《利用喷气工具研究宇宙 空间》的论文，推导出发射火箭运动必须遵 循的“齐奥尔科夫斯基公式”。
1929年提出了多级火箭的构想，为研 制克服地球引力的运载工具提供了理论支持。