第六章 从地面到天空航天器发射过程

卫星轨道是椭圆形的,而节省发射火箭燃 料的方法,可以先将卫星发射到大椭圆形的轨 道。当它处于远地点的时候,卫星上面的姿态 调整火箭点火,这样卫星的轨道变成需要的高 度。可以多次变轨,这就需要精确计算卫星变 轨的时间,由地面控制指令。 “嫦娥”一号卫星的首次变轨是在远地点 进行的。按照计划安排,从2007年10月26日开 始,卫星在近地点实施3次变轨。其中最重要 的是最后一次变轨,即10月31日实施的变轨。 卫星在那次变轨后,正式踏上奔月的征程。
“嫦娥”一号三次变轨
所谓变轨,顾名思义就是改变航天 器在太空中的运行轨道。受运载火箭 发射能力的局限,航天器往往不能直接 由火箭送入最终运行的空间轨道,而是 要在一个椭圆轨道上先行过渡。在地 面跟踪测控网的跟踪测控下,选择合适 时机向航天器上的发动机发出点火指 令,通过一定的推力改变航天器的运行 速度,达到改变航天器运行轨道的目的。
第一节 发射前的准备
火箭发射是一个庞大的系统过程 ,必须严格遵循预定程序进行。火箭 的升空看似只有短短的几十秒时间, 但它的前期准备工作却是漫长而精细 的。它涉及的面很广,包括运载火箭 的检查、测试、转运、加注推进剂、 发射程序与数据的计算和装订、地面 勤务保障等多方面的工作。
发射前检查火箭
火箭发射的时间在航天术语里叫 做“发射窗口”,就是允许运载火箭或导 弹发射的时间范围。这个范围的大小 也叫做发射窗口的宽度。发射窗口的 宽度不是固定的,有宽有窄,宽的以小时 计算,以天计算,甚至以月、年计算;窄 的则以分、秒计算。根据每个火箭所 承担的任务不同,对发射窗口的选择也 不尽相同。
风云一号b卫星的姿态控制系统
控制系统对飞行姿态调整
第四节 空中飞吻
在太空航行中,如果一艘宇宙飞船突然发生 故障,另一艘宇宙飞船如何去营救呢?如果人们想 在太空建造一座巨大的空间站,如何将一个个小 部件组装成整座空间站呢?这就催生了航天的一 项新技术,即交会与对接技术。 当受控航天器距目标航天器300米以内时,即 实现了交会。从两个航天器对接轴对准开始,到 对接装置开始运作位置,即为停靠阶段,这时发动 机要立即关闭,至此整个交会对接过程完成。
1975年7月18日,美国“阿波罗”号飞船 与前苏联的“联盟”号飞船在大西洋上空对 接成功,进行第一次联合飞行。两国的宇航 员互相访问对方的飞船,互致问候,这次对接 成功表明国际合作开发太空时代的来临。 而在此之前,前苏联和美国各自实施了本国 飞船间的对接,如1965年美国飞船“双子星 座”7号和6号实现了世界上第一次太空交会 对接;1968年,前苏联飞船“联盟”2号和3号 成功地在太空自动交全对接。
神舟九号发射倒计时
神舟九号第一级火箭点火
在地面控制中心数到0的时候,第一级火箭 发动机就开始点火。火箭的一级燃烧室箱开始 燃烧,喷射出炽热的气体,火箭开始离开地面,加速 升空。 在大概100秒后,第一级火箭的燃料燃尽,在 第一级准备脱离火箭的同时,第二级火箭点火,火 箭继续升空。这时火箭所处的高度大概是70千 米了。火箭已经冲出大气层,达到最高速度了。 火箭在达到最高速度后,开始依靠惯性和地 球引力继续飞行。此时,第三级火箭开始点火加 速飞行,直到达到预定速度,进入轨道,火箭的任务 就基本完成了。
1975 7 18
年 月 日 美 苏 飞 船 在 轨 对 接 联 合 飞 行
“ 双 子 星 座 号 飞 船 的 指 令 舱 ”8
载人飞船等航天器的交会对接,是一项重要的航 天技术。它可用于向正在空间轨道运行的航天器运 送人员和货物,如航天员定期轮换、补给燃料和食物 以及更换设备;在轨道上为其他应用卫星提供服务;用 于组装大型空间站;维修在轨道上出事故的航天器等 等。 与一个在空间高速运行的航天器实施交会对接, 是一项非常复杂的技术,整个过程可分为地面引导、 自动手找、交会、停靠和对接5个阶段。当一方航天 器进入另一方的轨道后,在地面监控站的控制下,将进 行轨道机动,直到受控航天器上的特定装置捕获另一 航天器为止;然后受控航天器对目标航天器进行瞄准、 测量两个航天器的相互距离和相对速度。
长征三号甲运载火箭竖立在发射架上
第二节 发射火箭
倒数计时是火箭发射程序中不可缺少的 一项程序。这个惯例来自一部关于发射火箭 的科幻电影。在拍摄火箭升空的镜头时,导 演弗里兹利用了模型。为了加强影片的戏剧 效果,他在影片中设计了倒数计时的发射程 序,即“10、9……3、2、1,发射!”没想到,这一 有意设计的发射程序立即引起了箭专家们的 浓厚兴趣,他们认为这种计时法有一定科学 道理,于是便将这一方法借鉴过来,直到现在 还在使用。
第三节 控制飞行姿态
我们在读书写字时要保持正确的姿势, 航天器在太空中也要保持正确的姿势吗?是 的,这可是航天器在执行任务时要满足的最 起码的条件。 姿态控制系统能保证飞船在轨道上稳 定地飞行,并控制飞船的变轨、交合、对接 和返回时的制导控制等。它是飞船上十分 重要的系统,所以要百度文库非常高的可靠性。并 且其主要设备和部件既能自动控制,也能由 航天员手动控制。
天宫一号对接
“亚特兰蒂斯”号航天飞机与“和平”空间站交会对接
第五节 航天器的变轨
我国首个月球探测卫星“嫦娥” 一号于2007年发射升空,经过8次变 轨,一年多对月球的观测,圆满地获 取了月球的第一手资料。在人们关 注着“嫦娥”一号的丰硕成果的同时 ,也对它的变轨技术产生了浓厚的 兴趣,那么什么是航天器的变轨呢?
发射窗口
在确定了火箭的发射时间之后,气象保障部门 开通气象情报网和天气会商网、启动气象测量雷 达,开始进行天气的长、中、短期预报。而越临近 发射日期,气象部门越要提供临发射前发射场区的 天气情况及发射场区上空的高空风场等情况以及 火箭飞行经过地区的气象情况。 当运载火箭在经检查测试达到可以进行发射 的状态后,即可转运到发射区。运载火箭分级运至 发射区后,由勤务塔上的吊装设备对运载火箭分组 吊装、对接和总装,并将其竖立在发射台上、随后 在竖立状态下对运载火箭再一次进行分系统测试、 系统间性能匹配测试、总检查和发射演练等。
早期的航天器特别是各种卫星限于当 时的技术水平,往往采用简单易行的被动 式姿态稳定方式,如自旋稳定。自旋稳定 是被动稳定控制中最简单的一种。其原理 是利用飞行器绕其自转轴自旋产生陀螺定 轴性空间定向。由于陀螺漂移的影响,自 转抽的方向实际上是在不断变化的,因而 保持准确性有限。随着时间的推移,方向 的变化会大到无法容忍的地步。另外,它 不具有控制自旋速度和偏离预定方向后的 再定向能力。