力学在航天技术的应用

三是再入大气层阶段
飞船进入大气层时，飞船表面和大气层摩擦 产生巨大热量，在飞船表面形成高温等离子气体 层，并对电磁波造成屏蔽形成“黑障”，使飞船 在240秒内与地面失去联系。
四是着陆阶段
▪ 当返回舱降至离地面约10公里时，回收着陆系 统开始工作，弹出伞，飞船开始缓缓下降。在 距离地面约1米时，4台反推火箭发动机点火， 使飞船以1米-2米/秒的速度实现软着陆。
▪ 5、能量守恒定律 ▪ 从能量角度分析——飞船在椭
圆轨道上运行时，离地高度在 变化，其速度大小也在变化。 近地点Q的速度大，动能也就 大，远地点P速度小，动能也 就小。
▪ 能量是不会凭空产生，也不会 凭空消失，因此在此过程中， 由能量守恒可知，飞船动能的 减小或增大转化为飞船的势能。
四、返回地球
搭载人数： 景海鹏、刘旺、刘洋（女）
（二）四大亮点
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三）
（四）解剖运载火箭
逃逸塔：保飞船万全 整流罩：使航天器免 受气动力和气动热的 损伤
动力装置系统（又称推 进系统）
（五）飞船多舱段结构
附加段:对接机构 轨道舱：航天员
的“太空卧室”
返回舱：航天员
的“驾驶室”
推进舱：
用于飞船的姿态控 制、变轨和制动等
昨天的梦想就是今
天的希望、明天的现实。
火箭之父—罗伯特·戈达 德
目录
1
一、神九简介
2
二、发射入轨
3
三、太空运行
4
四、返回地球
神舟九号载人飞船
一、神九简介6月16日18时3 （一在） 基酒本泉数卫据 星发射
中文名： 神舟九号飞船
运载火箭： 长征二号F运载火箭
发射升空 发射地点： 酒泉卫星发射中心
发射时间：
2012年6月16日18时37分 24秒
返回时间 2012年6月29日10时
飞船返回首先需降低飞行速度
飞船如何安全回家
飞船返回着陆的过程可分为以下四个阶段： ▪ 一是制动飞行阶段：飞船在太空中运行最后一圈
时，地面测控部门向飞船发出返回指令，飞船随 即调整姿态，发动机点火制动，进入返回轨道。
二是自由滑行阶段
▪ 飞船以无动力飞行状态自由下降。当高度降 至距离地面140公里处时，推进舱和返回舱 分离，推进舱在穿越大气层时烧毁，返回舱 继续下降。
k
a3 T2
b
太阳
飞船
a
v
（二）轨道飞行中的力学原理
▪ 4、离心运动 ▪ 飞船要送到指定高度圆
轨道飞行时，先是从低 圆轨道运行到椭圆轨道， 然后在P点再加速到目 标轨道。 ▪ 在Q点短暂开机，飞船 的速度增加，向心力增 大，地球万有引力不足 以提供这么大的向心力， 飞船做离心运动。
（二）轨道飞行中的力学原理
V=μlnM0/Mk
V—发动机停火时火箭的速度
μ—喷气的速度
M0—火箭+燃料的总质量， Mk—火箭的质量
怎样给火箭提速？
由齐奥尔科夫斯基的公式可知，火箭 飞行速度与μ和M0/Mk的自然对数成正比， 即喷气速度越大，所携带推进剂越多，火 箭最后能达到的速度也就越大。
事实上，目前尚未研制出用以提速的 高能燃料；而若想提高质量比，在不改变 推进剂质量的前提下减轻壳体质量，这样 也是行不通的。于是，人们想出了给火箭 “接力”的办法。
3、轨道运行满足开普勒定律
▪ 开普勒第一定律——轨道定律
▪ 飞船的运行轨道是一个椭圆， 地球位于椭圆的一个焦点上。
b
太阳
飞船
a
v
开普勒第二定律——面积定律
飞船的向径（地心到载人飞船的连线）在相等 的时间内扫过的面积相等。
开普勒第三定律——周期定律
飞船的周期，即绕地球一周所需要的时 间，仅取决于椭圆运行轨道的半长轴， 而与短轴无关。
（二）发射阶段的基本原理
（3）动量守恒定律 ▪ 火箭飞行的另 一个重要依据就是动量守恒定律。
燃气喷发时做反冲运动，作用力很大，地球引 力和空气阻力与燃料燃烧所产生的推力相比极 小，不影响动量守恒，且作用时间短，从而使 火箭获得很大的速度，进而飞入太空。
火箭提速依据的公式
航天之父——齐奥尔科夫斯基 基于动量守恒定律提出了变质量火箭方程：
2、对接技术
▪ 我国此次载人交会对接 最主要的目的就是 要掌握航天员手控对接技术。
（二）轨道飞行中的力学原理
▪ 1、万有引力定律 ▪ 飞船绕轨运动，万有引力 提供向心力
1687年 牛顿提出了万有引力定律
（二）轨道飞行中的力学原理
▪ 2、失重 ▪ 飞船进入绕地轨道时,只受到地球引力作用,使
之绕地球做圆周地运动,进入失重（因为重力提 供向心力）状态。
火箭“接力”的三种形式
串联式
并联式
混联式
（三）发射阶段的力学原理
▪ 4、超重 ▪ 飞船进入轨道的加速上升过程和返回时的减速
下降过程，航天员都处于超重状态。
二、太空运行
1、太空飞行方式 ▪飞船在太空飞行基本有 两种方式：轨道运行和变 轨飞行。
▪ 本次神舟九号飞船进行 了5次变轨来追赶天宫一 号。
v= GM = 7.9km/s R
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，航天器绕地 球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；发射速度等于或大于 11.2km/s时，航天器就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（二）发射阶段的基本原理
（2）牛顿第三定律： 即作用力与反作用力 定律。火箭正是靠着 燃料推力产生的反作 用力而冲上云霄的。
二、发射入轨
运载火箭—人类登天的阶梯
▪ 火箭是以热气流高速向后 喷出，利用产生的反作用 力向前运动的喷气推进装 置。
▪ 它自身携带燃烧剂与氧化 剂，不依赖空气中的氧助 燃，既可在大气中，又可 在外层空间飞行。
发射阶段的基本原理
（一）第一宇宙速度
航天器沿地球表面作圆周运动 时必须具备的速度，也叫环绕速 度。