第六章-从地面到天空航天器发射过程课件.ppt

1、第一节第一节 发射前的准备发射前的准备 火箭发射是一个庞大的系统过程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升空看似只有短短的几十秒时间,但但它的前期准备工作却是漫长而精细的。它的前期准备工作却是漫长而精细的。它涉及的面很广它涉及的面很广,包括运载火箭的检包括运载火箭的检查、测试、转运、加注推进剂、发射查、测试、转运、加注推进剂、发射程序与数据的计算和装订、地面勤务程序与数据的计算和装订、地面勤务保障等多方面的工作。保障等多方面的工作。发射前检查火箭发射前检查火箭 火箭发射的时间在航天术语里叫火箭发射的时间在航天

2、术语里叫做做“发射窗口发射窗口”,就是允许运载火箭或导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。发射窗口的也叫做发射窗口的宽度。发射窗口的宽度不是固定的宽度不是固定的,有宽有窄有宽有窄,宽的以小时宽的以小时计算计算,以天计算以天计算,甚至以月、年计算甚至以月、年计算;窄窄的则以分、秒计算。根据每个火箭所的则以分、秒计算。根据每个火箭所承担的任务不同承担的任务不同,对发射窗口的选择也对发射窗口的选择也不尽相同。不尽相同。发射窗口发射窗口 在确定了火箭的发射时间之后在确定了火箭的发射时间之后,气象保障部门气象保障部门开通气象情报网和天

3、气会商网、启动气象测量雷开通气象情报网和天气会商网、启动气象测量雷达达,开始进行天气的长、中、短期预报。而越临近开始进行天气的长、中、短期预报。而越临近发射日期发射日期,气象部门越要提供临发射前发射场区的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。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当运载火箭在经检查测试达到可以进行发射的状态后的状态后,即可转运到发射区。运载火箭分级运至即可转运到发射区。运载火箭分级运至发射区后发射区后,由勤务塔上的吊装设备对运载火箭分组由勤务

4、塔上的吊装设备对运载火箭分组吊装、对接和总装吊装、对接和总装,并将其竖立在发射台上、随后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、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。系统间性能匹配测试、总检查和发射演练等。长征三号甲运载火箭竖立在发射架上长征三号甲运载火箭竖立在发射架上第二节第二节 发射火箭发射火箭 倒数计时是火箭发射程序中不可缺少的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的科幻电影。在拍摄火箭升空的镜头时,导导演弗

5、里兹利用了模型。为了加强影片的戏剧演弗里兹利用了模型。为了加强影片的戏剧效果效果,他在影片中设计了倒数计时的发射程他在影片中设计了倒数计时的发射程序序,即即“10、93、2、1,发射发射!”没想到没想到,这一这一有意设计的发射程序立即引起了箭专家们的有意设计的发射程序立即引起了箭专家们的浓厚兴趣浓厚兴趣,他们认为这种计时法有一定科学他们认为这种计时法有一定科学道理道理,于是便将这一方法借鉴过来于是便将这一方法借鉴过来,直到现在直到现在还在使用。还在使用。 神舟九号发射倒计时神舟九号发射倒计时 神舟九号第一级火箭点火神舟九号第一级火箭点火 在地面控制中心数到在地面控制中心数到0的时候的时候,第一

6、级火箭第一级火箭发动机就开始点火。火箭的一级燃烧室箱开始发动机就开始点火。火箭的一级燃烧室箱开始燃烧燃烧,喷射出炽热的气体喷射出炽热的气体,火箭开始离开地面火箭开始离开地面,加速加速升空。升空。 在大概在大概100秒后秒后,第一级火箭的燃料燃尽第一级火箭的燃料燃尽,在在第一级准备脱离火箭的同时第一级准备脱离火箭的同时,第二级火箭点火第二级火箭点火,火火箭继续升空。这时火箭所处的高度大概是箭继续升空。这时火箭所处的高度大概是70千千米了。火箭已经冲出大气层米了。火箭已经冲出大气层,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,开始依靠惯性和地开始依靠惯性和地球引力继

7、续飞行。此时球引力继续飞行。此时,第三级火箭开始点火加第三级火箭开始点火加速飞行速飞行,直到达到预定速度直到达到预定速度,进入轨道进入轨道,火箭的任务火箭的任务就基本完成了。就基本完成了。 第三节第三节 控制飞行姿态控制飞行姿态 我们在读书写字时要保持正确的姿势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航天器在太空中也要保持正确的姿势吗?是是的的,这可是航天器在执行任务时要满足的最这可是航天器在执行任务时要满足的最起码的条件。起码的条件。 姿态控制系统能保证飞船在轨道上稳姿态控制系统能保证飞船在轨道上稳定地飞行定地飞行,并控制飞船的变轨、交合、对接并控制飞船的变轨、交

8、合、对接和返回时的制导控制等。它是飞船上十分和返回时的制导控制等。它是飞船上十分重要的系统重要的系统,所以要有非常高的可靠性。并所以要有非常高的可靠性。并且其主要设备和部件既能自动控制且其主要设备和部件既能自动控制,也能由也能由航天员手动控制。航天员手动控制。 早期的航天器特别是各种卫星限于当早期的航天器特别是各种卫星限于当时的技术水平时的技术水平,往往采用简单易行的被动往往采用简单易行的被动式姿态稳定方式式姿态稳定方式,如自旋稳定。自旋稳定如自旋稳定。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是利用飞行器绕其自转轴自旋

9、产生陀螺定轴性空间定向。由于陀螺漂移的影响轴性空间定向。由于陀螺漂移的影响,自自转抽的方向实际上是在不断变化的转抽的方向实际上是在不断变化的,因而因而保持准确性有限。随着时间的推移保持准确性有限。随着时间的推移,方向方向的变化会大到无法容忍的地步。另外的变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预定方向后的不具有控制自旋速度和偏离预定方向后的再定向能力。再定向能力。风云一号风云一号b卫星的姿态控制系统卫星的姿态控制系统控制系统对飞行姿态调整控制系统对飞行姿态调整第四节第四节 空中飞吻空中飞吻 在太空航行中在太空航行中,如果一艘宇宙飞船突然发生如果一艘宇宙飞船突然发生故障故障,

10、另一艘宇宙飞船如何去营救呢另一艘宇宙飞船如何去营救呢?如果人们想如果人们想在太空建造一座巨大的空间站在太空建造一座巨大的空间站,如何将一个个小如何将一个个小部件组装成整座空间站呢部件组装成整座空间站呢?这就催生了航天的一这就催生了航天的一项新技术项新技术,即交会与对接技术。即交会与对接技术。 当受控航天器距目标航天器当受控航天器距目标航天器300米以内时米以内时,即即实现了交会。从两个航天器对接轴对准开始实现了交会。从两个航天器对接轴对准开始,到到对接装置开始运作位置对接装置开始运作位置,即为停靠阶段即为停靠阶段,这时发动这时发动机要立即关闭机要立即关闭,至此整个交会对接过程完成。至此整个交会

11、对接过程完成。 1975年年7月月18日日,美国美国“阿波罗阿波罗”号飞船号飞船与前苏联的与前苏联的“联盟联盟”号飞船在大西洋上空对号飞船在大西洋上空对接成功接成功,进行第一次联合飞行。两国的宇航进行第一次联合飞行。两国的宇航员互相访问对方的飞船员互相访问对方的飞船,互致问候互致问候,这次对接这次对接成功表明国际合作开发太空时代的来临。成功表明国际合作开发太空时代的来临。而在此之前而在此之前,前苏联和美国各自实施了本国前苏联和美国各自实施了本国飞船间的对接飞船间的对接,如如1965年美国飞船年美国飞船“双子星双子星座座”7号和号和6号实现了世界上第一次太空交会号实现了世界上第一次太空交会对接对

12、接;1968年年,前苏联飞船前苏联飞船“联盟联盟”2号和号和3号号成功地在太空自动交全对接。成功地在太空自动交全对接。1975年年7月月18日美苏飞船在轨对接联合飞行日美苏飞船在轨对接联合飞行 “双子星座双子星座”8号飞船的指令舱号飞船的指令舱 载人飞船等航天器的交会对接载人飞船等航天器的交会对接,是一项重要的航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送人员和货物,如航天员定期轮换、补给燃料和食物如航天员定期轮换、补给燃料和食物以及更换设备以及更换设备;在轨道上为其他应用卫星提供服务在轨道上为其他应用卫星提供服务;用用于

13、组装大型空间站于组装大型空间站;维修在轨道上出事故的航天器等维修在轨道上出事故的航天器等等。等。 与一个在空间高速运行的航天器实施交会对接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是一项非常复杂的技术,整个过程可分为地面引导、整个过程可分为地面引导、自动手找、交会、停靠和对接自动手找、交会、停靠和对接5个阶段。当一方航天个阶段。当一方航天器进入另一方的轨道后器进入另一方的轨道后,在地面监控站的控制下在地面监控站的控制下,将进将进行轨道机动行轨道机动,直到受控航天器上的特定装置捕获另一直到受控航天器上的特定装置捕获另一航天器为止航天器为止;然后受控航天器对目标航天器进行瞄准、

14、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。测量两个航天器的相互距离和相对速度。天宫一号对接天宫一号对接“亚特兰蒂斯亚特兰蒂斯”号航天飞机与号航天飞机与“和平和平”空间站交会对接空间站交会对接第五节第五节 航天器的变轨航天器的变轨 我国首个月球探测卫星我国首个月球探测卫星“嫦娥嫦娥”一号于一号于2007年发射升空年发射升空,经过经过8次变次变轨轨,一年多对月球的观测一年多对月球的观测,圆满地获圆满地获取了月球的第一手资料。在人们关取了月球的第一手资料。在人们关注着注着“嫦娥嫦娥”一号的丰硕成果的同时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也对它的变轨技术

15、产生了浓厚的兴趣趣,那么什么是航天器的变轨呢那么什么是航天器的变轨呢? 所谓变轨所谓变轨,顾名思义就是改变航天顾名思义就是改变航天器在太空中的运行轨道。受运载火箭器在太空中的运行轨道。受运载火箭发射能力的局限发射能力的局限,航天器往往不能直接航天器往往不能直接由火箭送入最终运行的空间轨道由火箭送入最终运行的空间轨道,而是而是要在一个椭圆轨道上先行过渡。在地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面跟踪测控网的跟踪测控下,选择合适选择合适时机向航天器上的发动机发出点火指时机向航天器上的发动机发出点火指令令,通过一定的推力改变航天器的运行通过一定的推力改变航天器的运行速度速度,达到

16、改变航天器运行轨道的目的。达到改变航天器运行轨道的目的。 卫星轨道是椭圆形的卫星轨道是椭圆形的,而节省发射火箭燃而节省发射火箭燃料的方法料的方法,可以先将卫星发射到大椭圆形的轨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道。当它处于远地点的时候,卫星上面的姿态卫星上面的姿态调整火箭点火调整火箭点火,这样卫星的轨道变成需要的高这样卫星的轨道变成需要的高度。可以多次变轨度。可以多次变轨,这就需要精确计算卫星变这就需要精确计算卫星变轨的时间轨的时间,由地面控制指令。由地面控制指令。 “嫦娥嫦娥”一号卫星的首次变轨是在远地点一号卫星的首次变轨是在远地点进行的。按照计划安排进行的。按照计划安排,从从2007年年10月月26日开日开始始,卫星在近地点实施卫星在近地点实施3次变轨。其中最重要次变轨。其中最重要的是最后一次变轨的是最后一次变轨,即即10月月31日实施的变轨。日实施的变轨。卫星在那次变轨后卫星在那次变轨后,正式踏上奔月的征程。正式踏上奔月的征程。“嫦娥嫦娥”一号三次变轨一号三次变轨