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上九天揽月:载人宇宙飞船的太空旅程

时间:2024-06-16 百科知识 版权反馈
【摘要】:1.载人飞船的太空旅程宇宙飞船要进入宇宙空间,靠的是大推力多级液体火箭。在要求绝对可靠的载人航天器中,宇宙飞船上的导航设计和地基导航系统都采用联合工作方式。美国航空航天局采用载人飞行网络提供飞船距离和速度信息。在进入月球轨道时期,因载人飞行网络的视线受到限制。六分仪利用星体的水平测量值,来引导飞船即指令舱踏上返回地球的归程。

上九天揽月:载人宇宙飞船的太空旅程

1.载人飞船太空旅程

宇宙飞船要进入宇宙空间,靠的是大推力多级液体火箭。一般是先把宇宙飞船和所搭载的火箭高高地耸立在发射塔架上,按照地面控制指挥中心的指令,再根据发射窗口的需要精确地使第一级发动机点火,运载火箭垂直地缓慢起飞升空,不断地加速飞行。

一定时间之后,按照运 行程序,运载火箭缓缓地转弯,上升到一定高度,基本达到了入轨所需的速度,也就是进入了与地面相平行的运行方向。此时,标志第一级火箭已完成任务,燃料也已经用完,这时第一级火箭关机分离。

同时,第二级发动机点火,火箭继续飞行。当火箭飞出大气层已不存在大气阻力时,按程序抛掉火箭整流罩;在达到预定速度和高度时,第二级发动机关机分离,由此加速飞行阶段也至此结束。这时的火箭已获得很大的动力,由于两级火箭已被抛掉,重量轻了很多,于是进入惯性飞行阶段。当达到与指定轨道相切的位置时,则第三级发动机开始点火,进行最后加速;达到预定速度(等于或大于每秒7.9千米的第一宇宙),第三级发动机关机,这时火箭顶端上的宇宙飞船等被弹出,进入预定运行轨道。此时,运载火箭完成运载任务。

当火箭把宇宙飞船送入太空之后,宇宙飞船就开始进入太空飞行。此时,除了必须有一定的高度和速度之外,还必须具有一个特殊的条件,即宇宙飞船的飞行必须沿着一条看不见而又确实存在的轨道飞行。这条轨道通常称之为运行轨道。根据航天器用途的不同,运行的轨道也不同,即轨道参数不同。也可根据不同的用途,通过航天器的轨道机动系统和控制系统改变运行轨道。

运行轨道形状有圆形轨道和椭圆形轨道之分。当航天器的飞行速度等于第一宇宙速度时(即每秒7.9千米),它的运行轨道就是圆形轨道;大于第一宇宙速度时,它的运行轨道就为椭圆形轨道。

各种航天器进行空间探索,所需完成的任务决定了它们在不同的轨道上飞行,因而与航空器一样,在太空飞行也需要导航。空间导航与地面导航原理类似,也是准确地选定一个已知参照目标,通过测量航天器与该参照目标间的距离和方位角度,经分析计算进而确定航天器所处位置,达到导航的目的。

但是空间导航又和地面导航有所不同。空间星体间的距离远比地球上的距离要大得多,在太空飞行中平常所用的基准座标系变得遥远而不可靠,如沿用传统的“三角测量法”就会产生错误的结果。因此,一般的空间导航都是使用一系列的高精尖测量设计及采用先进的测量方法。只有这样,才能保证得到高精度的初始数据,经处理后才能最终达到空间导航的精度要求。(www.xing528.com)

在初期航天器的无人空间飞行中,航天器的导航,特别是宇宙飞船的导航,大部分时间是靠地基导航的,所使用的导航设备也都是全自动的。地基导航用雷达测距,精度可达几米。用多普勒频移法测速,其频移的大小就反映出空间航天器相对于测控站的径向速度。

还可以采用长基线干涉测量方法。其原理是:分别先测出两个相距很远的地面测控站接收来自同一航天器的时间,然后再将所得的这两个时间,与事先定的某个类星体光源抵达的时间相比较,从而可确定航天器相对于所选定类星体的方位。这两种方法的导航精度都很高,完全适用于空间导航。

自从开始了航天器的载人飞行之后,自主导航就越来越普遍地被采用了。自主导航的航天器中必须具有以下一些设计:高精度的惯性测量器件,空间六分仪光学定位系统。

在要求绝对可靠的载人航天器中,宇宙飞船上的导航设计和地基导航系统都采用联合工作方式。这样做既保证了导航的高精度要求,而且当某一环节出现故障时,另一系统仍可继续工作,起到两种导航系统相互弥补的作用。

“阿波罗-12”号飞船的登月导航,是地基导航与自主导航相结合十分成功的应用实例。“阿波罗”飞船从近地轨道再到月球轨道要飞行3天时间,航程达40万千米。这对于行星探测来讲没有什么了不得的,但相对地球来讲,这个距离可以说十分遥远。

在地面开始升空的上升段,飞行主要是用飞船中的惯性器件进行导航。在进入近地轨道飞行时,地面控制则是主要的。美国航空航天局采用载人飞行网络提供飞船距离和速度信息。该网络中的S频带雷达用于在地球上测量视角,飞船上的空间六分仪进行星体的水平测量作为辅助导航。

在进入月球轨道时期,因载人飞行网络的视线受到限制。这样,飞船上光学扫描望远镜和空间六分仪便成为主要的导航设备,实行自主导航。六分仪通过跟踪月球上的目标,来确定飞船飞行路线。为增加可靠性,在向月球表面降落时,地面控制仍然保留在登月舱导航的环路中。返回地面时,飞船又靠惯性器件完成从月球的起飞导航。之后,登月舱利用甚高频测距及惯性导航,实现与指令舱的会合。六分仪利用星体的水平测量值,来引导飞船即指令舱踏上返回地球的归程。到了最后,它又再用惯性器件导航,完成再入和着陆地球的导航。

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