航天控制入门

《航天控制入门》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航天控制入门（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、航天飞机学号: 021110419姓名：李鑫一航天飞机的基本概念、飞行原理和构造航天飞机（Space Shuttle,又称为太空梭或太空穿梭机）是可重复使用的、往返于太空 和地面之间的航天器，结合了飞机与航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星等航天 器送入太空,也能像载人飞船那样在轨道上运行,还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。航 天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具,它大大降低航天活动的费用,是航天史上的 一个重要里程碑。飞行原理：航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线（高度100 公里的关门线）而设 计的火箭动力飞机。它是一种有翼、可重复使用的航天器,由辅助的运载火箭发射脱离大气 层

2、,作为往返于地球与外层空间的交通工具,航天飞机结合了飞机与航天器的性质,像有翅宇航员舱膀的太空船,外形像飞机。航天飞 机的翼在回到地球时提供空气刹车 作用,以及在降跑道时提供升力。 航天飞机升入太空时跟其他单次使 用的载具一样,是用火箭动力垂直 升入。因为机翼的关系,航天飞机 的有效载荷比例较低。设计者希望 以重复使用性来弥补这个缺点。航天飞机除可在天地间运载人 员和货物之外,凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点,还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放,或把在太空失效的或毁坏的无人航天器,如低轨 道卫星等人造天体修好,再投入使用,甚至可以

3、把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内,进 行各项科研工作。航天飞机的飞行过程大致有上升、轨道飞行、返回三个阶段。起飞命令下达后,航天飞机在助推火箭的推动下垂直上升,直至进入预定轨道,完成上升。进入轨道后,航天飞机的 主发动机熄火,由两台小型火箭发动机控制飞行。到达预定地点后,航天飞机开始工作。航 天飞机完成任务后,便开始重新启动发动机,向着地球飞行。进入大气层后,航天飞机速度 开始放慢,并像普通滑翔机一样滑翔着陆。构造：航天飞机由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。 外部燃料箱：外表为铁锈颜色,主要由前部液氧箱、后部液氢箱以及连接前后两箱的箱 间段组成。外部燃料箱负责为航天飞机的3

4、台主发动机提供燃料。外部燃料箱是航天飞机三 大模块中唯一不能重复使用的部分,发射后约8.5 分钟,燃料耗尽,外部燃料箱便被坠入到 大洋中。火箭助推器：这对火箭助推器中装有助推燃料，平行安装在外部燃料箱的两侧，为航天 飞机垂直起飞和飞出大气层进入轨道，提供额外推力。在发射后的头两分钟内，与航天飞机 的主发动机一同工作，到达一定高度后，与航天飞机分离，前锥段里降落伞系统启动，使其 降落在大西洋上，可回收重复使用。轨道器：即航天飞机本身，它是整个系统的核心部分。轨道器是整个系统中惟一可以载 人的、真正在地球轨道上飞行的部件，它很像一架大型的三角翼飞机。轨道器由前、中、尾 三段机身组成。前段结构可分为

5、头锥和乘员舱两部分，头锥处于航天飞机的最前端，具有良 好的气动外形和防热系统，前段的核心部分是处于正常气 压下的乘员舱。这个乘员舱又可 分为三层：最上层是驾驶台，有4 个座位，中层是生活舱，下层是仪器设备舱。乘员舱为航 天员提供宽敞的空间，航天员在舱内可穿普通地面服装工作和生活。一般情况下舱内可容纳 47 人，紧急情况下也可容纳10 人。航天飞机的中段主要是有效载荷舱。舱内可以装载各种卫星、空间实验室、大型天文望 远镜和各种深空探测器等。为了在轨道上施放所携带的有效载荷或回收轨道上运行的有效载 荷，舱内设有一或二个自动操作的遥控机械手和电视装置。机械手是一根很细的长杆，在地 面上它几乎不能承受

6、自身的重量，但是在失重条件下的宇宙空间，却可以迅速而灵活地载卸 10t 多的有效载荷。航天飞机中段机身除了提供货舱结构之外，也是前、后段机身的承载结 构。二目前最新发展一旦技术允许，美国航空航天局将进行对轨道航天飞机的开发。由诺斯普罗曼公司和轨 道科学公司研发的航天飞行器在外观上和目前的航天飞机差不多，但体积却只有它的1/4。 还有一种更小的轨道航天飞机将由类似波音公司Delta 4型火箭的推进器发射。由于采用混 合动力系统，这种航天飞机将更加可靠和安全。日本东京宇宙和宇航科学研究所从80年代初开始研究一种叫“HIMES”的宇宙运输飞 船。此飞船最大有效载荷约半吨，最高飞行高度为300公里，它

7、能够垂直起飞和水平降落， 所以其实质是一种航天飞机。HIMES全长13.7米，用1.5吨的液氢、一吨的液氧作推进剂， 装有两个可重新点火的发动机。该航天飞机有一个三角形支撑面，支撑面末端旁边还有两个 用液氢作动力燃料的发动机，以备不测。三目前难题和缺陷由于体积庞大、结构复杂，发射航天飞机轨道器只能与外贮燃料箱并联在一起，所以航 天飞机并不安全，轨道器很容易受到从外贮箱掉下来的保温材料的撞击。由于每架航天飞机 发射完以后维修量很大，所以发射时间间隔也很长，一般情况下航天飞机每年仅能进行56 架次的发射。实际上，航天飞机的使用寿命十分有限由于航天飞机升空时需要对航天员 的舱位加压，返航时再减压，就

8、像把气球吹起来再放气一样，这对航天飞机的损耗很大。航天飞机的另一个大问题是，航天器在发射时最好呈360 度对称，但航天飞机并不对称。 此外，由于背着一个巨大的燃料箱，两边还各有一个助推火箭，航天飞机在发射架上很不稳 当。发射时，航天飞机本身先点火，之后它会往一边倒，再被反弹回来，这时助推火箭再点 火，但这个过程肉眼并不能看出来。这“一倒一回”的过程，极易造成助推火箭漏气，引发严 重后果。为了极大提高运输能力，航天飞机被设计得很复杂。它里面有3500 个重要的分系 统和 250 万个零部件，所以只要其中的1 个重要分系统或关键零部件失灵，就有可能导致重 大事故。另外，为了可重复使用，其轨道器既要

9、有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速 飞行和水平着陆的复杂气动外形，又要有能承受再进入大气层时高温气动加热的防热系统， 并在世界上首次装备了可重复使用50 次的主发动机。这些也都大大增加了航天飞机研制的 技术难度和风险。四未来的发展方向1986 年，就在“挑战者”号航天飞机爆炸事故发生数周之后，美国总统里根宣布了开发 新型航天器的计划。这种被称为“新东方快车”(Nnew Orient Express)的飞行器将在大气层边 缘处飞行，它从美国华盛顿飞到日本东京将只需要2个小时，它的飞行速度将是声速的25 倍，能够十分轻易地进入或离开飞行轨道。它不需要以前航天飞机所携带的庞大的外部燃料 箱和

10、助推器。但是，它也同样遇到了非常巨大的技术障碍。 2002年9 月，布什政府宣布了 一项计划，其一是在10年之内开发出一种“轨道太空飞机”(Orbital Space Plane)，与里根的“东 方快车”计划不同的是，它将使用常规的运载技术。其二是一项对先进概念式设计的开放式 研究，它没有对何时研制出一套新系统设定严格的期限。在可以预见的未来，还不会出现任何形式类似“新东方快车”这样的飞行器。从理想角度 讲，太空飞行器将更像是常规的飞机。它们使用单级助推器实现从起飞、入轨一直到着陆的 全过程，只需在两次飞行之间补充燃料即可。燃料将全部装在内部燃料箱中，这样飞行器在 大气层内外都能够很灵活地进行操纵，并且在重新进人大气层时能够耐受所产生的高温。但 事实证明，到目前为止要想同时满足所有这些要求，还是超出当今世界顶尖级航空专家能力 范围的。五学习完课程的想法通过对航天控制入门的课程的学习，我了解了许多关于航天方面的知识，例如飞船的变 轨和怎样对飞行器进行姿态的控制，除此之外，对于宇宙的环境也有了进一步的了解，感受 到了宇宙的浩瀚，航天科技的奇妙，受益匪浅。对于这门课程，我建议在授课时老师可以更 多地结合一些视屏动画来帮助学生理解所学的一些知识，这样效果可能会更好。另外，老师 可以布置一些课外的专题活动，让学生更多地参与进课程的学习中来。