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1、LOGO 力学在航天技术中的应用力学在航天技术中的应用 基于神九基于神九-天宫对接过程分析天宫对接过程分析小组成员：小组成员： 组长：张晓静组长：张晓静 成员：甘俏姗成员：甘俏姗 张菲菲张菲菲 陈观寿陈观寿 王莉玲王莉玲 后期工作：全体人员后期工作：全体人员收集资料收集资料制作制作 pp t + 主讲主讲LOGO目录目录一、神九简介一、神九简介1二、发射入轨二、发射入轨2三、太空运行三、太空运行3四、返回地球四、返回地球LOGO 一、神九简介一、神九简介中文名：中文名：神舟九号飞船神舟九号飞船运载火箭：运载火箭： 长征二号长征二号F运载火箭运载火箭发射地点：发射地点： 酒泉卫星发射中心酒泉卫星
2、发射中心发射时间：发射时间：2012年年6月月16日日18时时37分分 24秒秒 返回时间返回时间20122012年年6 6月月2929日日1010时时搭载人数：搭载人数： 景海鹏、刘旺、刘洋（女）景海鹏、刘旺、刘洋（女）（一） 基本数据基本数据 LOGO（二）四大亮点（二）四大亮点LOGO（三）（三）LOGO（四）解剖运载火箭（四）解剖运载火箭动力装置系统动力装置系统（又称推（又称推进系统）进系统） 逃逸塔：逃逸塔：保飞船万全保飞船万全整流罩：整流罩：使航天器免使航天器免受气动力和气动热的受气动力和气动热的损伤损伤LOGO （五）飞船多舱段结构 轨道舱轨道舱：航天员航天员 的的“太空卧室太空
3、卧室” 返回舱：返回舱：航天员航天员 的的“驾驶室驾驶室”附加段附加段:对接机构对接机构推进舱：推进舱：用于飞船的姿态控用于飞船的姿态控制、变轨和制动等制、变轨和制动等 LOGO二、发射入轨二、发射入轨运载火箭运载火箭人类登天的阶梯人类登天的阶梯火箭是以热气流高速向后火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装力向前运动的喷气推进装置。置。它自身携带燃烧剂与氧化它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在燃，既可在大大气中，又可气中，又可在外层空间飞行。在外层空间飞行。LOGO发射阶段的基本原理发射阶段的基本原理 （一
4、）（一）第一宇宙速度第一宇宙速度 航天器沿地球表面作圆周运动航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速时必须具备的速度，也叫环绕速度。度。注意：注意：发射速度大于发射速度大于7.9km/s，而小于，而小于11.2km/s，航天器绕地，航天器绕地球运动的轨迹球运动的轨迹不是圆不是圆，而是，而是椭圆椭圆；发射速度；发射速度等于或大于等于或大于11.2km/s时，航天器就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。时，航天器就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。LOGO（二）发射阶段的基本原理（二）发射阶段的基本原理（2）牛顿第三定律：）牛顿第三定律：即作用力与反作用力即作用力与反作用力定律。火箭正
5、是靠着定律。火箭正是靠着燃料推力产生的反作燃料推力产生的反作用力而冲上云霄的。用力而冲上云霄的。LOGO（二）发射阶段的基本原理（二）发射阶段的基本原理（3）动量守恒定律）动量守恒定律火箭飞行的另火箭飞行的另 一个重要依据就是动量守恒定律。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，燃气喷发时做反冲运动，作用力很大，地球引地球引力和空气阻力与燃料燃烧所产生的推力相比极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，且小，不影响动量守恒，且作用时间短，从而使作用时间短，从而使火箭获得很大的速度，进而飞入太空。火箭获得很大的速度，进而飞入太空。LOGO火箭提速依据的
6、公式火箭提速依据的公式 航天之父航天之父齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基 基于动量守恒定律提出了基于动量守恒定律提出了变质量火箭方程变质量火箭方程： V=lnM0/Mk V发动机停火时火箭的速度发动机停火时火箭的速度喷气的速度喷气的速度M0火箭火箭+燃料的总质量，燃料的总质量，Mk火箭的质量火箭的质量LOGO怎样给火箭提速？怎样给火箭提速？ 由由齐奥尔科夫斯基的齐奥尔科夫斯基的公式可知，火箭公式可知，火箭飞行速度与飞行速度与和和M0/Mk的的自然对数成正比，自然对数成正比，即即喷气速度越大，所携带推进剂越多，火喷气速度越大，所携带推进剂越多，火箭最后能达到的速度也就越大。箭最后能达到的速度也就越大
7、。 事实上，目前尚未研制出用以提速的事实上，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，人们想出了给火箭也是行不通的。于是，人们想出了给火箭“接力接力”的办法。的办法。LOGO火箭火箭“接力接力”的三种形式的三种形式串联式并联式混联式LOGO（三）发射阶段的力学原理（三）发射阶段的力学原理4、超重、超重飞船飞船进入轨道的进入轨道的加速上升加速上升过程和返回时的过程和返回时的减速减速下降下降过程过程，航天员都处于超重状态。，航天员都处于超重状态。LOGO
8、二、太空运行二、太空运行1、太空飞行方式、太空飞行方式飞船在太空飞行基本有飞船在太空飞行基本有两种方式：两种方式：轨道运行和变轨道运行和变轨飞行。轨飞行。 本次神舟九号飞船进行本次神舟九号飞船进行了了5次变轨来追赶次变轨来追赶天宫一天宫一号号。LOGO2、对接技术对接技术我国此次载人交会对接我国此次载人交会对接 最主要的目的就是最主要的目的就是要掌握航天员要掌握航天员手控对接手控对接技术。技术。 LOGO（二）轨道飞行中的力学原理（二）轨道飞行中的力学原理1、万有引力定律、万有引力定律飞船绕轨运动，万有引力飞船绕轨运动，万有引力提供向心力提供向心力1687年年 牛顿提出了万有引力定律牛顿提出了
9、万有引力定律 LOGO（二）轨道飞行中的力学原理（二）轨道飞行中的力学原理2、失重、失重飞船进入绕地轨道时飞船进入绕地轨道时,只受到地球引力作用只受到地球引力作用,使之使之绕地球做圆周地运动绕地球做圆周地运动,进入进入失重失重（因为重力提供（因为重力提供向心力）向心力）状态状态。LOGO3、轨道运行满足开普勒定律、轨道运行满足开普勒定律开普勒第一定律开普勒第一定律轨道定律轨道定律飞船的运行轨道是一个椭圆，飞船的运行轨道是一个椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上。地球位于椭圆的一个焦点上。太阳太阳太阳太阳飞船飞船飞船飞船LOGO开普勒第二定律开普勒第二定律面积定律面积定律 飞船的向径（地心到载人飞船的
10、连线）在相等飞船的向径（地心到载人飞船的连线）在相等的时间内扫过的面积相等。的时间内扫过的面积相等。LOGO开普勒第三定律开普勒第三定律周期定律周期定律飞船的周期，即绕地球一周所需要的时飞船的周期，即绕地球一周所需要的时飞船的周期，即绕地球一周所需要的时飞船的周期，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，间，仅取决于椭圆运行轨道的半长轴，间，仅取决于椭圆运行轨道的半长轴，间，仅取决于椭圆运行轨道的半长轴，而与短轴无关。而与短轴无关。而与短轴无关。而与短轴无关。太阳太阳太阳太阳飞船飞船飞船飞船LOGO（二）轨道飞行中的力学原理（二）轨道飞行中的力学原理4、离心运动、离心运动飞船要
11、送到指定高度圆飞船要送到指定高度圆轨道飞行时，先是从低轨道飞行时，先是从低圆轨道运行到椭圆轨道，圆轨道运行到椭圆轨道，然后在然后在P点再加速到目点再加速到目标轨道。标轨道。在在Q点点短暂开机，飞船短暂开机，飞船的的速度增加，向心力增速度增加，向心力增大，地球万有引力不足大，地球万有引力不足以提供这么大的向心力以提供这么大的向心力，飞船做离心运动。飞船做离心运动。LOGO（二）轨道飞行中的力学原理（二）轨道飞行中的力学原理5、能量守恒定律、能量守恒定律从能量角度分析从能量角度分析飞船在椭飞船在椭圆轨道上运行时，离地高度在圆轨道上运行时，离地高度在变化，其速度大小也在变化。变化，其速度大小也在变化
12、。近地点近地点Q的速度大，动能也就的速度大，动能也就大，远地点大，远地点P速度小，动能也速度小，动能也就小就小。能量是不会凭空产生，也不会能量是不会凭空产生，也不会凭空消失，因此在此过程中，凭空消失，因此在此过程中，由能量守恒可知，由能量守恒可知，飞船动能的飞船动能的减小或增大转化为飞船的势能减小或增大转化为飞船的势能。LOGO四、返回地球四、返回地球飞船返回首先需降低飞行速度飞船返回首先需降低飞行速度 LOGO飞船如何安全回家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：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，一是制动飞行阶段：飞船在太空中
13、运行最后一圈时，地面测控部门向飞船发出返回指令，飞船随即地面测控部门向飞船发出返回指令，飞船随即调整调整姿态姿态，发动机点火发动机点火制动，进入制动，进入返回轨道返回轨道。LOGO二是自由滑行阶段二是自由滑行阶段飞船以无动力飞行状态自由下降。当高度降飞船以无动力飞行状态自由下降。当高度降至距离地面至距离地面140公里公里处时，处时，推进舱和推进舱和返回舱返回舱分离分离，推进舱在穿越大气层时烧毁，返回舱，推进舱在穿越大气层时烧毁，返回舱继续下降。继续下降。LOGO三是再入大气层阶段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
14、表面形成高温等产生巨大热量，在飞船表面形成高温等离子气体离子气体层层，并对，并对电磁波造成屏蔽电磁波造成屏蔽形成形成“黑障黑障”，使飞船，使飞船在在240秒内与秒内与地面地面失去联系。失去联系。LOGO四是着陆阶段四是着陆阶段当返回舱降至离地面约当返回舱降至离地面约10公里公里时，回收着陆系时，回收着陆系统开始工作，统开始工作，弹出伞弹出伞，飞船开始缓缓下降。在，飞船开始缓缓下降。在距离地面约距离地面约1米米时，时，4台台反推火箭发动机点火反推火箭发动机点火，使飞船以使飞船以1米米-2米米/秒的速度实现软着陆。秒的速度实现软着陆。LOGO 昨天的梦想就是今昨天的梦想就是今天的希望、明天的现实。天的希望、明天的现实。 火箭之父火箭之父罗伯特罗伯特戈达戈达德德
