第8章航天系统.

第8章航天系统8.1航天器8.2航天运输系统8.3航天器发射场8.4航天测控网人造地球卫星简称人造卫星，是航天器中数量最多的一类，占所有航天器总数90%以上。按用途可以将卫星分为科学卫星、应用卫星和技术实验卫星。科学卫星用于科学探测与科学研究。应用卫星是直接为国民经济和军事服务的卫星。应用卫星按用途又可以分为通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星、地球资源卫星等。航天器航天器由专用系统和保障系统构成。专用系统又称有效载荷，用于执行特定的航天任务；保障系统又称通用载荷，用于保障专用系统的正常工作。人造地球卫星卫星结构形式因其用途而异，但从功能上看都由承力结构，外壳安装部件，天线，太阳能电池阵结构，防热结构，分离连接装置等组成人造地球卫星卫星主要由下列几个部分组成：卫星的本体（结构系统）、电源系统、通信装置及其天线、姿态控制系统、温度控制系统、仪器舱等载人飞船是指能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航天器，又称宇宙飞船。载人飞船运行时有限，仅能一次使用。载人飞船可以独立进行航天活动，也可以作为往返于地面和航天站之间的“渡船”，能够与航天站式其他航天器对接后进行联合飞行。载人飞船具有多种用途。主要进行近地轨道飞行，试验各种载人航天技术；考察轨道上失重和空间辐射对人体的影响，发展航天医学；进行载人登月飞行；为航天站接送人员和物资；进行军事侦察和地球资源勘测；进行临时天文观测。载人飞船载人飞船一般由乘员返回座舱、轨道舱、服务舱、对接舱和应急救生装置等部分组成。登月飞船还有登月舱2002年12月30日，神舟四号任务创造了中国运载火箭低温发射的历史纪录；2003年10月15日，神舟五号首次将中国航天员送入太空；2005年10月17日，神舟六号实现了“多人多天”的飞行任务；2008年9月27日，神舟七号完成了中国航天员首次太空行走；2011年和2012年，天宫一号和神舟八号、神舟九号完成了两次空间交会对接任务，建成了中国第一个空间实验室，中国三名航天员首次住上了这个“太空之家”载人飞船载人飞船我国第一艘载人飞船“神舟五号”由轨道舱、返回舱和推进舱组成。载人飞船返回舱是载人飞船的核心舱段，也是整个飞船的控制中心。承受起飞、上升和轨道运行阶段的各种应力和环境条件，经受减速过载和气动加热，有舱门与轨道舱相通。轨道舱是宇航员在轨道上的工作场所，里面装有各种实验仪器和设备。推进舱通常安装动力系统、电源和气源等设备，对飞船起到服务保障作用对接舱是用来与太空站或其他航天器对接的舱段，航天员可由此出舱进入空间载人飞船对接过程空间站可供多个航天员长期工作和居住，又称航天站或轨道站。空间站运行期间，航天员的替换和物资设备的补充可以由载人飞船或航天飞机运送，物资也可以由无人飞船运送。由于空间站在环绕地球轨道上运行，处于没有大气微重力的特殊情况下，在科学研究、国民经济和军事上都有重大意义。主要用在天文观测、地球资源勘测、医学和生物研究，新材料新工艺研究以及军事侦察等。空间站空间站空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站由运载火箭直接发射入轨；组合式空间站由若干次火箭发射或航天飞机多次飞行，把空间站的组合件运送到轨道上组合而成。空间站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳能电池板等部分组成。对接舱用以停靠载人飞船或其他航天器。航天飞机航天飞机是一种可以重复使用的，往返与地球表面和近地轨道之间的飞行器，航天飞机可以在轨道上运行以完成多种任务，也可以作为运输工具将其他航天器送入近地轨道。航天飞机依靠火箭推进进入太空，返回时像飞机一样依靠空气动力下滑着陆。目前世界上只有美国和前苏联建造了航天飞机，其中美国五架（已坠毁2架）。前苏联的航天飞机没有正式投入使用。轨道飞行器是航天飞机最复杂的部分，要求重复使用100次。外形为无尾曲边三角翼布局，内部结构与一般飞机类似。轨道飞行器在再入大气层时会产生很高的温度，机首和前缘可达1430℃，因此采用碳—碳材料防热层。机身和机翼下部温度约为650~1200℃，采用二氧化硅防热瓦。其他部分敷盖温度较低的防热层。防热层可以使用内部承力金属结构保持在180℃以下。航天飞机航天救生装置航天救生是指在紧急情况下，航天员迅速脱离航天器，及时撤往另一航天器或返回地面，并在地面进行自救或求救的过程主动飞行段的救生分为：发射台低空段救生和高空段救生发射台低空段救生从起飞到十几米的高度内，火箭一旦发生故障，载人飞船携带的动力装置的推力不足以克服空气阻力而把飞船从运载火箭上推开，因此需要专门设置救生装置，如救生塔航天救生装置高空段救生在高空段，飞船的返回制动发动机的推力足以克服飞船的空气阻力而把飞船从危险区推开，然后按正常程序安全降落轨道运行段救生飞船在轨道运行段的安全主要靠飞船各种设备的可靠性和主要系统设备采用备份来保证运载火箭是一种由多级火箭组成的航天器运输工具。主要用途是把人造地球卫星、宇宙飞船等有效载荷送入预定轨道。最小的运载火箭重10余吨，可将1.48kg载荷送入近地轨道。最大的运载火箭重达2900多吨，可将120吨有效载荷送入近地轨道。航天运输系统航天运输系统是把任何有效载荷运送到预定轨道的航天运输工具。可分为：运载器和运输器航天运输系统运载火箭发射程序是指运载火箭从点火起飞到将航天器送入预定轨道的整个过程1、天体运行轨道条件以探测太阳系内某一天体为目的的空间探测器要与目标天体接近或相遇，必须在地球与目标天体处于一定的相对位置之前和之后某个时间区域内瞄准正在运动的目标天体发射，这个时间区间就是发射窗口。如错过这段时间，地球与目标天体的相对位置发生变化，发射窗口和飞行路线也随之改变。2、航天器轨道要求近地航天器的的交会和对接、用多颗非静止轨道的通信卫星和导航卫星组成专用网，都必须根据轨道分布的要求，按照严格的规定时间发射。3、航天器的工作条件要求执行各种使命的地球应用卫星往往要求卫星-地球-太阳之间有一定的相对位置。而且卫星有特定的姿势，以保证卫星能正常的工作和完成预定的任务。航天运输系统航天发射场航天发射场是发射运载火箭或航天飞机将各种航天器送入太空的地方。也有的叫卫星发射场、发射基地、发射中心等。航天发射场是一套为保障运载火箭和航天器的装配、测试、加注、发射、外弹道测量、发送指令和处理测量信息而专门建造的地面设备和设施的总称。1、技术区技术区是航天发射场的重要组成部分，建筑设施配有各种通用和专用设备，可对运载火箭和航天器进行验收、存放、组装、测试和定期检查。一个发射场可设一个或几个技术区，如可分运载工具和航天器两个技术区。在确保安全的条件下，技术区与发射区之间相隔的距离要尽可能短，以节省修路和运输费用。2、发射区发射区是对航天器实施发射的场所，配备有一整套为发射服务的专用和通用设备和建筑。发射区接纳来自技术区的运载工具和航天器，并将它们起竖到发射台上，进行发射前的最后测试（垂直组装和运输的不需要测试），然后加注推进剂和充填压缩气体，最后完成发射。一个发射场也可设置多个发射区，发射区之间有一定的间距要求。航天发射场航天发射场航天发射场肯尼迪航天中心拜科鲁尔航天中心中国的航天发射场中国的航天发射场主要有三个：西昌卫星发射中心、酒泉卫星发射中心和太原卫星发射中心。航天发射场3、测控系统测控系统是设置在发射区和航区上的一系列地面测控站和海上专用测量船，用来测量航迹、发送指令、接收和处理运载工具和航天器发出的遥测信息等。位于发射区的测控系统除了对运载工具起飞和飞行的初始阶段跟踪测量外，更重要的是为了确保发射区安全，提供安全控制信息。航天发射场航天测控系统按其测控的航天器类型的不同，大体上可分为：卫星测控系统，载人航天测控系统和深空测控系统三类航天测控网是完成运载火箭、航天器跟踪测轨、遥测信号接收与处理、遥控信号发送任务的综合电子系统。由于地球曲率的影响，以无线电微波传播为基础的测控系统，用一个地点的地面站不可能实现对运载火箭，航天器进行全航程观测，需要用分布在不同地点的多个地面站“接力”连接才能完成测控任务。航天测控网由多个测控站、测控中心和通信系统构成。航天测控网4、其他保障系统技术保障系统是为了进行技术准备和事后处理服务的，它是发射场开展工作的神经中枢。后勤保障系统通常包括供水、供电和通信系统，机场、码头、铁路和公路交通运输系统，推进剂的生产和贮存区，物资和生活用品的供应集散区以及工作人员的居住区等。气象保障是航天发射场的一个关键，所以气象台、站也是重要的保障设施。航天技术应用