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第7章 宇航科技使人類飛向太空(3)

這主要由以下技術參數(shù)決定:

(1)速度與高度

航天器在獲得一定速度時(一般要達到第一宇宙速度以下),并達到一定高度(離地面125公里以上)時,開始進入“近地軌道區(qū)”繞地球做勻速運動,此時的“軌道”有兩種幾何形式,一種是圓形軌道,即以地球為中心,航天器的飛行軌跡高度基本不變,是個均值。此時的速度要保持在每秒7.9公里。另一種是橢圓形軌道,即當航天器運行速度大于第一宇宙速度而又小于第二宇宙速度時,就會出現(xiàn)橢圓形軌道。這時,地球處于橢圓的一個焦點上,航天器圍繞地球旋轉(zhuǎn)時,它們之間的距離是個變量,離地球最近的一點稱“近地點高度”,離地球最遠的一點稱“遠地點高度”。在繞地軌道上運行的航天器,其運行壽命和用途與軌道高度有直接關系。高度高,航天器的空間運行壽命就長些,反之,則壽命短些。如用于照相偵察,則不宜飛得太高,而如用于通信、轉(zhuǎn)播、傳輸信息,則可運行在高度很高的“定點同步靜止軌道”(即:在35786公里高度上作正圓形繞地球軌道飛行,其運行速度和地球自轉(zhuǎn)速度一樣。因此好像是靜止定點地“掛在地球某地上空”,故稱之)。因此,航天器的高度和速度要根據(jù)實際來選擇。

至于飛出地球運轉(zhuǎn)軌道,已等于或大于第二宇宙速度時的航天器,其高度和速度對軌道的影響,則不是圓與非圓的問題,而是另一種空間軌道的問題了。

(2)運行周期

通常這是專指航天器繞地球運行一圈的時間,其周期長短與軌道高度有關,軌道高,繞圈大,運行時間就長;反之,則短。但周期也不能太短,最短也不能少于84分鐘,因為再短就說明軌道高度離地面太近了,低于125公里時,就會使航天器受到微薄空氣的阻力而慢慢下降高度,最后掉回地球上來。掌握了航天器運行軌道和運行周期,就可以計算出該航天器經(jīng)過某地上空的時間和觀察視場。

(3)軌道傾角

這是指航天器運行軌道平面與地球赤道平面的夾角。軌道傾角的大小,決定航天器對地球表面覆蓋區(qū)的大小。傾角越大,覆蓋區(qū)越大;反之,則越小。航天器的運行軌道分為三種:一是“赤道軌道”,即航天器軌道平面與赤道平面重合,傾角為零,航天器始終在赤道上空繞地飛行;二是“極地軌道”,即航天器軌道平面與赤道平面垂直,傾角為90度,航天器始終飛越地球南北兩極;三是“傾斜軌道”,即航天器軌道平面與赤道平面夾角既不為零,也不為90度,而是航天器在這0~90度之間的某一傾角飛行。

航天器運行軌道傾角不同,主要是根據(jù)該航天器的功用需要而確定。航天器由地面發(fā)射時,傾角越大,所需運載火箭的推力也要相應大些,這是由于航天器上升入軌過程中,能“借用”地球自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量大小不同而形成的結果。

(4)常用軌道

根據(jù)各種航天器的用途不同,各自選擇運行軌道也不同,其中有三種軌道最受歡迎。

一是“地球同步軌道”,又稱“靜止軌道”。這是“赤道軌道”的一種,屬圓形軌道,高度為35786公里,運行周期為23小時56分4秒,與地球自轉(zhuǎn)一周的時間完全相同。航天器在此軌道上處于與地球相對靜止狀態(tài)。這是一條地面跟蹤簡單,能24小時連續(xù)工作,適用于通信、廣播電視、氣象偵察和軍事預警等人造衛(wèi)星的理想軌道,因此,它成為各國爭相使用的一條“空中林蔭大道”,紛紛向此大道上發(fā)射衛(wèi)星,大有川流不息,不堪擁擠之感。為防止發(fā)生互相碰撞而引起國際糾紛,國際衛(wèi)星組織機構(有122個國家都參加的)規(guī)定,凡向此軌道發(fā)射通信衛(wèi)星,必須事先登記,取得許可證。

二是“極地軌道”,其突出特點是航天器軌跡可覆蓋全球,航天器在此軌道上可飛越地球上任何地區(qū),是導航、資源勘察、氣象探測等類衛(wèi)星的常用軌道。

三是“太陽同步軌道”,是“傾斜軌道”的一種,是指航天器運行軌道平面繞地軸的旋轉(zhuǎn)方向和周期,與地球繞太陽的公轉(zhuǎn)方向和周期相同。其突出特點是航天器運行軌道平面與太陽照射方向始終不變。因此,當航天器沿此軌道運行,每次通過同一緯度的地面目標上空時,能保持對同一地方、在同一運行方向上,具有相同的光照條件,這對于空中對比觀測,合理部署和充分利用航天器上太陽能電池陣列都有獨特優(yōu)點。一些國家的近地軍事偵察衛(wèi)星、地球資源勘探衛(wèi)星和軍事氣象衛(wèi)星大多數(shù)都采用這條軌道。

(5)經(jīng)濟可靠的應變行程

航天器在空間運行過程中的運行軌道,是可以改變的,也就是航天器利用自身攜帶的推進劑啟動自動的動力裝置和航天器姿態(tài)控制裝置改變自身的運行軌道,可以加速,也可掣動減速,還可改變運行方向和姿態(tài)角度。改變其運行軌道,這在航天技術的術語中稱作“軌道機動”,或稱“軌道轉(zhuǎn)移”。

通常,航天器的軌道機動包括改變軌道平面和軌道形狀兩種情況。即:使航天器軌道平面從一個位置轉(zhuǎn)移到一個新的軌道平面位置繼續(xù)運行;航天器軌道形狀從某一圓度改變?yōu)樾碌膱A度。這兩種轉(zhuǎn)移可單獨進行,也可同步進行。

為了節(jié)省航天器在“軌道機動”過程中耗費的能量,70年代以后,人們大量使用“引力跳板技術”。因為這種技術會大大節(jié)省航天器探測路程的飛行時間。所以行星際間的航天器軌道機動,除利用自身動力系統(tǒng)外,現(xiàn)在主要“借用”天體自身的引力來改變航天器運行軌道,即所謂“借力機動技術”或稱“引力跳板技術”,形成“跳板式軌道”,則是更為重要的太陽系內(nèi)行星際間航天活動的技術手段了。

3.推上太空的發(fā)射與測控技術

航天器依靠運載器的推動發(fā)射上天,在空間航行也需人在地面監(jiān)測和控制。因此,航天發(fā)射場地面監(jiān)控網(wǎng)及其主要技術裝備,是現(xiàn)代航天技術中三大支柱之一,是航天系統(tǒng)工程中重要組成部分,是發(fā)射和控制運載器與航天器必備的重要條件。

近30多年來,世界航天事業(yè)中,航天發(fā)射和地面監(jiān)控技術同運載器技術和航天器技術齊頭并進,相輔相成,取得了突飛猛進的發(fā)展,保障和促進了整個航天技術的發(fā)展。

(1)航天發(fā)射場

所謂“發(fā)射場”,就是把航天器發(fā)射上天的場地。這是運載火箭進入茫茫宇宙之前在地面的最后一個停靠站。它是發(fā)射航天器的特定區(qū)域,主要包括發(fā)射區(qū)、測試區(qū)、指揮控制中心、綜合測試設備(計算中心、航路測控站和測量船)、勤務保障設施(生產(chǎn)液氫、液氧、氮等工廠、各種輔助倉庫、通信、氣象、水電供應、計量等部分),以及各種行政后勤保障部門等。場區(qū)的條件要求很嚴格,它的場址選擇、發(fā)射手段、地面指揮控制設備、后勤保障設施等,都是經(jīng)過精心選擇、精心籌措,并要確保準確無誤、安全可靠的。

在發(fā)射場址選擇上,一般要具備以下五個基本條件:一是根據(jù)本國地理條件和發(fā)射航天器的特殊需要,一般要選在緯度較低的地區(qū),盡可能接近赤道,且人煙稀疏的山區(qū)、戈壁或海邊,以防發(fā)生事故;二是要找適宜氣候條件,大氣溫差盡可能小,包括一年四季溫差盡可能冬暖夏涼,晝夜溫差也不大,且每天日照時數(shù)盡可能長些,每年日照天數(shù)多些,保持晴空萬里,天高云淡;三是發(fā)射上天的運載火箭運行的東南方向上有較多的易于布設測探網(wǎng)的地域或海島;四是盡可能便于運輸?shù)牡赜颍煌ň€盡可能易于開辟;五是盡可能多功能使用,即軍用和民用兼容,既可用來發(fā)射航天運載火箭,又可進行導彈武器試驗。

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