第9章 宇宙飞行器

1、第十讲第十讲 宇宙飞行器宇宙飞行器1 宇宙航行的基本原理宇宙航行的基本原理3 人造地球卫星人造地球卫星4 载人飞船载人飞船0 概概 述述5 空间探测器空间探测器2 火箭发动机火箭发动机概 述1957年年10月月04日前苏联用多级火日前苏联用多级火箭发射了第一颗人造地球卫星箭发射了第一颗人造地球卫星，打开了，打开了人类进入宇宙的大门。几十年来，人类人类进入宇宙的大门。几十年来，人类不仅成功地发射了种类众多的人造地球不仅成功地发射了种类众多的人造地球卫星，而且成功地登上了月球，同时还卫星，而且成功地登上了月球，同时还发射了许多探测地球周围行星的探测器。发射了许多探测地球周围行星的探测器。人类已进入

2、了宇宙航行的时代。人类已进入了宇宙航行的时代。概 述 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”从拜科努尔发射场升空。概 述 从1958年至1976年，前苏联发射24个月球号探测器，其中18个完成探测月球的任务。1959年9月12日发射的月球2号，两天后飞抵月球，在成为到达月球的第一位使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。概 述 年月年月日，日，加加林乘坐加加林乘坐“东方东方”号宇宙飞船号宇宙飞船在最大高度在最大高度为公里的轨道上绕为公里的轨道上绕地球一周，历时小时地球一周，历时小时分钟，于上午时分钟，于上午时分降落在苏联境内，分降落在苏联境内，完完成了世界上首次载人

3、宇宙成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太飞行，实现了人类进入太空的愿望。空的愿望。 概 述 六十年代初，美国宇航局提出了“阿波罗登月计划”。经过八年的艰苦努力，连续发射10艘不载人的阿波罗飞船之后，终于在1969年年7月月16日日发射成功载人登月的阿波罗阿波罗11号飞船号飞船。飞船上载有阿姆斯特朗阿姆斯特朗、科林斯科林斯和奥尔德林奥尔德林3名航天员。概 述 1971年年4月，前苏联成功发射了世界上月，前苏联成功发射了世界上第一个试验性载人空间站第一个试验性载人空间站“礼炮礼炮”1号空间站。号空间站。这标志着人类的航天活动从规这标志着人类的航天活动从规模小、飞行时间短的载人飞船进入到规模

4、模小、飞行时间短的载人飞船进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。验阶段。 概 述 1981年年4月月12日美国第一日美国第一架实用航天飞架实用航天飞机哥伦比亚号机哥伦比亚号从卡纳维拉尔从卡纳维拉尔角起飞，历时角起飞，历时54.5小时，绕地小时，绕地球球36圈后安全圈后安全返回。返回。概 述 美国美国“勇气号勇气号”火星探测器终于火星探测器终于 在在2004年年1月月4日胜利登陆火星日胜利登陆火星 概 述 1970年年4月月24日日，中国中国第一颗第一颗人造地人造地球卫星从酒泉卫星发射中心升空，向全世球卫星从酒泉卫星发射中心升空，向全世界宣布中

5、国已进入宇宙空间。界宣布中国已进入宇宙空间。概 述1975年年11月月26日，我国首颗返日，我国首颗返回式卫星发射成功回式卫星发射成功。概 述 1984年年4月月8日，日，“长征三号长征三号”运载运载火箭将第一颗同步通信卫星送人地球火箭将第一颗同步通信卫星送人地球静止轨道集中体现了我国现代火箭技静止轨道集中体现了我国现代火箭技术的最新成就。术的最新成就。概 述1999年年11月月20日日6时时30分分 “神舟神舟”号飞船，在酒泉卫星发射中心用号飞船，在酒泉卫星发射中心用新型长征运载火箭发射升空。新型长征运载火箭发射升空。概 述2003年年10月月15日日9时整，神舟五时整，神舟五号载人飞船发射

6、成功，将中国第号载人飞船发射成功，将中国第一名航天员送上太空。一名航天员送上太空。 概 述 2007年年10月月24日日，中国自主研制，中国自主研制的第一颗月球探的第一颗月球探测卫星测卫星“嫦娥一嫦娥一号号”探测器在西探测器在西昌卫星发射中心昌卫星发射中心成功发射。成功发射。1 宇宙航行的基本原理宇宙航行的基本原理一一 宇宙速度宇宙速度二二 多级火箭多级火箭三三 火箭的发射火箭的发射一. 宇宙速度（1） 要作宇宙航行，首先要了解宇宙天体的运要作宇宙航行，首先要了解宇宙天体的运动规律，十七世纪德国天文学家开普勒动规律，十七世纪德国天文学家开普勒Kepler提出了行星运动的三定律提出了行星运动的三

7、定律。行星运动三定律1.1.所有行星的运动轨道所有行星的运动轨道为椭园，太阳位于椭园为椭园，太阳位于椭园的一个的一个焦点焦点上。上。2.2.行星的速度是变的，行星中心与太阳中心连行星的速度是变的，行星中心与太阳中心连线叫线叫向径向径，同一时间内向径扫过的面积相等。，同一时间内向径扫过的面积相等。3.3.行星绕太阳一周的时间叫行星绕太阳一周的时间叫周期周期，它，它与椭园轨与椭园轨道的半长轴的二分之三次方成正比道的半长轴的二分之三次方成正比。O一. 宇宙速度（1） 随后牛顿随后牛顿Newton导出万有引力定律。他导出万有引力定律。他认为天体的运动是由于天体间存在认为天体的运动是由于天体间存在引力引

8、力。 引力作用下的天体都在按一定的速度和轨引力作用下的天体都在按一定的速度和轨道运行。运行轨道是一个截圆锥曲线，即圆、道运行。运行轨道是一个截圆锥曲线，即圆、椭圆、抛物线和双曲线。椭圆、抛物线和双曲线。宇宙速度（2） 要使物体飞离地球象天体那样作轨道要使物体飞离地球象天体那样作轨道飞行，首先需要获得一定的速度。飞行，首先需要获得一定的速度。1. 环绕速度环绕速度 环绕速度环绕速度是指人造天体在地球的某一是指人造天体在地球的某一高度上围绕地球进行圆周运动所需要的最高度上围绕地球进行圆周运动所需要的最小速度，也称为小速度，也称为第一宇宙速度第一宇宙速度。 地球不同高度上的地球不同高度上的第一宇宙速

9、度第一宇宙速度不相不相同。同。 离地面高度离地面高度(公里公里) 第一宇宙速度第一宇宙速度(公里公里/秒秒)07.9122007.7915007.61910007.35650005.924358003.107引离FF人造卫星按轨道稳定运行需满足：人造卫星按轨道稳定运行需满足： M :卫星质量 R :卫星离地心高度 Vi :第一宇宙速度由由Rg R高度处地心加速度引离FF ，得得代入地球表面数据，则代入地球表面数据，则：环绕速度简单推算/RMVF2I离RMgF 引RIRgV km/sVI912. 72. 脱离速度脱离速度 脱离速度脱离速度是指人造天体在地球的某一是指人造天体在地球的某一高度上摆脱

10、地球引力，进入太阳系，成为高度上摆脱地球引力，进入太阳系，成为太阳系人造行星所需要的最小速度，也称太阳系人造行星所需要的最小速度，也称为为第二宇宙速度第二宇宙速度。 地球不同高度上的地球不同高度上的第二宇宙速度第二宇宙速度。 离地面高度离地面高度(公里公里) 第二宇宙速度第二宇宙速度(公里公里/秒秒)011.18950010.725100010.40350008.378脱离速度的推算脱离速度可根据脱离地球必需做的功来计算。脱离速度可根据脱离地球必需做的功来计算。物体要飞出地球，必须克服地心物体要飞出地球，必须克服地心引力，具有引力，具有巨大的速度巨大的速度 和动能和动能 。这一动能必。这一动能

11、必须与物体所在高度处具有的位能须与物体所在高度处具有的位能 相等。相等。IIV/2MV2IIRMgRR2gVRIIIIIV2V 在地球表面处，在地球表面处，km/sVII11.189当发射速度等于当发射速度等于 时，轨道为时，轨道为抛物线抛物线。IIV当速度大于当速度大于 时，轨道不再是抛物线，而是时，轨道不再是抛物线，而是双曲线双曲线。IIV即即3. 逃逸速度逃逸速度 逃逸速度逃逸速度是指人造天是指人造天体在地球的某一高度上摆体在地球的某一高度上摆脱太阳的引力，飞出太阳脱太阳的引力，飞出太阳系，成为恒星际航天器所系，成为恒星际航天器所需要的最小速度，也称为需要的最小速度，也称为第三宇宙速度第

12、三宇宙速度。 地面高度上的地面高度上的第三宇第三宇宙速度宙速度为：为： km/sVIII7 .16二. 多级火箭要飞向宇宙，就要有宇宙速度，要飞向宇宙，就要有宇宙速度，这个巨大的速度只有靠这个巨大的速度只有靠多级火多级火箭箭才能达到。才能达到。火箭携带大量的推进剂，燃烧时，火箭的质量火箭携带大量的推进剂，燃烧时，火箭的质量迅速变化，因此必须按照迅速变化，因此必须按照变质量物体来计算其变质量物体来计算其运动规律运动规律，即按照著名的，即按照著名的齐奥尔柯夫斯基公式齐奥尔柯夫斯基公式进行计算。进行计算。单级火箭的理想速度lnZuMMlnuVf0 当不考虑重力和气动力作用时当不考虑重力和气动力作用时

13、单级火箭的理想速度是：单级火箭的理想速度是：M0 : 起飞质量起飞质量Mf : 关车质量关车质量u : 排气速度排气速度Z : 质量比质量比 其中，其中，多级火箭的理想速度多级火箭的理想速度是：多级火箭的理想速度是：n1iiin1iilnZuVV三. 火箭的发射多级火箭是多级火箭是垂直发射垂直发射的。这样做的好处的。这样做的好处是，以尽可能短的时间和距离穿过稠密是，以尽可能短的时间和距离穿过稠密的大气层，减小空气阻力，而且垂直安的大气层，减小空气阻力，而且垂直安放也比较方便。放也比较方便。库鲁发射中心（法属圭亚那） 从地理位置上看，库鲁是全球从地理位置上看，库鲁是全球最佳的卫星发射地点，它可以

14、把卫最佳的卫星发射地点，它可以把卫星向东射入大西洋上空，又能得到星向东射入大西洋上空，又能得到地球自转的助推，而且向北和向东地球自转的助推，而且向北和向东的海面上有一个很宽的发射弧度。的海面上有一个很宽的发射弧度。由于这个地方位于赤道之上，所以由于这个地方位于赤道之上，所以用同一种火箭把卫星送入赤道上空用同一种火箭把卫星送入赤道上空轨道时，可比在美国卡纳维拉尔角轨道时，可比在美国卡纳维拉尔角发射多载发射多载1515的重量。的重量。 1968 1968年库鲁航天中心的第一个发射台和控制中心建成，同年年库鲁航天中心的第一个发射台和控制中心建成，同年4 4月月9 9日发射第一枚火箭。截至目前，这里已

15、有日发射第一枚火箭。截至目前，这里已有400400多次的发射纪录。多次的发射纪录。19851985年又建成第二发射台，用于发射阿丽亚娜年又建成第二发射台，用于发射阿丽亚娜3 3型和型和4 4型火箭。现在型火箭。现在每年有每年有9 9次左右商业卫星发射任务。次左右商业卫星发射任务。多级火箭 多级火箭是星际间航行的唯一交通员。它是怎么飞行的呢？先来做一个小试验：把多级火箭是星际间航行的唯一交通员。它是怎么飞行的呢？先来做一个小试验：把气球吹满气，猛一松手，它肯定会向前气球吹满气，猛一松手，它肯定会向前“飞飞”出一定距离后才落到地面。原来气球之所出一定距离后才落到地面。原来气球之所以能以能“飞飞”是

16、因为受到它是因为受到它“肚子肚子”里排放出来的空气的反作用力的推动。里排放出来的空气的反作用力的推动。 火箭飞行的原理和气球火箭飞行的原理和气球“飞飞”的原理一样，都是利用了物体的反作用力。火箭的的原理一样，都是利用了物体的反作用力。火箭的“肚子肚子”里装有燃料，燃料点着后产生大量热量，变成急剧膨胀的气体，气体从火箭尾部里装有燃料，燃料点着后产生大量热量，变成急剧膨胀的气体，气体从火箭尾部猛烈喷出，火箭便在气体喷发产生的反作用力下向前飞行了。猛烈喷出，火箭便在气体喷发产生的反作用力下向前飞行了。 火箭为什么能飞得那么快呢？我们知道，燃料产生的热量越多，喷射气体的速度越火箭为什么能飞得那么快呢？

17、我们知道，燃料产生的热量越多，喷射气体的速度越快，产生的推力就越大。科学家计算过，一般火箭燃气的喷射速度约为每秒快，产生的推力就越大。科学家计算过，一般火箭燃气的喷射速度约为每秒2千米左右，千米左右，当燃料的重量是火箭净重的当燃料的重量是火箭净重的1.72倍时，火箭的最终速度等于气体的喷射速度，如果要使火倍时，火箭的最终速度等于气体的喷射速度，如果要使火箭的最终速度达到气体喷射速度的箭的最终速度达到气体喷射速度的2倍，倍，3倍，那么就要相应地增加燃料。可是燃料一增倍，那么就要相应地增加燃料。可是燃料一增加，火箭的体积，重量也就随之增加，而用同样的力推动轻，重不同的物体，其速度是加，火箭的体积，

18、重量也就随之增加，而用同样的力推动轻，重不同的物体，其速度是不一样的。怎么解决增加燃料又不过多地增加火箭重量的矛盾呢？科学家们想了一个绝不一样的。怎么解决增加燃料又不过多地增加火箭重量的矛盾呢？科学家们想了一个绝妙的办法，就是把火箭做成一级一级的，每一级都有燃料，烧完一级就扔掉一级，这样妙的办法，就是把火箭做成一级一级的，每一级都有燃料，烧完一级就扔掉一级，这样火箭就越飞越轻，速度也越来越快。火箭就越飞越轻，速度也越来越快。你想知道火箭的身体构造吗？一般来讲火箭身上有三大系统：结构系统，动力系统你想知道火箭的身体构造吗？一般来讲火箭身上有三大系统：结构系统，动力系统，控制系统。结构系统是它的躯

19、壳；动力系统是它的心，控制系统。结构系统是它的躯壳；动力系统是它的心 脏，由燃料部分和发动机部分组脏，由燃料部分和发动机部分组成；控制系统好比它的大脑，指挥火箭飞多快，怎样飞和飞到哪儿。成；控制系统好比它的大脑，指挥火箭飞多快，怎样飞和飞到哪儿。 多级火箭在飞行中，它的身体被一节一节地甩掉，最末的一节把卫星多级火箭在飞行中，它的身体被一节一节地甩掉，最末的一节把卫星“顶顶”到预定到预定轨道。轨道。长征二号丙运载火箭 长征长征2 2号火箭号火箭19721972年首次发射，因年首次发射，因箭上一根导线断裂发射没有成功。这是箭上一根导线断裂发射没有成功。这是一种两级火箭，全长一种两级火箭，全长31.

20、6531.65米，最大直米，最大直径径3.353.35米，起飞重量米，起飞重量191191吨，总推力吨，总推力280280吨，能把吨，能把1.81.8吨吨 的卫星送入数百千米的的卫星送入数百千米的椭圆轨道。经过改进的长征椭圆轨道。经过改进的长征2 2号丙火箭，号丙火箭，采用了大推力的液体火箭发动机，箭长采用了大推力的液体火箭发动机，箭长增加到增加到3535米，近地轨道的运载能力增加米，近地轨道的运载能力增加到到2.52.5吨。从吨。从19751975年年1111月月2626日用它首次日用它首次发射返回式卫星成功，到发射返回式卫星成功，到19931993年底已发年底已发射射1414次，均圆满完成

21、任务。长征次，均圆满完成任务。长征2 2号还号还有一个改进型号长征有一个改进型号长征2 2号丁火箭，也是号丁火箭，也是一种两级液体火箭，全长一种两级液体火箭，全长38.338.3米，起飞米，起飞重量重量232232吨。吨。19921992年年4 4月月9 9日用它首次发日用它首次发射返回式卫星也获得成功。射返回式卫星也获得成功。长征三号运载火箭长征长征3 3号运载火箭是在长征号运载火箭是在长征2 2号火箭基础上，第三级采用低号火箭基础上，第三级采用低温高能的液氢液氧发动机，温高能的液氢液氧发动机，19841984年研制成功。火箭全长年研制成功。火箭全长43.2543.25米，一，二级直径米，一

22、，二级直径3.353.35米，米，三级直径三级直径2.252.25米，起飞重量米，起飞重量202202吨，起飞推力吨，起飞推力280280吨，其同步转吨，其同步转移轨道的运载能力为移轨道的运载能力为1.41.4吨。至吨。至19931993年底，成功发射年底，成功发射6 6颗实用通颗实用通信卫星（包括为亚洲卫星公司信卫星（包括为亚洲卫星公司发射的发射的“亚洲一号亚洲一号”通信卫通信卫星）。长征星）。长征3 3号火箭的发射成功，号火箭的发射成功，标志中国运载火箭跨入世界先标志中国运载火箭跨入世界先进行列。进行列。长征四号运载火箭 火箭全长火箭全长41.941.9米，一，二级直径米，一，二级直径3.

23、353.35米，三组直径米，三组直径2.92.9米，起飞重量米，起飞重量249249吨，起飞推力吨，起飞推力300300吨，其地球同步转吨，其地球同步转移轨道的运载能力为移轨道的运载能力为1.251.25吨，太阳同步轨道的运载能力为吨，太阳同步轨道的运载能力为1.651.65吨吨 。迄今发射两次均获成功。迄今发射两次均获成功。 长征长征4 4号是长征号是长征3 3号火号火箭的同宗型号。不同的是，箭的同宗型号。不同的是，长征长征4 4号火箭三级都采用号火箭三级都采用常规推进剂（四氧化二氮，常规推进剂（四氧化二氮，偏二甲肼）。偏二甲肼）。（苏）能源号运载火箭这种命名为能源号的运载火这种命名为能源号

24、的运载火箭由两级组成。第一级捆绑箭由两级组成。第一级捆绑4 4台液台液体助推火箭，高体助推火箭，高3939米，直径米，直径4 4米；米；第二级为直径第二级为直径8 8米的芯级，由米的芯级，由4 4台台液氢液氧发动机组成。火箭长约液氢液氧发动机组成。火箭长约6060米，总重米，总重24002400吨，起飞推力吨，起飞推力35003500吨，能把吨，能把100100吨有效载荷送上吨有效载荷送上近地轨道。发射时，第一，二级近地轨道。发射时，第一，二级同时点火，第一级同时点火，第一级4 4台助推火箭工台助推火箭工作完成后，由地面控制脱离芯级作完成后，由地面控制脱离芯级火箭回收，经修理后可重复使用火箭回

25、收，经修理后可重复使用5050次；第二级即芯级火箭可将有次；第二级即芯级火箭可将有效载荷送入地球轨道运行。效载荷送入地球轨道运行。（苏）质子号运载火箭 质子号火箭共四级，全长质子号火箭共四级，全长44.344.3米，底部最大直径米，底部最大直径7.47.4米，起飞重米，起飞重量量800800吨。第一级由吨。第一级由6 6台助推火箭组台助推火箭组成，中心是一个直径较大的氧化剂成，中心是一个直径较大的氧化剂箱，四周捆绑箱，四周捆绑6 6个燃料箱，起飞推个燃料箱，起飞推力达力达10001000吨。第二级高约吨。第二级高约13.713.7米，米，装有装有4 4台发动机，总推力为台发动机，总推力为240

26、240吨。吨。第三级高第三级高6.46.4米，装米，装1 1台发动机，另台发动机，另有有4 4台校正航向的可控微调发动机。台校正航向的可控微调发动机。第四级高第四级高5.55.5米，装有米，装有1 1台封闭式循台封闭式循环发动机，可二次点火。这种火箭环发动机，可二次点火。这种火箭可将可将2121吨重的有效载荷送上近地轨吨重的有效载荷送上近地轨道。道。（苏）联盟号运载火箭 联盟号火箭系因发射联盟联盟号火箭系因发射联盟系列载入飞船而得名。它是由系列载入飞船而得名。它是由东方号三级火箭改进第三级后东方号三级火箭改进第三级后的新型三级运载火箭。总长的新型三级运载火箭。总长49.349.3米，起飞重量米

27、，起飞重量310310吨，近地吨，近地轨道地运载能力为轨道地运载能力为7.57.5吨。吨。19631963年年1111月月1616日首次发射宇宙日首次发射宇宙2222号号卫星成功，卫星成功，19641964年和年和19651965年又年又先后用来试验发射两艘上升号先后用来试验发射两艘上升号载入飞船。载入飞船。19671967年开始用来发年开始用来发射联盟号，联盟射联盟号，联盟T T号系列载入飞号系列载入飞船和进步号自动货运飞船。船和进步号自动货运飞船。宇宙神半人马座运载火箭 宇宙神系列火箭，由美国通用动宇宙神系列火箭，由美国通用动力公司制造，已连续生产力公司制造，已连续生产3030多年。火多年

28、。火箭长箭长25.125.1米，直径米，直径3 3米，起飞重量米，起飞重量120120吨。目前经常使用的是宇宙神吨。目前经常使用的是宇宙神阿金阿金纳纳D D号和宇宙神号和宇宙神半人马座号两种型号。半人马座号两种型号。前者重前者重129129吨，能把吨，能把2 2吨重的有效载荷吨重的有效载荷送入送入500500千米高的地球轨道；后者重千米高的地球轨道；后者重139139吨，近地轨道的最大运载能力为吨，近地轨道的最大运载能力为4 4吨。它们除作为月球号和火星号星际吨。它们除作为月球号和火星号星际探测器的运载工具外，曾用来发射过探测器的运载工具外，曾用来发射过通信卫星和水星号载入飞船。自通信卫星和水

29、星号载入飞船。自19591959年以来，已发射年以来，已发射500500多次，是使用最广多次，是使用最广泛的一种运载工具。泛的一种运载工具。德尔塔运载火箭 德尔塔系列火箭由美国科麦德尔塔系列火箭由美国科麦道公司研制生产，至今已发射道公司研制生产，至今已发射180180多次。德尔塔号三级火箭有多次。德尔塔号三级火箭有两种型号，总长两种型号，总长38.438.4米，起飞重米，起飞重量分别为量分别为220220吨和吨和230230吨。一种的吨。一种的同步转移轨道运载能力为同步转移轨道运载能力为1.41.4吨，吨，另一种的同步转移轨道运载能力另一种的同步转移轨道运载能力为为1.81.8吨。德尔塔火箭于

30、吨。德尔塔火箭于19601960年年5 5月首次发射，它先后发射过先驱月首次发射，它先后发射过先驱者号探测器，泰罗斯气象卫星，者号探测器，泰罗斯气象卫星，云雨号卫星，辛康号卫星，国际云雨号卫星，辛康号卫星，国际通信卫星通信卫星，号等。号等。大力神运载火箭 大力神系列火箭由马丁大力神系列火箭由马丁玛丽玛丽埃特公司研制生产，共有埃特公司研制生产，共有6 6种型号。种型号。大力神大力神3 3火箭长火箭长45.7545.75米，直径米，直径3 3米，米，发射重量发射重量680680吨。各型大力神火箭吨。各型大力神火箭的有效载荷分别是：的有效载荷分别是：3A3A为为3.63.6吨，吨，3B3B为为4.5

31、 4.5 吨，吨，3C3C，3D3D，3D3D和和3E3E均均为为1515吨。最大的大力神吨。最大的大力神34D34D长达长达6262米，最大直径米，最大直径5 5米，发射地球同步米，发射地球同步转移轨道卫星的运载能力达转移轨道卫星的运载能力达4.54.5吨。吨。大力神系列火箭至今已有大力神系列火箭至今已有150150多次多次发射纪录。它主要发射各种军用发射纪录。它主要发射各种军用卫星，也发射了太阳神号，海盗卫星，也发射了太阳神号，海盗号，旅行者号等行星和行星际探号，旅行者号等行星和行星际探测器。测器。土星5号运载火箭19671967年世界上最大的一种运载年世界上最大的一种运载火箭土星火箭土星

32、5 5号问世。它是三级火号问世。它是三级火箭，长箭，长85.685.6米，直径米，直径10.110.1米，米，起飞重量起飞重量29502950吨，近地轨道的吨，近地轨道的有效载荷达有效载荷达139139吨，飞往月球轨吨，飞往月球轨道的有效载荷为道的有效载荷为4747吨。从吨。从19671967年到年到19731973年共发射年共发射1313次，其中次，其中6 6次将阿波罗载入飞船送上月球，次将阿波罗载入飞船送上月球，在航天史上写下了最为光辉的在航天史上写下了最为光辉的一页。一页。阿里亚娜3号运载火箭 1973 1973年年7 7月，法国倡仪并联合西欧月，法国倡仪并联合西欧1111个国家成立欧洲

33、空间局，着手实施个国家成立欧洲空间局，着手实施研制阿丽亚娜火箭计划。阿丽亚娜是研制阿丽亚娜火箭计划。阿丽亚娜是古希腊一位美丽公主的名字，她帮助古希腊一位美丽公主的名字，她帮助热恋中的雅典王子塞休斯逃出魔鬼把热恋中的雅典王子塞休斯逃出魔鬼把守的迷宫，一起奔向自由。现在，阿守的迷宫，一起奔向自由。现在，阿丽亚娜成为现代火箭的名字，以冲出丽亚娜成为现代火箭的名字，以冲出太空迷宫而举世闻名。太空迷宫而举世闻名。 1984 1984年年8 8月月4 4日发射成功第一枚阿日发射成功第一枚阿丽亚娜丽亚娜3 3型火箭。它的低轨道运载能力型火箭。它的低轨道运载能力为为2.72.7吨，共发射吨，共发射1111次，

34、其中次，其中1 1次失败。次失败。阿里亚娜4号运载火箭 1988 1988年年6 6月月1515日，第一枚阿丽亚娜日，第一枚阿丽亚娜4 4型火箭发射成功。它的同步转移轨道型火箭发射成功。它的同步转移轨道运载能力为运载能力为1.91.9吨到吨到4.24.2吨，现已发射吨，现已发射2525次，也有次，也有1 1次失败。阿丽亚娜次失败。阿丽亚娜4 4型火型火箭又分箭又分5 5种型号。第一种是种型号。第一种是AR40AR40，同步，同步轨道运载能力为轨道运载能力为1.91.9吨；第二种是吨；第二种是AR42PAR42P，带有两个固体捆绑式助推火箭，带有两个固体捆绑式助推火箭，有效载荷增加到有效载荷增加

35、到2.62.6吨；第三种是吨；第三种是AR44PAR44P，带有，带有4 4个固体捆绑式助推火箭，个固体捆绑式助推火箭，有效载荷为有效载荷为3 3吨；第四种是吨；第四种是AR42LAR42L，采，采用两个液体火箭助推火箭，有效载荷用两个液体火箭助推火箭，有效载荷3.23.2吨；第五种是吨；第五种是AR44LAR44L，采用，采用4 4个液体个液体助推火箭，同步转移轨道运载能力达助推火箭，同步转移轨道运载能力达4.24.2吨，这是阿丽亚娜火箭中最大的一吨，这是阿丽亚娜火箭中最大的一种型号。种型号。M火箭 1970 1970年，日本第一种年，日本第一种M M火箭的模火箭的模拟试验火箭拟试验火箭L

36、L4S4S成功地发射了第一成功地发射了第一颗大隅号卫星。第一代颗大隅号卫星。第一代M M系列火箭是系列火箭是M M4S4S火箭，它比火箭，它比L L4S4S试验火箭的试验火箭的运载能力提高了运载能力提高了3 3倍。这是一种四级倍。这是一种四级固体火箭，全长固体火箭，全长23.623.6米，直径米，直径1.411.41米，总重米，总重43.543.5吨，可将吨，可将7575千克的有千克的有效载荷送上近地椭圆轨道，效载荷送上近地椭圆轨道，19711971年年发射了一颗技术试验卫星。此后，发射了一颗技术试验卫星。此后，M M4S4S火箭改进为三级固体火箭，先火箭改进为三级固体火箭，先后研制成功后研制

37、成功M M3C3C，M M3H3H，M-3SM-3S等等几个型号。几个型号。M M3S3S火箭的运载能力达火箭的运载能力达到到185185千克，千克，19841984年年2 2月月1414日将一颗日将一颗科学卫星送入轨道。科学卫星送入轨道。1010年间，年间，M M系列系列火箭共发射了火箭共发射了1212颗科学卫星。颗科学卫星。N-2 运载火箭 1975 1975年，日本引进美国的雷神和年，日本引进美国的雷神和德尔塔火箭技术，研制成功德尔塔火箭技术，研制成功N N系列火系列火箭。这一系列包括两个型号。箭。这一系列包括两个型号。N N1 1火火箭有三级，总长箭有三级，总长32.632.6米，最大

38、直径米，最大直径2.442.44米，起飞重量米，起飞重量9090吨，近地轨道的吨，近地轨道的有效载荷重有效载荷重1.21.2吨，地球同步转移轨吨，地球同步转移轨道的有效载荷重道的有效载荷重260260千克。千克。19751975年年9 9月月9 9日成功地发射了菊花日成功地发射了菊花1 1号技术试验卫号技术试验卫星。星。N N2 2火箭总长火箭总长35.435.4米，起飞重量米，起飞重量136136吨，近地轨道有效载荷为吨，近地轨道有效载荷为2 2吨，地吨，地球同步转移轨道的有效载荷为球同步转移轨道的有效载荷为680680715715千克。经过千克。经过5 5年的研制，年的研制，1980198

39、0年年2 2月月1111日首次发射成功，特别是日首次发射成功，特别是19841984年年1 1月月2323日将一颗重日将一颗重350350千克的电视直播千克的电视直播卫星送入地球同步轨道，并成功地定卫星送入地球同步轨道，并成功地定点工作。点工作。H-2 运载火箭 从从19801980年年7 7月起，日本开始月起，日本开始研制研制H H系列大型运载火箭。系列大型运载火箭。H H系系列火箭也有两个型号。列火箭也有两个型号。H H1 1是是一种三级常规燃料火箭，全长一种三级常规燃料火箭，全长40.340.3米，直径米，直径2.42.4米，总重达米，总重达140140吨，可把吨，可把1 1吨重的卫星送

40、入吨重的卫星送入地球同步转移轨道，地球同步转移轨道，19881988年年2 2月月1919日首次发射一颗樱花日首次发射一颗樱花3a3a通信通信卫星获得成功。卫星获得成功。H H2 2是一种两是一种两级液氢液氧燃料火箭，全长级液氢液氧燃料火箭，全长5050米，直径米，直径4 4米，总重米，总重260260吨，可吨，可把约把约9 9吨的有效载荷送上近地轨吨的有效载荷送上近地轨道，把道，把2 2吨的有效载荷送上地球吨的有效载荷送上地球同步轨道。同步轨道。2 火箭发动机火箭发动机双组元液体火箭发动机的双组元液体火箭发动机的推进剂包括推进剂包括燃烧剂燃烧剂和和氧化剂氧化剂；工作时，专门的输送系统分别工作

41、时，专门的输送系统分别将它们送进燃烧室。所以液体将它们送进燃烧室。所以液体火箭发动机包括：火箭发动机包括：推进剂输送推进剂输送系统、流量调节控制活门、推系统、流量调节控制活门、推力室、冷却系统力室、冷却系统和固定零部件和固定零部件的发动机架。的发动机架。固体火箭发动机的主要特征之一是推进固体火箭发动机的主要特征之一是推进剂直接充填在燃烧室内；推进剂燃烧产生能剂直接充填在燃烧室内；推进剂燃烧产生能量，同时燃烧产物又作为工质经喷管排出产量，同时燃烧产物又作为工质经喷管排出产生推力。生推力。3 人造地球卫星人造地球卫星一一 人造卫星的轨道人造卫星的轨道二二 人造卫星的组成人造卫星的组成三三 人造卫星

42、的应用人造卫星的应用四四 人造卫星的回收人造卫星的回收一. 人造卫星的轨道 由于发射人造卫星的速度、高度、由于发射人造卫星的速度、高度、及相对地球的角度不同，会有各种大及相对地球的角度不同，会有各种大小、形状不一的轨道小、形状不一的轨道。因此要用一些。因此要用一些参数来确定它们的空间位置，一般采参数来确定它们的空间位置，一般采用四个参数用四个参数轨道的倾角、轨道的轨道的倾角、轨道的半长轴、轨道的偏心率等。半长轴、轨道的偏心率等。轨道倾角卫星运行轨道平面卫星运行轨道平面与赤道平面所交的与赤道平面所交的角叫做角叫做轨道倾角轨道倾角。椭圆轨道的半长轴 椭圆轨道的半椭圆轨道的半长轴等于长轴等于近地点近

43、地点和和远地点远地点连线距离的连线距离的一半。一半。轨道的偏心率 椭圆轨道的偏椭圆轨道的偏心率即椭圆两个焦心率即椭圆两个焦点之间距离的一半点之间距离的一半与半长轴的比值。与半长轴的比值。二. 人造卫星的组成 卫星有不同的任务，便有不同的构造，卫星有不同的任务，便有不同的构造，但它总是由下列几个主要部分组成的但它总是由下列几个主要部分组成的。6. 仪器舱。仪器舱。5. 温度控制系统；温度控制系统；4. 姿态控制系统；姿态控制系统；3. 通讯装置及天线；通讯装置及天线；2. 电源系统；电源系统；1. 卫星的本体；卫星的本体；三. 人造卫星的应用3. 能不受限制地飞越地球全部地区的上空。能不受限制地

44、飞越地球全部地区的上空。2. 活动范围大，高度在几百至几万公里间；活动范围大，高度在几百至几万公里间；1. 无需动力就能在大气层外长时间运转；无需动力就能在大气层外长时间运转；卫星与其它飞行器相比有以下特点：卫星与其它飞行器相比有以下特点： 因此卫星能在很短时间内从一定高度上因此卫星能在很短时间内从一定高度上对广大地区或空间进行探测，卫星的用途愈对广大地区或空间进行探测，卫星的用途愈来愈广，它能用作科学研究，又能为国民经来愈广，它能用作科学研究，又能为国民经济服务，还能为军事服务。如：科学探测卫济服务，还能为军事服务。如：科学探测卫星、技术试验卫星、通信卫星、气象卫星、星、技术试验卫星、通信卫

45、星、气象卫星、资源卫星、侦察卫星、预警卫星等。资源卫星、侦察卫星、预警卫星等。通信卫星 通信卫星，是用于进行无线电通信通信卫星，是用于进行无线电通信中继的卫星。它将来自某一地面站的无中继的卫星。它将来自某一地面站的无线电信号转发到其它地面站。通信卫星线电信号转发到其它地面站。通信卫星一般都运行在一般都运行在 35860 公里高的地球同步公里高的地球同步轨道上。轨道上。（中）东方红三号通信卫星（中）东方红三号通信卫星气象卫星 气象卫星是对地球及其大气层进气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星。它能大行气象观测的人造地球卫星。它能大范围、及时迅速、连续完整地收集和范围、及时迅速、连续

46、完整地收集和观察地球上瞬息万变的天气现象和状观察地球上瞬息万变的天气现象和状态，并把云图等气象信息发给地面用态，并把云图等气象信息发给地面用户。户。风云一号气象卫星风云一号气象卫星资源卫星 资源卫星，是用于勘测和研究地球资源卫星，是用于勘测和研究地球自然资源的卫星。它能通过各种遥感设自然资源的卫星。它能通过各种遥感设备，对地表或地表以下一定深度的状况备，对地表或地表以下一定深度的状况进行探测，诸如地形地貌测绘、历史古进行探测，诸如地形地貌测绘、历史古迹考证、地层结构探察、农作物能普查、迹考证、地层结构探察、农作物能普查、自然灾害预报以及森林、海洋、空气等自然灾害预报以及森林、海洋、空气等等的探

47、查。等的探查。中巴资源卫星中巴资源卫星 侦察卫星 侦察卫星利用光电遥感或无线电设侦察卫星利用光电遥感或无线电设备，搜集来自地面目标的辐射、反射或备，搜集来自地面目标的辐射、反射或发射的电磁波信息，用胶卷或磁带记录发射的电磁波信息，用胶卷或磁带记录下来后存贮在卫星返回舱里，待卫星返下来后存贮在卫星返回舱里，待卫星返回地面时回收。或者通过无线电传输的回地面时回收。或者通过无线电传输的方法，随时或在某个适当的时候传输给方法，随时或在某个适当的时候传输给地面接收站，经光学或计算机设备的处地面接收站，经光学或计算机设备的处理后使用。理后使用。（美）第四代（美）第四代“大鸟大鸟”侦察卫星侦察卫星 预警卫星

48、 利用星上的红外探测仪，探测利用星上的红外探测仪，探测导弹飞行时发动机尾焰的红外辐射，导弹飞行时发动机尾焰的红外辐射，配合电视摄像机及时准确地判断敌配合电视摄像机及时准确地判断敌方导弹方向，迅速报警，使地面防方导弹方向，迅速报警，使地面防空部队准备拦击导弹，城市居民紧空部队准备拦击导弹，城市居民紧急疏散隐蔽。急疏散隐蔽。（美）第三代预警卫星（美）第三代预警卫星 科学探测卫星 科学探测卫星的出现，改变了人类坐科学探测卫星的出现，改变了人类坐地观地和坐地观天的传统。它携带着各种地观地和坐地观天的传统。它携带着各种科学探测仪器，能够置身于大气层外、不科学探测仪器，能够置身于大气层外、不受干扰地获取大

49、气层、空间环境和宇宙天受干扰地获取大气层、空间环境和宇宙天体的各种信息资料。体的各种信息资料。（中）实践二号卫星（中）实践二号卫星 技术试验卫星 航天器上采用的各种技术在通过地面航天器上采用的各种技术在通过地面试验后，一般还需要在实际使用环境中加试验后，一般还需要在实际使用环境中加以验证。在发射每一种应用卫星之初，都以验证。在发射每一种应用卫星之初，都需要发射若干技术试验卫星。例如，美国需要发射若干技术试验卫星。例如，美国的返回式卫星技术是通过发射了的返回式卫星技术是通过发射了1212颗技术颗技术试验卫星后才发展起来的。试验卫星后才发展起来的。（中）实践一号卫星（中）实践一号卫星 四. 人造卫

50、星的回收 卫星回收的主要问题在于具有约卫星回收的主要问题在于具有约20M速速度的卫星进入稠密大气层时，将遇到几千度度的卫星进入稠密大气层时，将遇到几千度的高温。这要求在飞行器的外形、耐热材料、的高温。这要求在飞行器的外形、耐热材料、冷却方法和返回的轨迹中采取适当措施来解冷却方法和返回的轨迹中采取适当措施来解决。决。 一般有热沉法一般有热沉法和烧蚀法两种方法。和烧蚀法两种方法。 此外还要解决此外还要解决好卫星脱离轨道、好卫星脱离轨道、开伞及搜索回收问开伞及搜索回收问题。题。热沉法热沉法 将卫星头部用较厚将卫星头部用较厚的比热高的比热高、导热性能好导热性能好、熔点高的金属制成熔点高的金属制成，并并

51、将表面抛光将表面抛光。其重量达。其重量达几百公斤，形状是一个几百公斤，形状是一个钝头体，目的是形成激钝头体，目的是形成激波使其减速。所产生的波使其减速。所产生的高温由金属吸收并传到高温由金属吸收并传到结构中去。表面抛光可结构中去。表面抛光可以辐射掉一部分热量，以辐射掉一部分热量，使卫星能安全地穿过大使卫星能安全地穿过大气层。气层。烧蚀法烧蚀法 也叫也叫消溶法消溶法，它是将卫星表面用它是将卫星表面用高温下易熔化蒸发高温下易熔化蒸发的高分子化合物制的高分子化合物制成成，如玻璃钢如玻璃钢。4 载人飞船载人飞船 地球轨道飞行器地球轨道飞行器二二 空间站空间站三三 航天飞机航天飞机一一 载人飞船载人飞船

52、一一. .载人飞船载人飞船 载人飞船实质上就是更大的人造地载人飞船实质上就是更大的人造地球卫星，不过它能载人，因此它要比人球卫星，不过它能载人，因此它要比人造卫星大得多，要有专门的造卫星大得多，要有专门的防辐射防辐射的的增增压舱压舱及及生命保障系统生命保障系统、应急救生系统应急救生系统和和回收系统回收系统等。等。 1961年年04月月12日日，前苏联发射第一，前苏联发射第一艘载人飞船艘载人飞船东方号东方号，由第一个宇航员，由第一个宇航员加加加林加林绕地球一圈后返回。绕地球一圈后返回。“阿波罗”号飞船载人登月和返回的轨道示意图“阿波罗”号飞船载人登月二二. .空间站空间站 空间站实际上是巨大的载

53、人飞船，一空间站实际上是巨大的载人飞船，一般设有般设有工作舱工作舱、服务舱服务舱、对接舱对接舱，并有巨，并有巨大的大的太阳能电池板太阳能电池板。 空间站上进行的科学研究及实验主要空间站上进行的科学研究及实验主要是长期失重的影响和失重下的一些科学实是长期失重的影响和失重下的一些科学实验。验。 美国有天空实验室，前苏联有礼炮号美国有天空实验室，前苏联有礼炮号空间站、和平号空间站。空间站、和平号空间站。天空实验室天空实验室 天空实验室是美国天空实验室是美国在在1973年年05月月14日发射日发射成功的空间站，在成功的空间站，在4 35 公里高的近圆空间轨道公里高的近圆空间轨道上运行。天空实验室全上运

54、行。天空实验室全长长36米，最大直径米，最大直径6.7米，米，总重总重77.5吨，由轨道舱，吨，由轨道舱，过渡舱和对接舱组成，过渡舱和对接舱组成，可提供可提供 360立方米的工立方米的工作场所。作场所。礼炮号空间站礼炮号空间站 1971年年04月月19日，日，前苏联发射了第一座空前苏联发射了第一座空间站礼炮间站礼炮 1号，从此载号，从此载人太空飞行进入一个新人太空飞行进入一个新的阶段。礼炮的阶段。礼炮 1号空间号空间站由轨道舱、服务舱和站由轨道舱、服务舱和对接舱组成，呈不规则对接舱组成，呈不规则的圆柱形，总长约的圆柱形，总长约12. .5米，最大直径米，最大直径 4米，总米，总重约重约18.5

55、吨。吨。和平号空间站和平号空间站 前苏联于前苏联于19861986年年0202月月2020日发射入轨的日发射入轨的和平号空间站是一阶和平号空间站是一阶梯形圆柱体，全长为梯形圆柱体，全长为13.13 13.13 米，最大直径米，最大直径4.24.2米，重米，重 2121吨，由吨，由工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成，共有六工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成，共有六个对接口。和平号作为一个基本舱，可与载人飞船、个对接口。和平号作为一个基本舱，可与载人飞船、货运飞船、四个专用舱组成一个大型的轨道联合体，货运飞船、四个专用舱组成一个大型的轨道联合体，从而扩大了它的科学实验范围。从而扩大了它的科学实

56、验范围。我国我国“神舟神舟”飞船飞船 我国的我国的“神舟神舟”系列宇宙飞船，采用三舱式结构。系列宇宙飞船，采用三舱式结构。由由轨道舱轨道舱( (前前) )、返回舱、返回舱( (中中) )、推进舱、推进舱( (后后) )和一个过渡段和一个过渡段组成。其中载人的轨道舱、返回舱可谓组成。其中载人的轨道舱、返回舱可谓“一室一厅一室一厅”。“一室一室”即返回舱是航天员在发射、返回和驾驶飞船即返回舱是航天员在发射、返回和驾驶飞船时待的地方，时待的地方， “ “一厅一厅”即轨道舱则是航天员工作和即轨道舱则是航天员工作和休息的场所。休息的场所。 我国的载人航天工程由七大我国的载人航天工程由七大部分组成：部分组

57、成： 航天员系统，飞船应用系统，航天员系统，飞船应用系统，载人飞船系统，运载火箭系载人飞船系统，运载火箭系统，发射场系统，测控通信统，发射场系统，测控通信系统，着陆场系统。系统，着陆场系统。神舟号飞船“神舟三号”返回舱“神舟四号”返回舱首次载人航天飞行“神舟五号”杨利伟杨利伟神五升空神五升空神舟五号返回舱中国航空航天的发展航天10月15日，我国在酒泉卫星发射中心进行首次载人航天飞行。时整，“神舟”五号载人飞船发射升空。 10月日时分，“神舟”五号载人飞船在内蒙古主着陆场成功着陆，实际着陆点与理论着陆点相差.公里。返回舱完好无损。航天英雄杨利伟自主出舱。我国首次载人航天飞行取得圆满成功。中国神舟

58、中国神舟6 6号飞船号飞船 2005 2005年年1010月月1212日日神州六号发射与航天员神州六号发射与航天员费俊龙费俊龙聂海胜聂海胜“神舟六号”返回舱火箭那样垂直发射进入空间，又能像卫星那火箭那样垂直发射进入空间，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。行器。三三. .航天飞机航天飞机 为了开发太空，为了开发太空，建立长期生活和工作建立长期生活和工作的基地，需要发展一的基地，需要发展一种可以种可以重复使用重复使用的运的运载工具，这就是载工具，这就是航天航天飞机

59、飞机。航天飞机集火航天飞机集火箭、卫星和飞机的技箭、卫星和飞机的技术特点于一身，能像术特点于一身，能像哥伦比亚号航天飞机 19811981年年0404月月1212日日，第一架航天，第一架航天飞机飞机哥伦比亚号哥伦比亚号发射。这架航天飞发射。这架航天飞机总长约机总长约5656米，翼展约米，翼展约2424米，起飞米，起飞重量约重量约20402040吨，起飞总推力达吨，起飞总推力达28002800吨，最大有效载荷吨，最大有效载荷29.529.5吨。它的核吨。它的核心部分轨道器长心部分轨道器长37.237.2米。每次飞行米。每次飞行最多可载最多可载8 8名宇航员，飞行时间名宇航员，飞行时间7 7至至3

60、030天，轨道器可重复使用天，轨道器可重复使用100100次。次。暴风雪号航天飞机 1988 1988年年1111月月1515日，前苏联的暴日，前苏联的暴风雪号航天飞机从拜科努尔航天中风雪号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空。心首次发射升空。暴风雪号航天飞机大小与普通暴风雪号航天飞机大小与普通大型客机相差无几，外形同美国航大型客机相差无几，外形同美国航天飞机极为相似，三角翼。机长天飞机极为相似，三角翼。机长3636米，高米，高1616米，翼展米，翼展2424米，机身直径米，机身直径5.65.6米，起飞重量米，起飞重量 105105吨，着陆重量吨，着陆重量8282吨。它有一个吨。它有一个长长