航天飞机的飞行过程与控制及回收.docx

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名目
一、航天飞机飞行过程与掌握
上升阶段
入轨阶段
轨道运行阶段
离轨阶段
再入与着陆阶段二航天飞机的回收
1〕回收阶段三、参考文献
四、心得体会
学号:
班级:物教一班制导教师:沈宏军
航天飞机每次飞行所执行的任务是各不一样的,所携带的有效载荷也是多种多样的。但是,无论执行什么任务,携带哪些有效载荷,航天飞机的根本飞行过程都是一样的,可分为5个主要阶段,即上升段、入轨段、轨道段、离轨段和再入着陆段。相应的具体过程有放射前的预备和点火起飞、固体火箭助推器的分别和回收、外储箱的分别和坠毁、航天飞机进入轨道、轨道运行和作业、航天飞机离轨和再入返回以及着陆等飞行的全过程,。下面简述航天飞机系统5个根本飞行阶段的过程和掌握。

上升阶段
航天飞机的放射程序与一次使用的消耗性运载火箭格外相像。航天飞机起飞前24h,全部系统将被垂直地装到放射台上,开头放射前的最终预备工作。这些工作包括给外储箱加注推动剂,自动检测航天飞机及其分系统和有效载荷的工作状态。检测的目的是确定全部系统和全部部件是否正常,推测放射和飞行可能消灭的故障并加以排解。整个检测过程需要考虑的因素格外之多也格外简单。航天飞机之所以承受与一般运载火箭一样的垂直放射方法,是为了尽快通过大气层,以削减航天飞机的气动加热时间。当放射前的最终预备工作完毕时,计时系统就开头倒计时,一秒一秒地往下减,计时系统到达零点,即到放射时刻。
零秒时点燃三台主发动机,3~4s后两台固体火箭助推器开头点火。先点燃主发动机的目的一方面是为了使推力到达预定水平,另一
方面是为了稳定航天飞机姿势。由于三台主发动机的起飞总推力为5100kN,真空总推力为6300kN,小于整个航天飞机系统的总起飞质
量2000t,所以要借助于两台固体火箭助推器供给关心推力,航天飞
机才能离开放射台升空。由于每台固体火箭助推器的起飞推力为13
150kN,因此航天飞机整个推动系统的起飞推力可达31400kN,。
在航天飞机起飞阶段,如遇到应急状况,要使航天飞机紧急着陆时,两台固体火箭助推器和外储箱可马上予以炸离,航天飞机作必要的机动操纵,可像飞机一样滑翔返回并在放射场的跑道上降落。
在125s左右,两台助推器燃料耗尽熄火。此时航天飞机轨道高度达50km以上,速度约1500m/s。利用爆炸螺栓和前、后各4个固体推动剂的分别火箭,使两台巨型固体火箭助推器与航天飞机和外储箱分别,每台分别发动机的推力为97kN。分别后,助推器仍具有约1500m/s的速度,按惯性连续上升。为避开助推器与航天飞机和外储箱发生碰撞,分别发动机都安装在助推器面对外储箱的一侧,以使助推器在分别发动机的反推力作用下距正在连续爬升的航天飞机越来越远。当助推器分别约1min后,惯性飞行到67km高空时,助推器在空气阻力作用下开头自由回落。由于两台助推器头部装有电子设备和捞救装置,在其与外储箱分别6min后,便以30m/s的速度浅落于离放射场30km以外的海面,由舰只回收,修理后可供下次再用。。
固体火箭助推器分别后,三台主发动机推动着航天飞机连续上升。
在点火起飞约8min之后,航天飞机到达约110km的高空,,马上进入地球轨道。这时外储箱推动剂根本耗尽,停顿输送推动剂,主发动机关机。经过18s后,外储箱与轨道器分别。轨道器与外储箱分别后开头滑行,此时机上自动驾驶仪发出指令,使朝下喷管点火,,轨道器与外储箱之间距离加大,然后外储箱沿一条相隔较远的轨道以亚轨道速度沿弹道轨道陨落到大气层,并在大气层中焚毁,剩下的碎片坠落后在远离放射场约150km的海面上。
总之,航天飞机在上升段开头时是三台主发动机和两台助推器一起工作的,后期只有三台主发动机工作,或者在三台主发动机中任意两台工作。航天飞机掌握系统可以利用每台发动机和助推器尾喷管所具有的两轴摇摆力量组合成滚动、俯仰、偏航三轴姿势掌握。,。从这两个图中可以看出,航天飞机掌握系统在上升段的执行机构配置具有冗余度。
入轨阶段
在主发动机关机后,航天飞机已根本到达了入轨速度,少量缺乏需要依靠轨道机动发动机供给推力完成最终的入轨飞行。
主发动机关机后两分钟启动两台轨道机动发动机,人工掌握提高轨道远地点和近地点高度。依据任务对轨道的要求,约几分钟后其次次人工掌握提高轨道远地点和近地点的高度。经过上述轨道机动后,轨道器入轨。
航天飞机入轨后马上开头检测各分系统的工作状态,假设检测中消灭危及飞行打算的故障和不测大事,即可实行措施予以排解;如须返回,则可开动轨道机动发动机系统和反作用掌握系统脱离地球轨道,按再入返回程序进入返回轨道。如检测结果一切正常,航天飞机就开头预定的工作。首先利用轨道机动系统的两台小型火箭发动机作末速度修正,依据飞行任务和放射时间要求进展轨道变换,把轨道修正成准确的圆轨道,并利用反作用掌握系统将航天飞机的姿势调整到预定任务所需的位置和方向。
入轨阶段大约要花费几分钟到十几分钟时问。此后,航天飞机就在选定的轨道上,日夜作无动力飞行(有时需要作些姿势掌握或轨道修正),进展各种轨道作业。
轨道运行阶段
航天飞机进入轨道以后,作无动力飞行。依据飞行任务的需要,可在185~1100km的高度上运行7~30d,。航天飞机在轨道上能够完成各种作业,诸如施放和回收低轨道上的卫星;利用空间拖船或暂用末级向高轨道放射地球同步轨道卫星或深空探测器;翻开货舱门暴露货舱内携带的各种科学设备,进展空间试验;携带空间试验室进展各种争论任务;竖起大型天文望远镜,在无大气干扰的环境中进展天体观测;在轨道上完成卫星的修理并重进展施放等等。
在轨道运行过程中,航天飞机可按需要完成各项操纵飞行。轨道机
动系统和反作用掌握系统是轨道运行阶段的执行机构。利用轨道机动系统,能够完成轨道机动、修正和保持;利用反作用掌握系统,航天飞机在轨道上可以承受任何所期望的飞行姿势并加以保持,可以使它的敏感器固定轴指向某一地面目标或空间目标,以满足有效载荷的要求。其定向精度可达±°以内。假设有效载荷的特别试验需要更准确的定向和稳定精度,必需自备稳定和掌握系统设备,如三轴试验定向平台等。此时,航天飞机的姿势掌握和轨道掌握与卫星、飞船等其他航天器掌握的根本原理都是全都的。
航天飞机作为地球和近地轨道间的运输工具,在轨道运行阶段可以把载人的和不载人的有效载荷送入轨道。它一次可以施放一颗巨型卫星或5~8颗小型卫星。例如各种民用载荷,如资源卫星、导航卫星、气象卫星、测地卫星、科学卫星、通信卫星和环境监测、高能辐射、材料、工艺试验等卫星,以及各种军用卫星,如各种电子、照相、预警、核爆炸探测、潜艇导航、国防通信等卫星,进展军事侦察或进展军事争论任务。运送军事有效载荷是航天飞机的主要任务之一。
无论是民用或军用有效载荷,它们的施放都是通过适当操作,逐个施放到轨道上的特定空间位置。空间机械手是航天飞机施放和回收有效载荷的执行机构。首先,航天员依靠轨道机动系统将航天飞机调整到便于施放的最正确轨道高度,然后航天员用计算机掌握机械手,用电视或通过直接观看修正机械手的动作。在大多数状况下,施放工作是自动进展的,需要时航天员也可接近有效载荷进展作业。当机械手把有效载荷抓起并举到货舱的上方时,航天飞机掌握系统最终修正其位
置和速度。机械手使有效载荷与航天飞机到达安全距离之后,即可进展施放。
航天飞机最有意义的一项活动是能够在轨道上回收并检修卫星,此后再重施放到空间轨道。航天飞机在轨道平面内具有肯定的机动飞行力量,它可以同失效的卫星交会并用机械手将其收回,然后由航天员在货舱内进展检修,拆换陈旧或失效的系统和部件,安装的敏感器或试验件,补充卫星上的消耗物品,如给气瓶充气、加注燃料等。检修过的卫星经过测试后,再通过机械手将其施放到轨道上。整个回收、。图中所示是处于太阳同步轨道高度运行的一种组合式卫星,这种卫星的每个系统均承受标准化的积木式构造,修理和更换系统或部件比较便利。
对于能收回的卫星,假设不能在航天飞机上修复,可带回地球检修,以期再次使用。对于航天飞机不能取回的大型卫星,只能在空间轨道上修理。这时,航天员可穿宇宙服离开航天飞机,在空间接近卫星,进展检修。1992年和1997年航天飞机对“哈勃”太空望远镜的两次检修和升级就是著名的成功实例。目前,美国的航天飞机就正在担当着国际空间站的在轨组装和建设任务。 明显,航天器的交会掌握技术是航天飞机在轨回收检修卫星和搭建空间站的关键。
离轨阶段
在轨道器完成预定飞行任务后,预备离开轨道。首先由反作用掌握系统对轨道器进展姿势调整和掌握,一般是把轨道器掉转,让轨道机
动发动机喷管朝向飞行前方,。然后通过航天飞机星载掌握计算机系统发出离轨指令,点燃轨道机动发动机,对轨道器实行制动减速。在离轨制动点火瞬间,反作用掌握系统要确保轨道器处于准确的返回姿势。制动点火10min后,轨道器已降到最有利于再入大气层的高度,此时约为122km,,通常称此点为再入点,由此航天飞机进入再入阶段。在制动点火的同时,反作用掌握系统也与轨道机动系统一同工作,保证轨道器以约-1°的再入角和34°的攻角通过再入点进入大气层。
航天飞机的离轨阶段有时也可看作为航天器再入返回的第一阶段。这里为了便于介绍,把它单独分别出来。
再入与着陆阶段
再入与着陆阶段是航天飞机飞行的最终过程,也是掌握与操纵最简单的过程。
这阶段分为再入、末端能量治理和着陆3个过程。再入过程的轨道高度为122~21km。再入开头时承受反作用掌握系统进展姿势掌握以到达制动和降低轨道高度的目的。当再入8min后,,。,所以对航天飞机进展俯仰和滚动两个方向的姿势掌握可以不用反作用掌握系统,而改用气动面掌握。此时,航天飞机飞行掌握系统靠
调整攻角来消退距离误差,并靠调整偏转角来保持动压与速度的关系。再入后30min30s,航天飞机降到25km高度,速度为731m/s。此后航天飞机反作用掌握系统完全停顿工作,下一步的下降掌握改用气动掌握方法,机翼成为打算性的操纵部件,从今开头了无动力飞行。当再入后31min33s,航天飞机降到21km的高度,再入过程完毕,开头转入末端能量治理过程。
末端能量治理过程的轨道高度约21~3km,该过程掌握完全承受气动阻力方法。航天飞机调整其攻角,把动压保持在68~14Pa这个范围内。航天飞机能否正常安全着陆完全取决于这一过程的飞行。由于这个过程完全是无推力飞行,只能利用现有能量来调整各种气动力,从而掌握航天飞机飞行,因此不管是利用自动掌握或人工操作都要求严格掌握航天飞机的能量、高度、速度、飞行路线、航向、距离等参数。
由于航天飞机是一种升力式或称飞航式再入航天器,与弹道式再入航天器,如卫星和载人飞船,相比有很大的特点,而且再入与着陆阶段的掌握在航天飞机整个飞行过程中最为简单,所以有必要针对航天
飞机的再入与着陆阶段的掌握与制导进一步地介绍。

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在轨完成任务后,依据地面的指令,启动减速火箭,然后运行轨道下降,进入大气层以后,就象一般的大型飞机着陆差不多,不