航天-梦想与现实.ppt

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1、,航天梦想与现实,我国的航天成就,2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功,1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空。,2003年10月15日神舟五号杨利伟,2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜,2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏,火箭带来的希望,火箭以什么速度发射？火箭飞行的基本原理,万有引力,牛顿,万有引力定律：物体的质量越大，万有引力越大；,物体间距离越近，万有引力越大。,重力,地面上的物体怎样才能离开地球？,地面上的物体怎样才能离开地球？,11.2km/sv7.9km/s,11.2km/s,16.7km/s,宇 宙 速 度,第一宇宙速度,第三宇宙速度,第二宇

2、宙速度,7.9km/s,万有引力提供物体作圆周运动的向心力,=,1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s,（）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；,（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动,1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s,（）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；,（）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动,第二宇宙速度 v2=11.2 km/s,第一宇宙速度 v1=7.9km/s,第三宇宙速度 v3=16.7 km/s,思考：向高轨道发射卫星与发射

3、近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？,一、人造卫星的发展历程,卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体,19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基首先提出制造人造卫星的设想（喷气推进的多级火箭）,第一颗人造地球卫星何时何地发射成功,1957年10月4日苏联,第一艘载人飞船何时何地发射成功,1961年4月12日 苏联 加加林 东方一号载人飞船,人类何时登上月球,1969年7月16日9时32分，美国 阿波罗11号升空，19日进入月球轨道，20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面,对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃,三、人造卫星的动力学关系,地球,

4、运行速度：卫星在圆周轨道上运动的线速度。,同步卫星,火箭飞行的基本原理,低速 情况下的两类变质量问题：,粘附:主体的质量增加（如滚雪球),抛射:主体的质量减少（如火箭发射）,“土星五号”火箭,起飞推力：,全长：85.0m,最大直径：9.85m,起飞质量：2800吨,“土星”5号火箭启程登月时，5台发动机每秒钟消耗近3吨煤油，产生的推力相当于32架波音747的起飞推力；,迄今为止最大的巨型运载火箭，其由600万个部件组成，近地轨道运载能力达139吨，它能把重达50吨的阿波罗飞船送入登月轨道。,搬运土星5号火箭的搬运汽车，长35米，高6米，自重2700吨，当它载运土星5号火箭时，总重量为5400吨

5、，只能以1.6公里的时速缓慢地把火箭运往发射场。,土星五号运载火箭专为阿波罗登月研制,假设宇宙火箭在某航程中可不计外力作用,应用动量守恒定律证明：,火箭主体速率微变,假设火箭不受外力的情形（在自由空间飞行）,1.t时刻的火箭系统,火箭壳体+尚存燃料,发射总体过程：,此时火箭总质量为M,t时刻火箭的速率,火箭系统总动量：,是火箭相对地的速率,M,燃料相对箭体以恒速 喷出,2.时刻的火箭系统,火箭体的速度增为,火箭系统总动量：,喷出燃料速度(对地)：,喷出燃料的质量：,喷出dm等于火箭质量的减小,初态：系统质量，速率(对地),动量,末态：,喷出燃料的质量：,系统动量,由动量守恒定律：,经整理得：,

6、速率公式,火箭质量比：,讨论：提高 的途径,(1)提高（现可达,目前单级火箭的质量比可做到15，从静止开始可获得末速度11km/s，因受空气阻力，末速度仅达7Km/s.小于7.9Km/s.,为提高N，采用多级火箭（一般为三级）,(2)增大（受一定限制）,第一级火箭先点火，火箭立即加速上升，第一级火箭燃料烧完后，自动脱落以增大以后火箭的质量比；随后第二级火箭点火加速飞行，燃料用完又自动脱落，然后第三级火箭点火,火箭发射程序：,火箭的质量比分别是：,各级火箭的喷气速度分别是：,多级火箭的终极速度：,由于技术原因，多级火箭一般是三级的；,串联式,并联式,混联式,火箭的级数不是越高越好，级数越多，构造

7、越复杂，工作时的可靠性就越差。,资料：我国的长征三号（三级大型运载火箭）,全长：43.25m,最大直径：3.35m,起飞质量：202吨,起飞推力：,运载火箭均为一次使用,每次发射,少的几千万美元,多的上亿美元。不能重复使用,火箭专家正在研究能多次使用的运载火箭。希望每次使用后返回地面,像飞机那样经过简单的维修,又可再使用。,长征三号丙运载火箭,一枚三级大型液体捆绑式运载火箭,主要用于发射地球同步轨道卫星,运载能力为3.8吨,全长54.838米;,全箭起飞质量345吨，,地球同步轨道,又称24小时轨道,是倾角为零的圆形地球静止轨道;,在此轨道上运行的卫星将始终位于赤道某地的上空，,卫星相对于地球

8、表面是静止的。,这种轨道卫星的地面高度约为3.6万千米；,利用均布在地球赤道上的3颗这样的卫星，,可实现除南北极很小一部分地区外的全球通信；,要实现地球同步轨道，须满足下列条件：,卫星运行方向与地球自转方向相同；,轨道倾角为0，即轨道是圆形的；,轨道周期等于等于地球自转周期。,要将同步卫星发射到同步轨道上，,相当困难和复杂，必须分为三个阶段才能入轨：,1.运载火箭将卫星送到200-300千米停泊轨道,2.以停泊轨道的环绕速度将卫星加速送到转移轨道,与同步轨道相切处，即转移轨道的远地点；,3.在远地点上点燃发动机，使卫星进入地球同步轨道,并用卫星上的小发动机调整卫星的姿态，,使卫星完全进入同步轨

9、道。,我国的同步卫星技术已处于世界领先位置！,1990年，我国“长征”3号火箭首次发射美国休斯公司的“亚洲”1号通信卫星，使卫星的入轨精度居该公司自己生产、发射的32颗同步卫星之首，因而震惊了世界,卫星在轨道上的绕行速度约为3.1公里/秒，等于地球自转的角速度,例如，如果甲船需同乙船联系，那么，甲船将信号发至卫星，经卫星一跳到达岸站上的移动业务交换中心，然后，岸站又将信号发至卫星，再经卫星一跳到达乙船。,通讯基站,基站在通信中的地位非常重要，,通信信号主要通过基站传输，,基站将从手机发出的信号传给服务器，,服务器经过处理再发送给基站，,基站再发送给目标手机，,就完成了一次通信；,没有基站，就无

10、法完成通信，,包括固定电话也是这样。,海上移动终端之间（即船舶与船舶之间）的通信，需经卫星两跳后才能实现,整流罩分离,二级主发动机熄火,为了使航天技术更好地为人类服务，人造卫星诞生了，它可以环绕地球运动，搜集资料和传输各种信息。,一条火龙腾空而起，为月球添了一个新伙伴，它就是前苏联发射的第一颗人造卫星“东方一号”,世界上第一颗人造地球卫星,1957年10月4日，,中国的第一颗人造卫星,1970年4月24日，随着一曲东方红的旋律在神州大地上回响，我国自行研制的“东方红一号”,人造卫星由“长征一号”运载火箭发射成功；,从而标志着中国成为继苏联、美国、法国、日本之外世界上第五个能够独立发射卫星的国家

11、。,直径约1米，重173公斤.,嫦娥二号卫星,绕月高度：100公里,降轨后高度：15公里,主要任务是获得更清晰、更详细的,月球表面影像数据和月球极区表面数据;,嫦娥二号卫星重量为2480公斤，其中燃料重量约1300公斤，七种科学探测设备重约140公斤。,嫦娥二号的设计寿命为半年，,奔月飞行约112小时,月球上有宝贵的氦3，这是一种高效、可靠、清洁的核聚变原料。氦3在地球上只有15吨，月球上有100万吨到500万吨，如果开发出来，100万吨氦3能满足地球一万年的能源需求，这还只是保守的估计。,和平号有控坠落,“和平号空间站”,“国际空间站”,是1983年由美国总统里根首先提出的,16个国家自19

12、94年到2006年建设并投入应用，,载人舱内大气压与地表面相同,寿命1015年，总重423吨、长108米、宽88米，,运行轨道高度为397千米，乘6人；,航天飞机和宇宙飞船给空间站运送物资,站徽,火箭点火发射,抛弃逃逸塔,一级火箭分离,整流罩分离后视,二级火箭主发动机熄火,箭船分离,推进舱帆板展开,推进舱帆板对日定向,轨道舱帆板展开,从1926年世界上第一枚液体火箭试制成功以来，差不多84年的时间过去了，我们对于空间领域的探测也有了相当的进展.未来的路还长，而且充满希望.这希望要靠我们来实现.圆人类探索宇宙之梦，任重而道远.,人类是伟大的，,人类探测空间的历史也是不平凡的.,不求甚解的学习，无疑是给自己“画饼充饥”,作业：列写火箭飞行原理表达式,