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天宫二号如何飞向太空?

2016-10-19 中国科普博览

宇宙无边、探索无限,人类向太空中发射的卫星、宇宙飞船、空间站等航天器,是人类逐梦苍穹 探索宇宙的重要方式。


航天器的发射为什么需要运载火箭?

火箭是如何把航天器送上太空的?

科学家们又将如何监测和控制航天器的飞行状态?


要想了解这些问题,先要从火箭开始。



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运载火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大


只有火箭飞的足够快 载重足够多,才能把更强大的航天器送上太空。



由于地球引力的作用,天器的飞行速度必须要达到每秒7.9千米的宇宙第一速度,才能形成和地球引力相平衡的力量。而这个速度,相当于一秒钟要围着体育场跑20圈。

 


短时间内要想达到这样速度,需要大量的燃料才能产生足够的推动力,运载火箭的起飞重量动辄几百吨,其实90%,甚至更多都奉献给了燃料


以搭载天宫二号的长征二号F运载火箭为例,火箭的起飞重量大概500吨,而发动机、外壳、电缆等设备加起来也只有50多吨。


需要火箭运载的航天器的大小和重量差异很大,小型卫星只有几十千克,而天宫二号这样空间实验舱有8吨多重。


如果火箭运载的航天器比较重,仅靠单级火箭的推力,很难达到7.9千米每秒的速度,这就需要增加火箭的级数和助推器的数量。


运载天宫二号飞船的“长征2F遥十一火箭”,采用的就是“两级半”构型设计

 


在二级火箭的基础上,再捆绑了四个小火箭,也就是助推器


火箭发射时,助推器与第一级火箭在地面同时点火,飞行一段时间后,四个助推器会先关机,然后与第一级火箭分离。当第一级火箭的燃料全部用完后,一级火箭的外壳也会被抛到大气层化为灰烬。此时,二级火箭将在空中立刻点火,轻装前行,直至将飞行器送到预定轨道。


进入太空的航天器,就像是人类抛向宇宙的一个风筝。

 


虽然翱翔在远离地面数百公里的外太空,但每时每刻都在科研人员的掌控之中。


地面的航天测控系统就好像那条风筝线,一直在监测和控制着航天器的运行状态,航天器在太空飞行的过程中,分布在全国各地、甚至世界各地的地面监测站,组成了一个星罗棋布的航天测控网。可以不断地接收到航天器发送的信息,然后再送到航天测控中心,进行集中处理和决策。


航天器要在太空中工作几年甚者更长时间,要想一直保持和地面的时时联系,仅靠自身携带的电池是远远不够的


航天器上的电力供应主要来自于太阳能发电,每一次航天器的发射,太阳能帆板能否顺利打开,都直接关系到航天器发射的成败。



火箭把航天器送上太空,太阳能帆板顺利打开、供电正常,地面测控系统与航天器保持时时联系,由此开始,科学家们借助航天器,开启了认识地球,探索宇宙的太空之旅。


出品:科普中国

制作:超级工程V科普团队

监制:中国科学院计算机网络信息中心


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本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。


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