嫦娥五號成功發射的背後,火箭如何工作?相關火箭和衛星的冷知識

2020-12-05 騰訊網

幾天前的常五成功發射,又一次讓全球的目光聚焦中國,也為多災多難的2020,注入了一份希望和強心劑。它也提示著世人,無論多艱難的時局,人類從來都沒有低下頭顱,放棄夢想。嫦娥5號的這次任務,將進一步加速人類對月球的研究。 同時也向世人昭示著中國的能力和擔當。

今天給大家分享常五的推手,火箭和衛星的相關事實。

截止目前,人類的頭頂上大約有3000顆運衛星繞地球軌道運行,它們來自100多個不同的國家和地區。其中大約550個在地球的靜止軌道上,未來還有數千個類似計劃。與地球自轉相比,衛星看起來靜止不動。通信衛星通常在地球靜止軌道之上運行。

軌道力學的理論基礎是克卜勒的行星運動定律和牛頓的萬有引力定律。這些定律使我們能夠計算出衛星的運行周期和速度。其中,軌道周期為23.93小時,即23小時56分鐘,這是地球自轉一周所花費的時間。

為了使衛星順利進入軌道,專家們將衛星捆綁在火箭上,然後再進行發射升空。火箭升空的理論依據是以牛頓第三定律為基礎,即對於每一個作用力都有相等且相反的反應。燃料的燃燒導致高壓廢氣以超音速排出,產生向後的加速度,從而產生向前的推力,同時也會產生相等且相反的反作用力,進而推動火箭升空。

旋轉止推噴嘴的作用是保持穩定,即可保持穩定的直線飛行,它被稱為萬向節推力。

再簡單點,可以將火箭的發射簡單看作將空氣放出的氣球,空氣球受大氣壓力後以一種方式逃逸出,這就將氣球向相反的方向推動。

以我國長徵五號運載火箭又稱「大火箭」「胖五」為例,它的近地軌道運載能力為25噸,地球同步轉移軌道的運載能力為14噸。遠超美國主力火箭阿特拉斯五號12.7噸的運載能力。它也是我國目前運載能力最大的新一代運載火箭 。其主要由液氫液氧和液氧煤油. 高效清潔的燃料提供動力,類似於噴氣燃料。

當長五發射時,它需要很多的燃料才能克服地球的重力。只有當它速度達到28000公裡每小時後,才能克服地球引力使其進入指定軌道。

一般發射過程由兩到三個階段組成。一個階段在用完所有燃料後,將其分離以消除自重。分離部分通常落入海洋或遠離人口稠密的地區或在大氣中燃燒。對於衛星的發射,通常會從綁在第一階段的火箭獲得額外的推動力。

地球同步軌道也是分階段實現的。通常,火箭將衛星帶入預定的軌道高度,但初始軌道是橢圓形的。到達指定高度後,必須將此橢圓形軌道更改為圓形軌道才能進入地球靜止軌道。

衛星繼續沿橢圓軌道運行,直到在軌道上適當的時間內使火箭加速,從而在地球靜止軌道處形成一個圓形軌道,該軌道位於地球赤道上方35,786公裡。

由於目前在地球靜止軌道高度的位置已經有550多顆衛星在運行,空間有限。因此,地球靜止軌道上的空間只有通過國際電信聯盟進行嚴格管理,進行合理的分配,才會有序的運轉。

此外,除非火箭從赤道某處發射,否則它將具有不完全靜止的軌道。例如,西昌衛星發射中心在赤道北方,所以火箭發射時,須向南調整姿態至赤道上空,又因為同步衛星與地球自轉同步,即自西向東旋轉,所以火箭還需調整圍繞地球運動方向即自西向東旋轉後,才進真正進入地球靜止軌道位置。

因此,對各國來說,儘可能將其火箭發射到赤道附近。這樣,進行這種調整所需的火箭燃料就會大大減少。當衛星到達其靜止軌道後發生的第一件事是部署太陽能電池板,以便衛星可以發揮功能。它可以以太陽和地球為參照定向自身,並建立通信連結。

衛星的功能是主要以無線電傳輸的形式接收來自地球的信號,對其進行放大,然後以不同的頻率將其中繼回地球表面。最終實現信息傳輸。

其中,頻率偏移主要用於防止傳入信號與傳出信號的幹擾。 由於無線電波與可見光一樣是電磁輻射的一種形式,因此它們不會繞地球曲率彎曲。畢竟以光速度傳輸,因此衛星的工作就等同於遠距離傳輸無線電波。

有趣的是,對地靜止軌道有時也稱為克拉克軌道,這是以科幻小說家亞瑟·克拉克的名字命名,2001年,他撰寫了《太空漫遊》。他也是第一個在1945年寫的著作中詳細闡述這種軌道的作用的人。多半個世紀過去了,這個牛人作家做夢也不會想到他的設想,如今早已變成現實。萬能的人類,是不是該為人類的智慧點讚呢

上述事實,如有新的觀點,歡迎留言區留言,我們一起討論。

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