与航天器的通信与航天.ppt

1、第七章 与航天器的通信与航天,当航天器在茫茫太空中邀游时,在地面上的工作人员就需要及时有效地与航天器取得联系,这时,航天器上的通信系统就发挥着巨大的作用。通过航天器的通信系统,人们可以了解到直观的飞行状况,而对于载人飞船来说,良好的通信系统能将宇航员在太空中的详细状况展示给地面的工作人员。,第一节 航天器上的时钟,当航天器进入太空轨道之后,地面的监控站将时时刻刻地观测着航天器的一举一动。而对返回式卫星和载人飞船来说,时间的准确性就显得尤为重要,它关系春航天器的返回,甚至影响到宇航员的性命。因此,地面和航天器上的时钟准确一致就显得极为重要。,根据爱因斯坦的相对论,在弱引力场中的时钟将比强引力场中

2、的时钟走得快些、在地球表面附近,每升高1米,时钟的频率就会增加一些,不过这种效应并不明显;而地球上的时钟受地球绕太阳的轨道运动和太阳引力的影响,频率便会降低一些,如果是离地面很远,时间的加快效应就比较明显了。因此,在太空轨道中运行着的航天器,它的运动时间会相对加快。这也是不可避免的。,航天器上的时钟,世界时是1960年以前的计时方法,由于地球的自转,太阳会周期性地经过某个地点上空。太阳连续两次经过某条子午线的平均时间间隔称为一个平太阳日,以此为基准的时间称为平太阳时。英国格林尼治从午夜起算的平太阳时称为世界时。 原子时自1958年1月1日世界的零时开始启用。由于原子发生变化时发射或吸收的电磁波

3、频率极为稳定,比以地球转动为基础的计时系统更为均匀,因而得到了广泛应用。 为了使航天器上的时钟运行速度和地面保持一致,科学家们将航天器上的时钟行走速度“调慢”了一些,这样航天器上的时钟显示的时间就和地面上的时钟显示的时间相同,这对卫星通信和定位有着非常大的帮助。,航天器上时间指令的接受与发送,第二节 与航天器的通信,航天器的通信系统指获取、传输航天器和地面之间的视觉和语音信息 包括获取载人飞船舱内、舱外的环境图像和宇航员的生活图像,宇航员与地面指挥控制人员的通话语音,地面向宇航员播放的电视节目等。 语音通信是载人飞船的一个基本要求。语音通信建立了地面通信人员与宇航员之间的交接联系,有时候可以直

4、接转换到飞行控制中心。通过语音通信,指挥中心可以及时获得航天员目前的状况,并向他们发送行动的指令,以完成太空飞行任务。,地面信息的发送与接收,早期的飞船,如前苏联的“东方”号飞船、美国的“双子星座”号飞船等,均采用模拟信号传送图像。图像模拟传输虽然技术简单,但是传送的图像质量并不好。随着航天技术的发展,对图像质量的要求越来边高,现在的载人飞船多以数字形式传输,其优点是图像的传输可与其他航天器信息共用信道,图像质量好。 从飞船向地面发送电视图像,使地面对航天员的状态可以进行直接监视。在进行交会对按时,电视图像可使航天员和地面对飞船与目标之间的相对运动过程有直观的了解,从而进行有效的控制。电视还可

5、用于宣传报道、不测事件的监视、飞行文献的编集等。,航天器信息的发送与接收,第三节 航天器的动力,航天器要想探索太空,那它就需要动力,这样才能正常工作,为了使航天器正常工作,科学家在航天器上装了各种动力设备。 火箭发动机是把航天器送上太空的唯一动力来源,在进入太空以后,航天器还会利用自身携带的燃料推动自己飞向目标。有些航天器上也有小火箭发动机,并携带一些燃料。而卫星上的火箭发动机要使用多次,这样可以使卫星慢慢改变自己的轨道。,航天器的推进动力所使用的能源分类有化学动力、冷气动力、电动力、太阳帆动力、核动力和激光动力,其中前三种动力系统在空间得到了实际应用,后三种实际上还处子概念研究阶段,尚未提到

6、航天界的议事日程上来。载人飞船上使用的推进装置基本上是化学火箭发动机,其中绝大多数是液体火箭发动机。固体发动机仅用于只需要一次起动的情况,例如制动发动机和逃逸救生发动机。,液氢为燃料的火箭发动机,离子发动机,“联盟”TM飞船的推进系统共计有35台火箭发动机,其中推进舱制动发动机1台,大姿态控制发动机14台、小姿态控制发动机12台,返回舱姿态控制发动机8台。“阿波罗”飞船则装有50台发动机,配置了7个推进分系统、它们分别是:发射救生系统、服务推进系统、下降推进系统、上升推进系统、服务舱反作用控制系统、登月舱反作用控制系统和指挥舱反作用控制系统。,“维京”5C火箭发动机,航天飞机不仅要将有效载荷送

7、上地球轨道或带回地球,而且还要留在轨道上,利用其中的各种试验仪器、设备,进行各种实验和研究,为了完成这些任务,航天飞机用推进系统来做入轨飞行,进行轨道机动,以及改变和保持某种飞行姿态。因此,航天飞机需要有3种推进设备,即主发动机、机动发动机和姿态控制发动机。,航天飞机上的发动机,第四节 返回地球,有些航天器不仅担负着探索神秘太空的重担,而且在完成太空任务后还必须要返回地球。但是航天器的速度都十分惊人,怎样才能保证这种返回式航天器安全返回并且着陆呢?现在,这项技术已经非常成熟。,第一步:轨道改变 航天器在返回地球前,全自动将太空轨道运行的姿态准确地调整为返回的姿态,调整后,要在此姿态下保持稳定地

8、运行。然后开动制动火箭发动机,产生反向推动的力,从而降低航天器运行的速度,使其脱离原来运行的轨道,进入预定的返回轨道。 第二步:穿越黑障区 当航天器降到距地面大约40千米的高度时,航天器表面形成的几千摄氏度的高温区内的气体和航天器表面材料被分解和电离的分子,在航天器外面形成一个等离子鞘。等离子鞘能吸收和反射电波,使航天器与外界的无线电通信中断,这种现象成为黑障,产生黑障的区间称为黑障区。,第三步:软着陆 航天器的软着陆就是采用制动火箭或降落伞等减速手段,使航天器安全降落要保证航天器安全返回地面,就要研制出可靠的降落伞系统,使航天器在接近地面的较低高空中,用降落伞减速,以很低的速度着落,这样就可

9、以保证航天器完好无损地返回地面。 第四步:标位和寻找 以上技术关键如果都顺利地解决了,航天器就能安全地返回地面。不过茫茫大地,复杂多变,到哪里去寻找从太空中回来的航天器呢?这就要求能按时、准确地预报及测量航天器降落的位置,回收区的工作人员就能尽快发现看落后的航天器。,俄罗斯“联盟”TMAl载人飞船在2003年5月4日返航降落时,偏离预定降落地点460千米,并且一度与莫斯科的地面控制中心失去联系长达两个小时。所幸的是飞船上3名宇航员安然无恙。这是2003年2月美国“哥伦比亚”号航天飞机失事以来,载人航天器首次从太空返航。,第五节 着陆场的选择,乍看之下,着陆场和一般的草原、大海没有什么区别,好像

10、是很随意的选择。其实并不是这样的,这些地方都是综合考虑多方面因素才选定的,着陆场必须是一个安全和容易着陆的地方。 着陆场的选择原则是要便于综合使用本国的航天测控与通信网;要有足够大的场地面积,以适应较大落点偏差的情况。而且场地气候条件也要好,不能有大风或者是雷雨天气。并且还要根据本国的地域特点和国情选择陆上着陆还是海上着陆。,载人航天器的着陆场一般都有两个:一个主着陆场,一个副着陆场。在主着陆场天气情况恶劣的情况下,副着陆场就可以发挥作用。此外,还有紧急着陆场做应急使用。这些应急的着陆场在世界各地要选择若干的区域。载人航器着陆场除了要具备卫星着陆场的功能外,还要具备与航天器内宇航员通话的功能,以及救援、接回宇航员的功能等等。,地面雷达车正在搜索飞船,“发现”号航天飞机正在着陆,卫星着陆场上的工作人员根据控制中心发布的卫星数据了解卫星返回的情况。着陆场配备有雷达设备,可以跟踪卫星返回轨迹、接收卫星发出的无线电信息,预报航天器的落点位置等。着陆场以支升机为主要工具进行搜索,卫星的回收工作则由地面车辆来完成。,“神舟”七号安全着陆,宇航员