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航天员为什么能上天-第2部分
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1986年初，美国的〃挑战者号〃航天飞机爆炸后，航天飞机被停飞，美国用了很长时间分析和处理故障，其后美国停止用航天飞机发射一般商业卫星。趁此时机，我国仅用了18个月时间就研制成功〃长征二号E〃（又称〃长二捆〃，CZ…2E）运载火箭，可以发射原来准备用美国航天飞机发射的商用卫星。〃长征二号E〃运载火箭是以〃长征二号〃为芯级，周围捆绑了四个液体助推器，它的近地轨道运载能力高达9 200千克。〃长征二号E〃于1990年试射成功，从1992年到1995年曾发射多颗外国卫星。
为满足发射〃神舟号〃飞船的要求，保证航天员的安全，我国又在〃长征二号E〃的基础上改进了可靠性，并增设了故障检测系统和逃逸救生系统，从而发展出〃长征二号F〃（CZ…2F）运载火箭，专门用来发射〃神舟号〃载人飞船。
由于〃长征二号〃火箭的质量和可靠性非常高，1975年至1996年连续成功地把17颗返回式卫星送上天，这使〃长征二号〃运载火箭在国际卫星发射市场上获得了非常好的声誉。
〃长征三号〃运载火箭是在〃长征二号〃二级火箭上面加一个以液氢、液氧为推进剂的第三级，所用的液氢、液氧发动机可以二次启动，在技术上处于当时国际先进水平，是我国火箭技术发展的一个重要里程碑。1984年〃长征三号〃成功地发射了我国第一颗地球同步试验通信广播卫星〃东方红二号〃。1985年我国宣布进入国际商业卫星发射市场。1990年我国首次用〃长征三号〃运载火箭将美国休斯公司制造的〃亚洲一号〃卫星送入地球同步轨道。
力大无比的运载火箭（2）
此后，〃长征三号〃系列不断增加新成员，如〃长征三号甲〃（CZ…3A）、〃长征三号乙〃（CZ…3B），主要用于发射地球静止轨道卫星（即地球同步卫星）。〃长征三号甲〃运载火箭是在〃长征三号〃的基础上研制的大型火箭，它的氢氧发动机具有更大的推力，性能也得到很大的提高，地球同步转移轨道运载能力也从〃长征三号〃的1 600千克提高到2600千克。〃长征三号乙〃运载火箭是在〃长征三号甲〃和〃长二捆〃的基础上研制的，即以〃长征三号甲〃为芯级，再捆绑四个与〃长二捆〃类似的液体助推器。〃长征三号乙〃主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻型卫星的一箭多星发射，其地球同步转移轨道运载能力达到5 100千克，跃入了世界大型火箭行列。〃长征四号乙〃（CZ…4B）运载火箭是〃长征〃火箭家族中用于发射各种太阳同步轨道和极轨道应用卫星的主要运载工具。
3 我国载人飞船所用的是哪种运载火箭
CZ…2F运载火箭作为〃神舟号〃载人飞船的运载器，是以CZ…2E运载火箭为基础，按照载人飞船飞行要求重新研制生产的运载火箭。1992年开始研制，1999年11月首飞成功。历时八年的研制过程中，始终把可靠性、安全性放在首位。火箭广泛采用了冗余设计，提高了元器件等级与标准，火箭可靠性由CZ…2E运载火箭的提高到，使它成为目前我国可靠性最高的运载火箭。
CZ…2F运载火箭继承了CZ…2E运载火箭的主要构型，即芯级捆绑四个助推器，且助推器在CZ…2E运载火箭助推器的基础上加长。火箭全长米，起飞重量479 800千克，是目前我国研制的火箭中最高、最重的火箭。芯级直径米，助推器直径米，整流罩直径米，火箭最大横截面直径米。火箭芯级和助推器均使用四氧化二氮和偏二甲肼推进剂，一级加注推进剂约186 600千克，二级加注推进剂约84 800千克，单台助推器加注推进剂约41 500千克，火箭加注质量约481 800千克。
CZ…2F运载火箭分为箭体结构系统、动力系统、控制系统、遥测系统、外测与安全系统、推进剂利用系统、故障检测与处理系统、逃逸系统、附加系统等。其中，故障检测与处理系统、逃逸系统是为保证载人飞行安全而新增加的系统。
4 运载火箭在发射场进行哪些工作
CZ…2F运载火箭通过火箭专列运输进入酒泉卫星发射中心的发射场，进场后在水平测试厂房卸车、转载，然后水平运输至垂直总装测试厂房进行箭体吊装对接。垂直总装测试厂房拥有两个垂直总装测试厅，可同时完成两枚火箭的测试，室内净高米，单个测试厅面积为米×米。完成箭体吊装对接后，火箭就在这里完成相关测试，测试主要包括分系统测试、系统匹配测试、总检查测试。待飞船完成相关测试后，完成飞船与火箭的吊装对接，并进行飞船、火箭、航天员的大系统联合检查。所有测试正常后，船箭组合体通过活动发射平台转运至发射塔架，并在发射区进行短暂的测试，测试正常后对火箭进行推进剂加注，最后发射。
发射塔架与垂直测试厂房之间，有一条长1 500米、宽20米的特殊铁路，堪称是目前我国最宽的铁路。这条无缝重轨铁路，连接发射塔架与垂直总装测试厂房，当飞船和火箭在总装测试厂房完成测试后，载着船箭组合体的活动发射台，在自发电源的驱动下，从垂直总装测试厂房出发，通过这条专用轨道运至发射塔架。
5 运载火箭怎样飞行
CZ…2F运载火箭飞行过程主要分为四个阶段：助推工作段、一级工作段、二级五机（四台游动发动机和一台主发动机）工作段以及二级游机工作段。主要飞行时序有：
起飞 0秒
程序转弯 12秒
抛逃逸塔 120秒
助推器分离 136秒
一二级分离 159秒
抛整流罩 200秒
船箭分离 583秒
火箭飞行航区主要有：甘肃、内蒙古、陕西、山西、河北、山东等6个省和自治区。
火箭正常飞行时共有四个落区，即逃逸塔落区、助推器落区、一级芯级落区以及整流罩落区。
6 运载火箭为什么要垂直起飞
首先是运载火箭的体型庞大，长度达十几米至几十米，直径达几米至十几米，如果倾斜发射就得有一条比箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重、稳定性差、行走困难，而且发射时所产生的振动，势必会影响火箭的轨道精度。并且放置滑轨就得有一个很开阔很平坦的发射场，同时由于火箭处于倾斜状态，点火启动时尾部会喷射出高温高速高压燃气流，因此还需要有一个相当长的安全区。
力大无比的运载火箭（3）
其次是火箭飞行的绝大部分时间是在大气层以外的空间。垂直发射有利于火箭迅速穿过大气层，减少因空气阻力而造成的飞行速度损失。当然，这种垂直飞行的时间也不宜过长，否则在重力作用下，火箭的飞行速度损失也会很大。所以运载火箭的垂直飞行段一般在4～15秒范围之内，在垂直飞行一段时间后就要改变垂直飞行方向，进行程序转弯。
第三是采用垂直发射可以简化发射设备，在发射台上工作可以设计得很紧凑，并且能够很方便地使竖立在发射台上的火箭在360°范围内移动，从而满足调整射向的需要，并保证火箭系统的稳定性和射向精度。
第四是大型运载火箭一般都是使用液体推进剂，因此垂直状态发射便于推进剂的精确加注或泄出。
第五是现在大部分的运载火箭都采用惯性控制系统。它要求火箭在发射前精确确定它的初始基准和调零，这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。而垂直发射对实现这一要求，要比倾斜发射方便得多。
第六是运载火箭的推重比（火箭发动机的地面额定推力与火箭的起飞重量之比）一般都比较小。如最早的V…2火箭的推力为26 000千克，起飞重量为13 000千克，推力比为2。现在运载火箭的推重比一般为～（固体火箭的推重比可达以上）。火箭垂直放置发射台上，发射时只要推力稍微超过起飞重量，火箭就可以腾空而起。随着推进剂的不断消耗，火箭的重量逐渐减小，飞行速度愈来愈快。由此可见，垂直发射对于火箭的加速和能量的利用，都是十分有利的。
从1944年德国发射 V…2火箭开始，至今世界各国发射运载火箭大多均采用垂直发射。如起飞重量达2 930 000千克的〃土星5号〃运载火箭，就是采用垂直发射的。又如往返于地面与太空的航天飞机，也是采用垂直发射方式升空的。
7 运载火箭起飞时掉落的东西是什么
〃神舟六号〃飞船发射升空的壮观景象吸引着众多关注的目光。然而，如果稍加留心，也许不难从电视画面或是摄影图像中发现，CZ…2F运载火箭在托举〃神舟六号〃飞船飞离发射塔架腾空而起时，火箭箭体上不断地掉落一些碎片。那么，火箭发射起飞时为什么会掉落碎片呢？掉落下的碎片又是什么呢？
我国北方进入10月份以后，大部分地区开始频频受到冷空气的影响，气温明显下降。位于西北戈壁深处的酒泉卫星发射中心，早晚温差加大，夜间气温已达到零摄氏度以下。低温可能会导致某些产品出现低温效应，如密封件失效、电缆插头接触不良、输送管路堵塞等故障，这些都有可能成为发射时的致命〃杀手〃。 为了尽可能减小低温对火箭发射造成的不利影响，往往会在火箭测试发射过程中采取一些保温措施，在火箭箭体上贴泡沫塑料是最常用也最简便的一种办法。火箭点火升空后，火箭飞行力和大气的剧烈摩擦会自动将这些泡沫塑料从箭体上剥离下来，这就成了人们看到的从火箭箭体上掉落下的碎片。泡沫塑料保温结构在火箭飞行中的自动脱落的力学原理既简单又复杂，望读者想一想，如果你是设计者，你如何设计。一个好的理念，将会解决一个大问题。答案在后续的《发射场》一书中可以找到。
8 逃逸塔有什么作用
为确保航天员飞行中的生命安全，当火箭在飞行中出现故障时，逃逸塔可以带着航天员迅速飞离危险区域。它是一种航天员的救生装置。逃逸塔位于整个火箭的头部，塔高8米，是有塔逃逸飞行器的一个重要组成部分。其功能是在火箭起飞至飞行120秒期间为航天员逃逸提供逃逸动力。
采用逃逸塔救生具有多种优点：一是适用范围大，从飞船发射前直至110千米高度的范围内均可发挥作用；二是整舱逃逸，人员安全有保障，航天员在座舱内，受爆炸冲击波、碎片和热辐射的影响较小；三是逃逸过载小，一般可控制在较小范围，对航天员更安全；四是发射台逃逸性能好，其飞行高度可达1 500米左右，飞行距离近1 000米，可远离危险区。
9 为什么要安装整流罩和栅格翼
CZ…2F运载火箭的整流罩具有以下两个作用：一是对整流罩内的飞船进行保护，为飞船提供良好的环境，承受因高速气流产生的各种影响因素，包括气动力、气动热、噪声等；二是紧急情况下实施逃逸时，整流罩作为传力结构，承受逃逸飞行时的载荷作用。安装栅格翼的主要目的是使逃逸飞行器的气动压心重心后移，保证逃逸飞行过程中逃逸飞行器的稳定性。 电子书 分享网站
力大无比的运载火箭（4）
整流罩由上、下两部分整流罩组成，上部整流罩上端为逃逸塔分离面，通过爆炸螺栓与逃逸塔相连。逃逸塔、上部整流罩、飞船的轨道舱和返回舱组成逃逸飞行器。逃逸时，逃逸发动机产生推力，将飞船的轨道舱和返回舱一起带离危险区域。为保证逃逸飞行器的飞行稳定性，在整流罩外部安装了四个栅格翼，正常飞行时，栅格翼呈折叠状态，逃逸时，四个栅格翼展开，逃逸飞行器气动压心重心后移，实现稳定飞行。
10 运载火箭如何与飞船分离
当CZ…2F运载火箭托着神舟飞船按照预定轨道飞行到583秒，达到船箭分离高度，火箭控制系统将发出船箭分离指令，执行机构按照船箭分离指令执行相应操作，实现神舟飞船与CZ…2F运载火箭的分离。
飞船支架是神舟飞船与CZ…2F运载火箭的二级火箭之间的过渡装置和连接结构。飞船支架与飞船推进舱后短舱之间的对接面是火箭与飞船的机械分离面。船箭紧锁装置位于飞船推进舱与飞船支架之间，其功能是将飞船和运载火箭连接在一起，当火箭飞行到船箭分离高度时，船箭紧锁装置按照火箭控制系统解锁指令解锁，实现船箭分离。
为了避免出现火箭控制系统解锁指令不能给出的故障，导致CZ…2F运载火箭与神舟飞船不能分离，CZ…2F运载火箭还设计了冗余通道。通过航天员手动发出船箭分离指令，火箭故障检测处理系统收到该指令后，确认火箭控制系统是否给出允许解锁指令，如果确认已经给出，火箭故障检测处理系统会通过另一条电路通道给出船箭分离指令，实现船箭分离。
11 运载火箭怎样瞄准
现在大部分的运载火箭都采用惯性控制系统。它要求火箭在发射前精确地确定它的初始基准，确定火箭飞行的方向和弹道，这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。
火箭瞄准采用半自动激光光电瞄准，瞄准点和基准点通过大地测量确定。瞄准工作程序可以分为三步：射向标定、粗瞄和精瞄。
射向标定犹如打枪，眼睛、准星和射击目标三点成一线，这样就确定了射向。射向标定是在瞄准点上架设激光自准直经纬仪，在基准点上架设标杆仪。将激光自准直经纬仪的光电轴准确对准标杆仪；调整准直光管仰角，直至平台棱镜对准准直光管视场中心。
粗瞄主要是实现火箭箭体平台坐标系与发射坐标系的一致。由于平台处于机械锁定状态，粗瞄时用激光自准直经纬仪对准平台棱镜，当平台棱镜方位与射向不一致时，转动发射台，使平台棱镜返回光束进入经纬仪敏区，完成火箭粗瞄。
精瞄主要是实现平台惯性坐标系精确地与发射坐标系重合。当激光自准直经纬仪发出的激光束与平台棱镜准直时，激光自准直经纬仪面板上的自准角度显示为〃零〃和飞行控制室显示屏显示为〃零〃，表示平台坐标系方位与射向一致。当激光束与平台棱镜不准直时，激光自准直经纬仪面板上的自准角度显示和飞行控制室显示屏将会显示出偏差信号，操作人员根据此偏差信号手动操作发控台上的瞄准控制按钮，直至使平台坐标系与发射坐标系在方位上一致。
12 为什么要采用多级火箭
火箭是一种运输工具，它的任务是将具有一定质量的航天器（又称有效载荷）送入太空。航天器在太空中的运行情况与它进入太空时的初始速度的大小和方向有关。一般地说，如果航天器进入飞行轨道的速度小于第一宇宙速度（千米/秒），航天器将落回地面；如果航天器进入轨道的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度（千米/秒）之间时，它在地球引力场内飞行，成为人造地球卫星；如果航天器进入轨道的速度介于第二宇宙速度与第三宇宙速度（千米/秒）之间时，它就飞离地球成为太阳系内的人造行星；如果航天器进入轨道的速度达到或超过第三宇宙速度时，它就能飞离太阳系。
〃火箭之父〃康斯坦丁？齐奥尔科夫斯基1903年在他的《用火箭推进器探索宇宙》一文中提出了著名的齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式。该公式可表述为：
VK=Pb？g0？Ln ＇（GT＋GJ）/GJ＇
式中： VK……火箭的末速度；Pb……比推力（比冲）；g0……地面的重力加速度；GT……火箭起飞时的推进剂质量；GJ……火箭的结构质量，其中包括有效载荷。
力大无比的运载火箭（5）
所谓理想速度就是该公式中忽略了许多因素，如未考虑气动阻力和地球引力造成的损失，也未考虑g0随高度递减的变化及其他因素。根据该公式计算出来的速度比实际数值大，所以称之为理想速度。尽管如此，该公式仍足以说明速度与比推力、质量比之间的关系。
从理想速度公式可以看出，有三种方法能提高火箭的末速度：一是采用高能量推进剂，即采用高比推力的推进剂。但比推力的提高受到科学技术水平的限制，目前常用的高比推力的化学推进剂为液氧和液氢。二是采用高强度结构材料，尽量减轻火箭的结构质量。这种办法也受当时科学技术水平的限制。三是增加火箭的推进剂质量。但单纯增加推进剂质量也不行，当推进剂质量增加时贮箱的容积也增加，结构质量随之增加。（GT＋GJ）/GJ的比值是非线性增长的，当推进剂适量增多时该比值增长幅度较大。但当推进剂质量越来越大时，该比值的增长幅度将越来越小，最终会趋于一个常值。也就是在比推力不变的情况下，无论推进剂质量怎样增加，火箭的末速度会停留在某个数值上而不再增大。这一结果可以比较直观地说明，当推进剂增加时，除了贮箱容积增大之外，贮箱所受到的载荷也在增加，为了承受增加的载荷，贮箱的箱壁厚度也要增加，贮箱也就越来越重。火箭飞行一段时间之后，推进剂被消耗，贮箱越来越空，推进剂�
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