1.運載火箭的發射涉及哪些方麵的內容
運載火箭的研製是一項綜合性的係統工程,而發射同樣是一項綜合性的係統工程。其涉及的麵很廣,包括運載火箭的檢查、測試、運轉、加注推進劑、發射程序與數據的計算和裝訂、點火發射、跟蹤測量、安全控製、指揮通信、地麵勤務保障等多方麵的工作。
在我國,運載火箭發射場一般由技術準備區、發射區、指揮控製中心,以及測控通信係統和地麵勤務保障係統等部門組成。當運載火箭由製造廠運到發射場後,各部門的發射準備工作就開始全麵啟動。
2.運載火箭發射前的倒計時階段是如何進行的
當一切準備工作基本結束之後,發射工作便進入倒計時階段。倒計時階段開始時,由指揮中心向發射場、箭體分離後的落區、各地的測控站、遠洋測量艦隊以及各有關部門統一發布口令。各部門、各單位接到口令後,根據勤務係統提供的統一時鍾各自進入臨射前的工作程序。一般的運載火箭倒計時是從確定的發射時間前1個小時開始,叫做1小時準備。然後是30分鍾準備、15分鍾準備、5分鍾準備、1分鍾準備,最後是從10開始倒數到1,運載火箭點火起飛。當然,也有例外的情況,例如采用低溫推進劑的運載火箭,由於低溫推進劑極易蒸發,所以必須嚴格控製推進劑加注後的時間,因此常常提前4~7個小時就開始進入倒計時階段。
發射工作進入1小時準備後,發射場的各項工作均按時間程序,由地麵的發射控製設備來操作。它可以是半自動的,也可以是全自動的。在這段時間的準備過程中,主要工作包括:對箭上係統通電以便於進行射前功能檢查;對火箭的安裝及飛行程序和數據進行精確的核實和檢測;對推進劑貯箱進行增壓;對采用低溫推進劑的火箭補加推進劑。接下來是氣路連接器、加注連接器自動脫開,遙測係統、外測係統的連接插頭自動脫落。一直到1分鍾準備時,箭上係統地麵供電轉為由箭上電池供電,經過10秒鍾自檢正常後,電纜連接器自動脫落,電纜擺杆離開運載火箭並擺到預定位置。這時,除了火箭底部有一個由脫拔插頭連接的電纜與地麵連接外,其他一切與地麵連接的插頭都已完全脫開。射前30秒鍾,發射場的測控係統與各地測控跟蹤站開始啟動。射前7秒鍾,發射台周圍的高像素攝影機開拍,並開始記錄火箭點火起飛的實況。到0秒時,火箭點火。當火箭離開發射台時,底部唯一與地麵相連的電纜脫拔插頭被拉脫,火箭與地麵的有線控製完全中斷。如果在火箭點火後還沒有離開發射台前,發現火箭發動機出現異常情況,地麵可通過這根電纜對火箭實施緊急關機。
火箭起飛後,在控製係統的控製下,分別完成程序轉彎、助推器脫落、上麵級火箭的點火與關機、級間分離和整流罩分離等;當火箭到達入軌點時,有效載荷與火箭分離、進入預定軌道運行,這時,運載火箭的發射工作完滿結束。
3.為什麼發射航天器要用多級火箭
火箭作為一種運輸工具,其主要任務就是將具有一定質量的航天器(又稱有效載荷)送入太空。航天器在太空中的運行情況與它進入太空時初始速度的大小和方向有關。
通過前麵的介紹,我們得知,當航天器進入軌道的速度小於第一宇宙速度(7.91千米/秒)時,航天器將無法逃脫地球引力的約束,最終落回地麵;如果航天器進入軌道的速度介於第一宇宙速度與第二宇宙速度(11.2千米/秒)之間,它就會在地球引力場內飛行,成為人造地球衛星;當航天器進入軌道的速度介於第二宇宙速度與第三宇宙速度(16.7千米/秒)之間時,它就飛離地球成為太陽係內的人造行星;當航天器進入軌道的速度達到或超過第三宇宙速度時,它就能飛離太陽係。
為了使航天器飛離太陽係,這就要求火箭具有更大的運載能力,多級火箭便應運而生了。簡單地說,多級火箭就是把幾個單級火箭連接在一起形成的,其中一個火箭先工作,工作完畢後與其他火箭分開,第二個火箭接著工作,依此類推。
由幾個火箭組成就稱為幾級火箭,例如,由兩個火箭組成就叫二級火箭,三個火箭組成就叫三級火箭。一般情況下,我們把兩級或兩級以上的火箭統一叫做多級火箭。多級火箭的優點是每過一段時間就把不再有用的結構拋棄掉,無需再消耗推進劑來帶著它和有效載荷(航天器)一起飛行,以便達到足夠大的運載能力,在這裏,應該指出的是,火箭在飛行時並非是級數越多越好,因為每一級火箭除了貯箱外,至少還必須有動力係統、控製係統、伺服機構以及連接各級火箭的連接結構等。每增加一級,這些組成部分就增加一份。級數太多不僅會增加費用、降低可靠性,而且火箭性能也會因結構質量增加而受到影響。起飛時,在質量不變的前提下,增大結構質量必然要減少推進劑,從能量守恒原理可知其運載能力必然下降。總之,為了提高火箭的運載能力,采用多級火箭也是一個不錯的方法,但不是級數越多越好,它與起飛質量之間有著某種對應關係。