漫谈火箭和卫星(精品).ppt
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1、漫谈火箭和卫星漫谈火箭和卫星 pb05000831pb05000831陈伟陈伟火箭和卫星的诞生火箭的原理卫星的原理中国的长征火箭中国的卫星神州飞船古代的火箭古代火箭主要被用作军事古代火箭主要被用作军事武器,据史书记载,宋神宗元武器,据史书记载,宋神宗元丰六年丰六年(公元公元10831083年年),北宋抵,北宋抵抗西夏入侵时,一次就利用火抗西夏入侵时,一次就利用火箭箭2525万支。在万支。在12121616世纪的宋世纪的宋、元、明、元、明3 3个朝代,我国古代个朝代,我国古代火火 箭在军事上得到广泛的应用。箭在军事上得到广泛的应用。在众多史书记载的许多火箭中,在众多史书记载的许多火箭中,可以找到
2、现代火箭的各种雏型可以找到现代火箭的各种雏型或胎坯:多级火箭雏型或胎坯:多级火箭雏型“火龙火龙出水出水”。龙身两侧前后的。龙身两侧前后的4 4支支大火箭把火龙抬离水面并向前大火箭把火龙抬离水面并向前飞行,这时引燃龙腹内的众多飞行,这时引燃龙腹内的众多小火箭飞向敌船。小火箭飞向敌船。在公元第一个千年末,处在当时世界颠峰的我国科学技术,继续向前迈进。宋太祖开宝三年,即公元970年,有个叫冯继升的人向皇帝献火箭,并在朝廷上做了表演,皇帝很高兴,奖给他许多衣物和布匹。记载虽然很简略,但这应该是具有反作用动力因素的古代火箭诞生的时间。道理很简单,因为在箭杆上绑火的那种“火箭”,早在这以前700多年已经出
3、现。关键是,那时已有反作用力火箭诞生的基础,黑色火药在唐朝时已得到完善。据考证,公元850年,我国已用黑色火药制造焰火。正因为如此,反作用力火箭雏型一诞生,便很快得到完善和发展。据宋会要稿记载,宋真宗咸丰三年(公元1000年),神卫兵器军队长唐福,除向朝廷献火箭外,还有火毯、火蒺藜。古代火箭具有现代火箭的基本结构,包括有效载荷(箭头)、箭体(箭杆)、发动机(火药筒)和控制系统(起稳定作用的羽尾)。现代火箭的诞生俄国人康爱齐奥尔科夫斯基(18571935),是世界上公认的宇宙航行理论奠基人,在他的一生中,对宇宙航行的所有基本问题都从理论上进行了研究,并得出了正确的结论。在宇宙航行动力方面,早在1
4、883年,他就在外层空间一书中,发展了反作用推进理论,第一个从理论上证明,火箭能在空间真空环境工作。随后他又在1903年出版的火箭进入宇宙空间一书中指出,燃料烧完后的火箭质量(Mo)越大,火箭的性能越好;发动机喷管排出的气体的速度(W)越快,火箭的速度(V)越高。由此,他提出了宇宙航行理论中最重要、最基本的公式,即火箭公式V=WLn(Mo/Mk),式中Mk为包括燃料在内的火箭质量。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式。在火箭燃料方面,他指出固体燃料能量太低,固体燃料火箭不容易控制,作为宇宙航行动力的火箭,应使用液体燃料,它可以用汽车油门一样的东西来控制流量,也就是控制推力。最好的液体燃料是液氢
5、和液氧。但当时的工业技术还无法制造液氢。齐奥尔科夫斯基就大胆地设想用煤油和液氧做火箭燃料。通过计算,齐奥尔科夫斯基进一步指出,单级火箭能达到的最大速度为9千米/秒,由于空气阻力等造成的速度损失,实际速度只有7千米/秒,这还达不到克服地球引力所需要的7.9千米/秒的第一宇宙速度,更不用说摆脱地球引力和太阳引力的第二、第三宇宙速度了。这就得出了用多级火箭实现宇宙航行理想的结论。除火箭外,齐奥尔科夫斯基还设想了其它许多克服地球引力的方式,如地球赤道上的36000千米登天塔和大气层外登天台等等。他还提出利用太阳光的光压来加速飞船的太阳帆的概念。在载人航天方面,他指出行星际空间为真空区,载人航行必须携带
6、空气,这样飞船上必须有密封座舱,座舱中的空气必须不断净化,才能提供新鲜空气,进而提出用动植物组成生物循环链的密闭生态系统;他指出,在宇宙飞船上会是失重状态,推论了不同质量的物体在失重状态下的运动规律;他提出建设空间站和轮胎形太空住宅的设想,并提出用自转来产生人工重力。齐奥尔科夫斯基的贡献是令人钦佩的。如果知道他是自幼两耳失聪的残疾人,则更加令人钦佩。他有坚强的意志和百折不回的精神,残疾障碍、幼年丧母、家庭穷困、世俗偏见、权威排斥、火灾无情等等都没有能把他压倒。他把自己的一生凝聚成730多篇论著,为宇宙航行打下了理论基础。第一颗人造卫星世界上第一颗人造地球卫星是人造地球卫星1号,是1957年10
7、月4日发射的。它的本体是一只用铝合金做成的圆球,直径58厘米,重836公斤。圆球外面附着4根弹簧鞭状天线,其中一对长240厘米,另一对长290厘米。卫星内部装有两台无线电发射机棗频率分别为20005及40002兆周,无线电发射机发出的信号,采用一般电报讯号的形式,每个信号持续时间约03秒,间歇时间与此相同。此外还安装有一台磁强计,一台辐射计数器,一些测量卫星内部温度和压力的感应元件及作为电源的化学电池。它在拜克努尔发射场由一支三级运载火箭发射。起飞以后几分钟,卫星从第三级火箭中弹出,达到第一宇宙速度(79公里秒),进入环绕地球飞行的轨道。它距离地面最远时为9641公里,最近时为2285公里,轨
8、道与地球赤道平面的夹角为65度,以962分钟时间绕地球1周,比原来预计的所需时间多1分20秒。在秋夜的晴空中,有时它象一颗星星在群星中移动,肉眼可以看到它。这颗卫星的运载火箭于1957年12月1日进入稠密大气层陨毁。卫星在天空中运行了92天,绕地球约1400圈,行程6000万公里,于1958年1月4日陨落。为了纪念人类进入宇宙空间的伟大时刻,苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑,碑顶安置着这个人造天体的复制品。火箭的原理现代火箭是指一种靠发动机喷射气体产生反作用力向前推进的飞行器,是实现卫星上天和航天飞行的运载工具,故又称为运载火箭。火箭的工作原理就是动量守恒定律,当火箭推进剂燃烧时,从尾部喷
9、出的气体具有很大的动量,根据动量守恒定律,火箭就获得等值反向的动量,因而发生连续的反冲现象,随着推进剂的消耗,火箭质量不断减小,加速度不断增大,当推进剂燃尽时,火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。提高火箭速度有两个办法,一是提高气体的喷射速度,二是提高质量比(火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比),而提高喷射速度的办法比提高质量比的办法更有效,但喷射速度的提高也有一定的限度。因为要提高喷射速度,必须有高效能的燃料,才能产生高温高压的气体,高速地从喷口喷出;同时还要求制作燃烧室和喷口的材料能经受得住高温、高压和高速。现代液体燃料的火箭喷射速度为2500m/s,气体的压强为4个大气压,
10、温度已高达3000左右。把喷气速度提高到44.5km/s就是很高的技术水平了,要想把质量比提高到10也是很难办到的,火箭除了外壳、存贮燃料设备和燃烧室外还要有发动机、仪器、控制设备和要运送的人造卫星、爆炸弹头等,燃料燃尽后,剩余的总质量还是相当大的。如果质量比是6,气体的喷射速度为2500m/s,火箭的最大速度也不到4.5km/s,远小于第一宇宙速度(7.9km/s),更不用说脱离地球引力了,可见,单级火箭的最终速度是有一定限制的,因此只有利用多级火箭才能较大的最终速度。火箭可应用在军用和民用两大方面,按不同的飞行任务,大致可分为三类:探空火箭,用于高空大气测量;弹导式导弹,是带战斗部的有控火
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