1、第九章 航天系统 9.1航天器 9.2航天运输系统 9.3航天发射场9.1航天器 航天：载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行 航天器：在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学的规律运动的各类飞行器。航天器的分类：无人航天器和载人航天器，根据是否绕地球运动无人航天器分为人造地球卫星和空间探测器航天器的分类卫星的主要设备包括下列七大系统 空间探测器 是对月球和月球以外的天体和空间进行探测的无人航天器，又称为深空探测器。美国2007年8月发射、2008年5月25日在火星着陆的“凤凰号”探测器 卫星式载人飞船登月载人飞船 空间站 空间站又称为轨道站或航天站，是一
2、种大型载人航天器，如同一艘不落的“航天母舰”，可供多名航天员巡访、居住和工作。空间站通常由对接舱、轨道舱、服务舱、生活舱等组成，航天员的替换和物资设备的补充由载人飞船、货运飞船或航天飞机完成。前苏联的“和平”号空间站国际空间站宇航员斯蒂芬斯蒂芬罗宾逊罗宾逊在STS-114任务期间固定在MSS的底部 航天飞机 为使航天运输工具可重复使用，美国在1972年开始研制航天飞机（Space Shuttle），并于1981年成功发射了“哥伦比亚号”。航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器，像火箭那样垂直发射进入空间轨道，像飞船那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆。航天飞机的构成正在（
3、垂直）发射的航天飞机正在（水平）降落的航天飞机搭载空间站的材料和设备到太空轨道中国航天在中国航天业上有哪些是火箭，哪些是宇宙飞船？火箭：长征一号、长征二号E、长征二号F 宇宙飞船：神舟一号、神舟二号、神舟三号、神舟五号宇宙飞船 宇宙飞船，是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月，一般乘2到3名航天员。神舟系类宇宙飞船 神舟一号 神舟二号 神舟三号 神舟四号 神舟五号 神舟六号 神舟七号 神州八号神舟一号 飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成。轨道舱是航天员生活和工作的地方。返回舱是飞船的指挥控制中
4、心，航天员乘坐其上天和返回地面。推进舱也称动力舱，为飞船在轨飞行和返回时提供能源和动力。这次试验飞行没有载人，。它是中国载人航天工程的首次飞行，标志着中国在载人航天飞行技术上有了重大突破，是中国航天史上的重要里程碑。神舟二号 发射时间：发射时间：2001年1月10日1时0分3秒 发射火箭：发射火箭：新型长征二号F捆绑式火箭，此次发射是长征系列运载火箭第六十五次飞行。飞船进入轨道所需飞行时间：飞船进入轨道所需飞行时间：飞船起飞十三分钟后，进入预定轨道。返回时间：返回时间：2001年1月16日晚上7时22分 发射地点：发射地点：酒泉卫星发射中心 着陆地点：着陆地点：内蒙古自治区中部地区 飞行时间飞
5、行时间/圈数：圈数：6天零18小时/108圈 我国第一艘正样无人飞船。与“神舟一号”试验飞船相比，“神舟二号”飞船的系统结构有了新的扩展，据介绍，我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学 神舟三号 发射时间：2002年3月25日22时15分。发射火箭：新型长征二号F捆绑式火箭，这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行。飞船进入轨道所需飞行时间：火箭点火升空10分钟后，飞船成功进入预定轨道。返回时间：2002年4月1日。发射地点：酒泉卫星发射中心。着陆地点：内蒙古自治区中部地区。飞行时间/圈数：6天零18小时/108圈。神舟四号 发射时间：2002年12月30日0时40分 发射火箭：新型长征
6、二号F捆绑式火箭，此次是长征系列运载火箭的第69次飞行。飞船进入轨道所需飞行时间：火箭点火升空十几分钟后，飞船成功进入预定轨道 返回时间：2003年1月5日19时16分 发射地点：酒泉卫星发射中心 着陆地点：内蒙古自治区中部地区 飞行时间/圈数：6天零18小时/108圈 神舟五号 发射时间：2003年10月15日9时整 发射火箭：新型长征二号F捆绑式火箭，此次是长征系列运载火箭第71次飞行。飞行员：杨利伟 飞船进入轨道所需飞行时间：9分10秒，船箭分离，“神舟”五号载人飞船准确进入预定轨道。返回时间：2003年10月16日6时28分 发射地点：酒泉卫星发射中心 着陆地点：内蒙古中部阿木古朗草原
7、地区 飞行时间/圈数：21小时/14圈 “神舟”五号飞船是在无人飞船的基础上研制的我国第1艘载人飞船，乘有1名航天员，在轨道运行了1天。神舟六号 神舟六号飞船 于北京时间 2005年10月12日上午9:00在酒泉卫星发射中心发射升空，费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空神舟七号神舟七号飞船全长9.19米，由轨道舱、返回舱和推进舱构成，长征2F运载火箭和逃逸塔组合体整体高达58.3米 2008年9月27日16点30分，翟志刚、刘伯明分别穿着中国制造的“飞天”舱外航天服和俄罗斯出品的“海鹰”舱外航天服进入神舟七号载人飞船兼任气闸舱的轨道舱。翟志刚出舱作业，刘伯明在轨道舱内协助，实现了中国历史上宇
8、航员第一次的太空漫步“神七”航天员的出舱过程“神七”航天员出舱神州八号 神舟八号，是中国“神舟”系列飞船的第八个，是一个无人目标飞行器，是为中国的空间站作对接准备，也是中国神舟系列飞船进入批量生产的代表。探月卫星 嫦娥一号 嫦娥二号 嫦娥三号嫦娥一号 我国整个探月工程分为我国整个探月工程分为“绕绕”、“落落”、“回回”3个阶段个阶段 2007年发射探月卫星年发射探月卫星“嫦娥一号嫦娥一号”，绕月探测工程将完成以下四大科学目标 一、获取月球表面三维立体影像 二、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点 三、探测月壤厚度 四、探测地球至月亮的空间环境 嫦娥二号“嫦娥二号嫦娥二号”于于2010年
9、年10月月1日日18时时59分分57秒秒在在西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心发射升空，并获得了圆满发射升空，并获得了圆满成功成功 “嫦娥二号”主要任务是获得更清晰、更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据，为“嫦娥三号”实现月球软着陆进行部分关键技术试验，并对嫦娥三号着陆区进行高精度成像。嫦娥三号 嫦娥三号将是中国发射的第一个地外软着陆探测器和巡视器(月球车)，也是阿波罗计划结束后重返月球的第一个软着陆探测器 月球车的模型航天运输系统 航天运输系统：把任何有效载荷运送到预定轨道的航天运输工具，可分为运载器和运输器 运载器：把人造地球卫星、空间平台、载人飞船、空间站和空间探测器等航天器送入预定
10、轨道的飞行器称运载器，通常为一次性使用的运载火箭 运输器：为轨道上的航天器运送人员、装备、物资以及进行维修、更换、补给等在轨服务的飞行器成运输器，用运载火箭和飞船可以构成一次性运输器 运载火箭 运载火箭是由多级火箭组成航天运输工具 一般由23级组成，每级火箭均有推进系统，末级内装有火箭的制导与控制、跟踪、遥测、电源等系统。同时，末级顶部安装被运送的航天器。发射窗口发射窗口发射窗口（Launch window）是指允许发射航天器的时间范围。这个范围的大小亦叫做发射窗口的宽度。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计算，窄的只有几十秒钟，甚至为零 目前，由中国独立研制的目前，由中国独立研制的“长
11、征长征”系系列运载火箭已形成列运载火箭已形成4个系列个系列12个型号的群个型号的群体，是中国航天的主力运载工具。火箭近体，是中国航天的主力运载工具。火箭近地轨道、地球同步转移轨道的运载能力分地轨道、地球同步转移轨道的运载能力分别达到别达到12吨和吨和5.2吨，可用于发射不同轨吨，可用于发射不同轨道的卫星，入轨精度达到国际先进水平道的卫星，入轨精度达到国际先进水平。我国的长征系列运载火箭 长征一号长征一号1970年年4月月24日，长日，长 征一号火箭征一号火箭首次发射，将中国第一颗人造地首次发射，将中国第一颗人造地球卫星东方红一号顺利送入轨道，球卫星东方红一号顺利送入轨道，发射获得圆满成发射获得
12、圆满成 功。功。长征一号火长征一号火箭的运载能力为箭的运载能力为300公斤公斤，此，此 火火箭共进行了两次发射，均获得成箭共进行了两次发射，均获得成功。功。长征一号丁长征一号丁长征系列一号火长征系列一号火箭的改进型箭的改进型号长征一号丁号长征一号丁主要用于发射主要用于发射低低地球轨道（地球轨道（LEO）和和太阳同步轨道太阳同步轨道（SSO）小型卫）小型卫星星。长征一号丁。长征一号丁的运载能力为的运载能力为1000公斤，火箭公斤，火箭直径直径2.25米，总米，总长长31.28米。米。1997年年11月，长月，长征一号丁火箭首征一号丁火箭首次飞行完全成功。次飞行完全成功。长征二号长征二号 长征二号
13、为长征二号为一种两级运载火一种两级运载火箭。火箭全长箭。火箭全长31.17米，芯级最米，芯级最大直径大直径3.35米。米。1974年年11月月5日首日首次发射，因控制次发射，因控制系统的一根导线系统的一根导线断裂而失败断裂而失败。1975年年11月月26日日进行的二次发射，进行的二次发射，成功将我国第一成功将我国第一颗返回式卫星准颗返回式卫星准确送入轨道。截确送入轨道。截至至1978年，共发年，共发射射4次，其中失败次，其中失败一次。一次。长征二号丙长征二号丙 长征二号丙运载长征二号丙运载火箭发射一次的价格火箭发射一次的价格约为约为2千千5百万美元。百万美元。采用了大推力液体火采用了大推力液体
14、火箭发动机，箭长为箭发动机，箭长为35.15 米，近地轨道米，近地轨道的运载能力增加到的运载能力增加到2.4吨，火箭的可靠吨，火箭的可靠性也大大提高性也大大提高。长征二号丁长征二号丁“长征二长征二号丁号丁”运运载火箭用载火箭用于发射各于发射各种低轨道种低轨道任务的卫任务的卫星星。长征二号捆长征二号捆 “长征长征2号号E”捆绑火箭。火捆绑火箭。火箭总长箭总长49.68米米,直径直径3.35 米。米。总起飞重量总起飞重量461吨，起飞推力吨，起飞推力600吨，能把吨，能把 8.8吨至吨至9.2吨有吨有效载荷送入近效载荷送入近地轨道。地轨道。长征二号长征二号F 长征二号长征二号F运载火箭按照发运载火
15、箭按照发射载人飞船的要射载人飞船的要求，以提高可靠求，以提高可靠性确保安全性为性确保安全性为目标研制的运载目标研制的运载火箭。火箭。是目前我是目前我国所有运载火箭国所有运载火箭中起飞质量最大、中起飞质量最大、长度最长的火箭。长度最长的火箭。52米（发射天米（发射天宫型）宫型）/58.34米米（发射神舟飞船（发射神舟飞船)长征三号长征三号 长征三号全箭总长征三号全箭总长长44.56 m，起飞质，起飞质量量202 t，1984年年1月月29日首次发射，由于日首次发射，由于第三级发动机二次启第三级发动机二次启动不正常，卫星进入动不正常，卫星进入近地轨道运行。经过近地轨道运行。经过70个昼夜的奋斗，个
16、昼夜的奋斗，4月月8日再发射，获得日再发射，获得圆满成功。圆满成功。长征三号甲长征三号甲 长征三号甲运载火长征三号甲运载火箭是是我国同步轨道运箭是是我国同步轨道运载火箭的基本型。长征载火箭的基本型。长征三号甲运载火箭在三号甲运载火箭在1994年年11月和月和1997年年5月两月两次成功发射了东方红三次成功发射了东方红三号卫星。号卫星。长征三号乙长征三号乙 长征三号乙长征三号乙运载火箭运载火箭(CZ-3B)是一枚三级是一枚三级大型液体捆绑式大型液体捆绑式运载火箭。是中运载火箭。是中国目前国目前运载能力运载能力最大、技术最先最大、技术最先进、构成最复杂进、构成最复杂的运载火箭，代的运载火箭，代表中
17、国目前运载表中国目前运载火箭技术的最高火箭技术的最高水平，在世界航水平，在世界航天界也居前列。天界也居前列。长征三号丙长征三号丙 长征三号丙长征三号丙运载火箭除在它运载火箭除在它的一级绑有两个的一级绑有两个助推器外，它的助推器外，它的其余结构部分、其余结构部分、系统与长征三号系统与长征三号乙火箭基本相同。乙火箭基本相同。它的推出为用户它的推出为用户根据有效载荷的根据有效载荷的质量和任务要求质量和任务要求而灵活选用长征而灵活选用长征火箭拓宽了范围火箭拓宽了范围。长征四号甲长征四号甲 长征四号甲运长征四号甲运载火箭于载火箭于1979年开始研制，前年开始研制，前后历时十年。它后历时十年。它是在风暴一
18、号火是在风暴一号火箭的基础上研制箭的基础上研制的，其主要任务的，其主要任务是发射太阳同步是发射太阳同步轨道卫星，和各轨道卫星，和各种对地观测应用种对地观测应用卫星系列。卫星系列。长征四号乙长征四号乙 我国在长征四我国在长征四号甲基础上研制。号甲基础上研制。火箭全长火箭全长45.576米，米，运载能力在太阳同运载能力在太阳同步轨道为步轨道为2200千克。千克。1999年年5月月10日首日首次发射，其中我国次发射，其中我国和巴西合作的地球和巴西合作的地球资源卫星均由该火资源卫星均由该火箭发射。箭发射。长征四号丙长征四号丙 长征四号丙运载长征四号丙运载火箭第三级发动机火箭第三级发动机采用了二次启动技
19、采用了二次启动技术，大幅提高火箭术，大幅提高火箭的运载能力。它的的运载能力。它的近地能力为近地能力为2800千千克。克。长征五号长征二号捆-奥普图斯通信卫星（外星）长征二号F-神舟五号载人飞船长征二号F-神舟六号载人飞船长征二号F-神舟七号载人飞船长征三号甲-嫦娥一号探月卫星长征三号丙-嫦娥二号探月卫星长征三号乙-鑫诺二号通信卫星长征三号甲-风云二号气象卫星长征四号乙-海洋一号海洋探测卫星长征三号乙-亚太六号通信卫星（外星）长征三号乙-印度尼西亚通信卫星 长征三号丙-天链一号数据中继卫星长征二号丁-遥感卫星四号长征二号丙-遥感卫星六号1974年年11月月5日，对航天日，对航天人来说是又一个人来
20、说是又一个“黑日黑日”!我国首次用长征二号发射我国首次用长征二号发射返回式卫星的试验没有实返回式卫星的试验没有实现人们企盼已久的目标，现人们企盼已久的目标，火箭起飞即失稳，火箭起飞即失稳，20秒钟秒钟后坠毁在发射场上。失败后坠毁在发射场上。失败的原因是火箭控制系统速的原因是火箭控制系统速率陀螺仪输出的弹上电缆率陀螺仪输出的弹上电缆断了一根导线。多少人的断了一根导线。多少人的心血毁于一旦，发射场上心血毁于一旦，发射场上的人们，被这突如其来的的人们，被这突如其来的结果惊呆了，是结果惊呆了，是“真真”还还是是“梦梦”?长征二号捆-奥普图斯通信卫星（外星）“长二捆长二捆”火箭发射未能成功火箭发射未能成
21、功的原因是助推器点火后，一、的原因是助推器点火后，一、二号助推器发动机氧化剂副系二号助推器发动机氧化剂副系统断流阀门电爆管误爆，致使统断流阀门电爆管误爆，致使发动机关机。而引起电爆管误发动机关机。而引起电爆管误爆的正是由于程序配电器内的爆的正是由于程序配电器内的那点铝质多余物，造成助推器那点铝质多余物，造成助推器点火后即关机点火后即关机,火箭主计算机火箭主计算机测得推力不够测得推力不够,实施了紧急关实施了紧急关机机。长征三号乙-国际708通信卫星（外星）1996年年2月月15日长三乙日长三乙火箭首发发射国际通信火箭首发发射国际通信卫星卫星708，火箭点火起飞，火箭点火起飞后约两秒，火箭飞行姿后
22、约两秒，火箭飞行姿态出现异常，火箭低头，态出现异常，火箭低头，偏离发射方向向右倾斜，偏离发射方向向右倾斜，约约22秒，火箭头部着地，秒，火箭头部着地，随即发生剧烈爆炸，星随即发生剧烈爆炸，星箭全部损失，星体和箭箭全部损失，星体和箭体基本没有大的残骸。体基本没有大的残骸。爆炸地点距发射架爆炸地点距发射架1200米，故障原因为陀螺仪米，故障原因为陀螺仪发生倾斜。发生倾斜。航天发射场发射场的选址 发射场通常选在人口稀少、地势平坦、视野开阔、运输方便、气象条件适宜的低纬度地区。纬度越低，地球离心力越大，发射的有效载荷就可以相应地增大，并可缩短从发射点到入轨点的航程，发射成本会相应地降低。例如，法国建在
23、南美洲北部的圭亚那航天中心（Guiana Space Center），我国在海南省文昌市建设中的“文昌航天发射中心”。酒泉卫星发射中心酒泉卫星发射中心又称酒泉卫星发射中心又称“东风航天城东风航天城”，是中国，是中国科学卫星、技术试验卫星科学卫星、技术试验卫星和运载火箭的发射试验基和运载火箭的发射试验基地之一，是中国创建最早、地之一，是中国创建最早、规模最大的综合型导弹、规模最大的综合型导弹、卫星发射中心，也是中国卫星发射中心，也是中国目前唯一的载人航天发射目前唯一的载人航天发射场。场。西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心始建于西昌卫星发射中心始建于1970年，于年，于1982 年交付使年交付使用，
24、用，1984年年1月发射中国第月发射中国第一颗通信卫星。中心由总部、一颗通信卫星。中心由总部、发射场（技术区和两个发射发射场（技术区和两个发射工位）、通信总站、指挥控工位）、通信总站、指挥控制中心和三个跟踪测量站，制中心和三个跟踪测量站，以及其它一些相关的生活保以及其它一些相关的生活保障（医院、宾馆等）单位组障（医院、宾馆等）单位组成。发射场的坐标位置为东成。发射场的坐标位置为东经经102度、北纬度、北纬28.2度。主度。主要担负广播、通信和气象等要担负广播、通信和气象等地球同步轨道（地球同步轨道（GTO）卫星）卫星发射的组织指挥、测试发射、发射的组织指挥、测试发射、主动段测量、安全控制、数主
25、动段测量、安全控制、数据处理、信息传递、气象保据处理、信息传递、气象保障、残骸回收、试验技术研障、残骸回收、试验技术研究等任务。究等任务。太原卫星发射中心太原卫星发射中心位于山西省太原卫星发射中心位于山西省太原市西北的高原地区，地处太原市西北的高原地区，地处温带，海拔温带，海拔1500米左右，与芦米左右，与芦芽山风景区毗邻，是中国试验芽山风景区毗邻，是中国试验卫星、应用卫星和运载火箭发卫星、应用卫星和运载火箭发射试验基地之一。发射中心拥射试验基地之一。发射中心拥有火箭和卫星测试厂房、设备有火箭和卫星测试厂房、设备处理间、发射操作设施、飞行处理间、发射操作设施、飞行跟踪及安全控制设施。太原卫跟踪
26、及安全控制设施。太原卫星发射中心具备了多射向、多星发射中心具备了多射向、多轨道、远射程和高精度测量的轨道、远射程和高精度测量的能力，担负太阳同步轨道气象、能力，担负太阳同步轨道气象、资源、通信等多种型号的中、资源、通信等多种型号的中、低轨道卫星和运载火箭的发射低轨道卫星和运载火箭的发射任务。发射中心始建于任务。发射中心始建于1967年。年。这里冬长无夏，春秋相连，无这里冬长无夏，春秋相连，无霜期只有霜期只有90天，全年平均气温天，全年平均气温5。文昌卫星发射中心 中国酒泉、西昌、太原三个内陆发射基地受到铁路运输条件的限制，火箭直径不能超过米。新发射场纬度低，可以提高火箭运载能力 发射基地建在沿海，就可用海运这种不受体积限制的方式解决铁路运输所满足不了的大直径火箭运载问题 毗邻广阔海域，方便火箭航区和残骸落区的选择，是新一代运载火箭和新型航天器理想的发射场地长征五号将于2014年年底在海南航天发射场首飞。
