航天飞机的飞行过程与控制及回收

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1、航天飞机的飞行过程与控制及回收目录一、航天飞机飞行过程与控制1）上升阶段2）入轨阶段3）轨道运行阶段4）离轨阶段5）再入与着陆阶段二航天飞机的回收1）回收阶段三、参考文献四、心得体会姓名：闵建军学号：12009243970班级：物教一班制导老师：沈宏军航天飞机每次飞行所执行的任务是各不相同的，所携带的有效载荷也是多种多样的。但是，无论执行什么任务，携带哪些有效载荷，航天飞机的基本飞行过程都是相同的，可分为5个主要阶段，即上升段、入轨段、轨道段、离轨段和再入着陆段。相应的具体过程有发射前的准备和点火起飞、

2、固体火箭助推器的分离和回收、外储箱的分离和坠毁、航天飞机进入轨道、轨道运行和作业、航天飞机离轨和再入返回以及着陆等飞行的全过程，参见图10.5。下面简述航天飞机系统5个基本飞行阶段的过程和控制。一.航天飞机的飞行过程与控制1.上升阶段 航天飞机的发射程序与一次使用的消耗性运载火箭十分相似。航天飞机起飞前24h，全部系统将被垂直地装到发射台上，开始发射前的最后准备工作。这些工作包括给外储箱加注推进剂，自动检测航天飞机及其分系统和有效载荷的工作状态。检测的目的是确定全部系统和所有部件是否正常，预测发射和飞行

3、可能出现的故障并加以排除。整个检测过程需要考虑的因素非常之多也十分复杂。航天飞机之所以采用与普通运载火箭相同的垂直发射方法，是为了尽快通过大气层，以减少航天飞机的气动加热时间。当发射前的最后准备工作结束时，计时系统就开始倒计时，一秒一秒地往下减，计时系统到达零点，即到发射时刻。零秒时点燃三台主发动机，3～4s后两台固体火箭助推器开始点火。先点燃主发动机的目的一方面是为了使推力达到预定水平，另一方面是为了稳定航天飞机姿态。由于三台主发动机的起飞总推力为5100kN，真空总推力为6300kN，小于整个航天飞

4、机系统的总起飞质量2000t，所以要借助于两台固体火箭助推器提供辅助推力，航天飞机才能离开发射台升空。由于每台固体火箭助推器的起飞推力为13150kN，因此航天飞机整个推进系统的起飞推力可达31400kN，产生约O．5g的初始加速度。 在航天飞机起飞阶段，如遇到应急情况，要使航天飞机紧急着陆时，两台固体火箭助推器和外储箱可立即予以炸离，航天飞机作必要的机动操纵，可像飞机一样滑翔返回并在发射场的跑道上降落。 在125s左右，两台助推器燃料耗尽熄火。此时航天飞机轨道高度达50km以上，速度约1500m／s。

5、利用爆炸螺栓和前、后各4个固体推进剂的分离火箭，使两台巨型固体火箭助推器与航天飞机和外储箱分离，每台分离发动机的推力为97kN。分离后，助推器仍具有约1500m／s的速度，按惯性继续升高。为避免助推器与航天飞机和外储箱发生碰撞，分离发动机都安装在助推器面向外储箱的一侧，以使助推器在分离发动机的反推力作用下距正在继续爬升的航天飞机越来越远。当助推器分离约1min后，惯性飞行到67km高空时，助推器在空气阻力作用下开始自由回落。由于两台助推器头部装有电子设备和捞救装置，在其与外储箱分离6min后，便以30m

6、／s的速度浅落于离发射场30km以外的海面，由舰只回收，维修后可供下次再用。助推器的整个回收过程如图10．6所示。 固体火箭助推器分离后，三台主发动机推动着航天飞机继续上升。在点火起飞约8min之后，航天飞机达到约110km的高空，速度已达7．8km／s，即将进入地球轨道。这时外储箱推进剂基本耗尽，停止输送推进剂，主发动机关机。经过18s后，外储箱与轨道器分离。轨道器与外储箱分离后开始滑行，此时机上自动驾驶仪发出指令，使朝下喷管点火，产生1．2m／s垂直速度增量，轨道器与外储箱之间距离加大，然后外储箱沿

7、一条相隔较远的轨道以亚轨道速度沿弹道轨道陨落到大气层，并在大气层中焚毁，剩下的碎片坠落后在远离发射场约150km的海面上。总之，航天飞机在上升段开始时是三台主发动机和两台助推器一起工作的，后期只有三台主发动机工作，或者在三台主发动机中任意两台工作。航天飞机控制系统可以利用每台发动机和助推器尾喷管所具有的两轴摆动能力组合成滚动、俯仰、偏航三轴姿态控制。上升段滚动姿态控制如图10．7所示，上升段俯仰和偏航姿态控制如图10．8所示。从这两个图中可以看出，航天飞机控制系统在上升段的执行机构配置具有冗余度。 2．

8、入轨阶段 在主发动机关机后，航天飞机已基本达到了入轨速度，少量不足需要依靠轨道机动发动机提供推力完成最后的入轨飞行。 主发动机关机后两分钟启动两台轨道机动发动机，人工控制提高轨道远地点和近地点高度。根据任务对轨道的要求，约几分钟后第二次人工控制提高轨道远地点和近地点的高度。经过上述轨道机动后，轨道器入轨。 航天飞机入轨后立即开始检测各分系统的工作状态，若检测中出现危及飞行计划的故障和不测事件，即可采取措施予以排除；如须返回，则可开动轨道机动