第7章 宇航科技使人类飞向太空(3)

这主要由以下技术参数决定：

（1）速度与高度

航天器在获得一定速度时（一般要达到第一宇宙速度以下），并达到一定高度（离地面125公里以上）时，开始进入“近地轨道区”绕地球做匀速运动，此时的“轨道”有两种几何形式，一种是圆形轨道，即以地球为中心，航天器的飞行轨迹高度基本不变，是个均值。此时的速度要保持在每秒7.9公里。另一种是椭圆形轨道，即当航天器运行速度大于第一宇宙速度而又小于第二宇宙速度时，就会出现椭圆形轨道。这时，地球处于椭圆的一个焦点上，航天器围绕地球旋转时，它们之间的距离是个变量，离地球最近的一点称“近地点高度”，离地球最远的一点称“远地点高度”。在绕地轨道上运行的航天器，其运行寿命和用途与轨道高度有直接关系。高度高，航天器的空间运行寿命就长些，反之，则寿命短些。如用于照相侦察，则不宜飞得太高，而如用于通信、转播、传输信息，则可运行在高度很高的“定点同步静止轨道”（即：在35786公里高度上作正圆形绕地球轨道飞行，其运行速度和地球自转速度一样。因此好像是静止定点地“挂在地球某地上空”，故称之）。因此，航天器的高度和速度要根据实际来选择。

至于飞出地球运转轨道，已等于或大于第二宇宙速度时的航天器，其高度和速度对轨道的影响，则不是圆与非圆的问题，而是另一种空间轨道的问题了。

（2）运行周期

通常这是专指航天器绕地球运行一圈的时间，其周期长短与轨道高度有关，轨道高，绕圈大，运行时间就长；反之，则短。但周期也不能太短，最短也不能少于84分钟，因为再短就说明轨道高度离地面太近了，低于125公里时，就会使航天器受到微薄空气的阻力而慢慢下降高度，最后掉回地球上来。掌握了航天器运行轨道和运行周期，就可以计算出该航天器经过某地上空的时间和观察视场。

（3）轨道倾角

这是指航天器运行轨道平面与地球赤道平面的夹角。轨道倾角的大小，决定航天器对地球表面覆盖区的大小。倾角越大，覆盖区越大；反之，则越小。航天器的运行轨道分为三种：一是“赤道轨道”，即航天器轨道平面与赤道平面重合，倾角为零，航天器始终在赤道上空绕地飞行；二是“极地轨道”，即航天器轨道平面与赤道平面垂直，倾角为90度，航天器始终飞越地球南北两极；三是“倾斜轨道”，即航天器轨道平面与赤道平面夹角既不为零，也不为90度，而是航天器在这0～90度之间的某一倾角飞行。

航天器运行轨道倾角不同，主要是根据该航天器的功用需要而确定。航天器由地面发射时，倾角越大，所需运载火箭的推力也要相应大些，这是由于航天器上升入轨过程中，能“借用”地球自转的转动惯量大小不同而形成的结果。

（4）常用轨道

根据各种航天器的用途不同，各自选择运行轨道也不同，其中有三种轨道最受欢迎。

一是“地球同步轨道”，又称“静止轨道”。这是“赤道轨道”的一种，属圆形轨道，高度为35786公里，运行周期为23小时56分4秒，与地球自转一周的时间完全相同。航天器在此轨道上处于与地球相对静止状态。这是一条地面跟踪简单，能24小时连续工作，适用于通信、广播电视、气象侦察和军事预警等人造卫星的理想轨道，因此，它成为各国争相使用的一条“空中林荫大道”，纷纷向此大道上发射卫星，大有川流不息，不堪拥挤之感。为防止发生互相碰撞而引起国际纠纷，国际卫星组织机构（有122个国家都参加的）规定，凡向此轨道发射通信卫星，必须事先登记，取得许可证。

二是“极地轨道”，其突出特点是航天器轨迹可覆盖全球，航天器在此轨道上可飞越地球上任何地区，是导航、资源勘察、气象探测等类卫星的常用轨道。

三是“太阳同步轨道”，是“倾斜轨道”的一种，是指航天器运行轨道平面绕地轴的旋转方向和周期，与地球绕太阳的公转方向和周期相同。其突出特点是航天器运行轨道平面与太阳照射方向始终不变。因此，当航天器沿此轨道运行，每次通过同一纬度的地面目标上空时，能保持对同一地方、在同一运行方向上，具有相同的光照条件，这对于空中对比观测，合理部署和充分利用航天器上太阳能电池阵列都有独特优点。一些国家的近地军事侦察卫星、地球资源勘探卫星和军事气象卫星大多数都采用这条轨道。

（5）经济可靠的应变行程

航天器在空间运行过程中的运行轨道，是可以改变的，也就是航天器利用自身携带的推进剂启动自动的动力装置和航天器姿态控制装置改变自身的运行轨道，可以加速，也可掣动减速，还可改变运行方向和姿态角度。改变其运行轨道，这在航天技术的术语中称作“轨道机动”，或称“轨道转移”。

通常，航天器的轨道机动包括改变轨道平面和轨道形状两种情况。即：使航天器轨道平面从一个位置转移到一个新的轨道平面位置继续运行；航天器轨道形状从某一圆度改变为新的圆度。这两种转移可单独进行，也可同步进行。

为了节省航天器在“轨道机动”过程中耗费的能量，70年代以后，人们大量使用“引力跳板技术”。因为这种技术会大大节省航天器探测路程的飞行时间。所以行星际间的航天器轨道机动，除利用自身动力系统外，现在主要“借用”天体自身的引力来改变航天器运行轨道，即所谓“借力机动技术”或称“引力跳板技术”，形成“跳板式轨道”，则是更为重要的太阳系内行星际间航天活动的技术手段了。

3.推上太空的发射与测控技术

航天器依靠运载器的推动发射上天，在空间航行也需人在地面监测和控制。因此，航天发射场地面监控网及其主要技术装备，是现代航天技术中三大支柱之一，是航天系统工程中重要组成部分，是发射和控制运载器与航天器必备的重要条件。

近30多年来，世界航天事业中，航天发射和地面监控技术同运载器技术和航天器技术齐头并进，相辅相成，取得了突飞猛进的发展，保障和促进了整个航天技术的发展。

（1）航天发射场

所谓“发射场”，就是把航天器发射上天的场地。这是运载火箭进入茫茫宇宙之前在地面的最后一个停靠站。它是发射航天器的特定区域，主要包括发射区、测试区、指挥控制中心、综合测试设备（计算中心、航路测控站和测量船）、勤务保障设施（生产液氢、液氧、氮等工厂、各种辅助仓库、通信、气象、水电供应、计量等部分），以及各种行政后勤保障部门等。场区的条件要求很严格，它的场址选择、发射手段、地面指挥控制设备、后勤保障设施等，都是经过精心选择、精心筹措，并要确保准确无误、安全可靠的。

在发射场址选择上，一般要具备以下五个基本条件：一是根据本国地理条件和发射航天器的特殊需要，一般要选在纬度较低的地区，尽可能接近赤道，且人烟稀疏的山区、戈壁或海边，以防发生事故；二是要找适宜气候条件，大气温差尽可能小，包括一年四季温差尽可能冬暖夏凉，昼夜温差也不大，且每天日照时数尽可能长些，每年日照天数多些，保持晴空万里，天高云淡；三是发射上天的运载火箭运行的东南方向上有较多的易于布设测探网的地域或海岛；四是尽可能便于运输的地域，交通线尽可能易于开辟；五是尽可能多功能使用，即军用和民用兼容，既可用来发射航天运载火箭，又可进行导弹武器试验。