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航天技術的發展為天文觀測提供了新的手段。運行在近地軌道的哈勃、斯必澤等太空望遠鏡突破了大氣層的阻擋,使天文學家們能夠“原汁原味”地觀測到天體在各個波段發射的信號,而遠赴太陽係邊緣、冥王星軌道的“旅行者”號飛船和“新視野”號飛船,則給天文學家們近距離觀測太陽係行星的機會。近日,中國航天科技集團十一院研究員周偉江透露,我國的火星探測器計劃於2020年發射,目前已完成氣動外形設計,以及氣動力、氣動熱設計工作。
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深空航天器:窗口有時百年一遇
對(dui)發(fa)射(she)窗(chuang)口(kou)要(yao)求(qiu)最(zui)為(wei)苛(ke)刻(ke)的(de),要(yao)屬(shu)飛(fei)往(wang)火(huo)星(xing)甚(shen)至(zhi)更(geng)遠(yuan)太(tai)空(kong)的(de)航(hang)天(tian)器(qi)。受(shou)目(mu)前(qian)人(ren)類(lei)航(hang)天(tian)技(ji)術(shu)的(de)限(xian)製(zhi),這(zhe)類(lei)航(hang)天(tian)器(qi)一(yi)般(ban)要(yao)選(xuan)擇(ze)比(bi)較(jiao)節(jie)省(sheng)燃(ran)料(liao)和(he)推(tui)力(li)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)太(tai)空(kong)中(zhong)轉(zhuan)移(yi),無(wu)法(fa)像(xiang)一(yi)般(ban)人(ren)想(xiang)象(xiang)的(de)那(na)樣(yang)可(ke)以(yi)在(zai)失(shi)重(zhong)的(de)太(tai)空(kong)中(zhong)自(zi)由(you)飛(fei)翔(xiang)。
以目前開展最多的火星探測為例,要從地球上去往火星,必須通過一條叫做“霍曼轉移軌道”的de橢tuo圓yuan形xing軌gui道dao飛fei行xing。航hang天tian器qi發fa射she升sheng空kong後hou,先xian在zai地di球qiu附fu近jin加jia速su,進jin入ru霍huo曼man轉zhuan移yi軌gui道dao,再zai在zai火huo星xing附fu近jin減jian速su,被bei火huo星xing捕bu獲huo。深shen空kong航hang天tian器qi通tong過guo霍huo曼man轉zhuan移yi軌gui道dao從cong地di球qiu到dao火huo星xing軌gui道dao的de飛fei行xing時shi間jian是shi固gu定ding不bu變bian的de,因yin此ci航hang天tian器qi發fa射she時shi,火huo星xing和he地di球qiu的de相xiang對dui位wei置zhi必bi須xu要yao使shi航hang天tian器qi到dao達da轉zhuan移yi軌gui道dao的de遠yuan日ri點dian時shi,火huo星xing剛gang好hao在zai那na裏li“等待”航天器的到來。這樣的發射時機,大約每26個月才會出現一次。錯過之後,就必須等待下一次發射窗口。
對dui於yu一yi些xie更geng為wei複fu雜za的de航hang天tian飛fei行xing,為wei了le節jie省sheng燃ran料liao,需xu要yao借jie助zhu大da行xing星xing等deng天tian體ti的de引yin力li作zuo用yong,為wei飛fei行xing器qi加jia速su。這zhe種zhong飛fei行xing被bei稱cheng作zuo借jie力li飛fei行xing。借jie力li飛fei行xing對dui其qi他ta行xing星xing位wei置zhi的de要yao求qiu更geng加jia苛ke刻ke,因yin此ci發fa射she窗chuang口kou之zhi間jian的de間jian隔ge就jiu更geng長chang。例li如ru,美mei國guo“旅行者”號計劃的實施,源於一位工程師發現上世紀七十年代土星、木星、天(tian)王(wang)星(xing)和(he)海(hai)王(wang)星(xing)的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi),使(shi)得(de)一(yi)艘(sou)從(cong)地(di)球(qiu)發(fa)射(she)的(de)探(tan)測(ce)器(qi)能(neng)夠(gou)在(zai)各(ge)個(ge)行(xing)星(xing)附(fu)近(jin)進(jin)行(xing)連(lian)續(xu)的(de)借(jie)力(li)飛(fei)行(xing),探(tan)索(suo)火(huo)星(xing)軌(gui)道(dao)之(zhi)外(wai)所(suo)有(you)的(de)太(tai)陽(yang)係(xi)大(da)行(xing)星(xing)。而(er)同(tong)樣(yang)的(de)探(tan)測(ce)良(liang)機(ji)再(zai)次(ci)出(chu)現(xian),要(yao)等(deng)到(dao)176年之後了。
地球附近的飛行器:根據任務定窗口
為了節省因為變軌而消耗的燃料,航天部門一般希望近地軌道飛行器由火箭發射入軌後,就能在那個軌道上較好地執行任務。資源衛星、照相偵察衛星、中zhong軌gui道dao氣qi象xiang衛wei星xing等deng,一yi般ban要yao求qiu衛wei星xing飛fei到dao探tan測ce目mu標biao上shang空kong時shi,目mu標biao恰qia好hao處chu於yu較jiao好hao的de光guang照zhao條tiao件jian中zhong。這zhe樣yang,才cai能neng得de到dao質zhi量liang比bi較jiao高gao的de觀guan測ce數shu據ju。所suo以yi,這zhe些xie衛wei星xing的de發fa射she窗chuang口kou也ye是shi根gen據ju衛wei星xing“路過”目標區域的時間倒推出來的,以此來保證衛星對目標區域實施有效覆蓋。
fashediqiutongbuguidaoweixingshi,youyuweixingyaozaijindiguidaohediqiutongbuguidaojiandezhuanyiguidaoshanghuaxingjiaochangshijian,erzhuanyiguidaoyuandidianjinxingdebianguicaozuoyibanxiwangzaibaitianjinxing,yimanzuweixinggongzuoduitaiyangjiaoheridizhangjiaodeyaoqiu。anzhaoweixingzaizhuanyiguidaoshangdefeixingshijianfantuihou,dedaodefashechuangkouyibanzaiyejian,fashechuangkoudekuanduzai1xiaoshizuoyou,cuoguohoujiuyaodengdaidiertian。zaifashetanyuefeichuanshi,zaifeixingguochengzhongyaozhixingjicifuzadebianguicaozuo。zaiciqijian,feichuanbixuchuyudimianzhandeyouxiaocekongfanweinei,laibaozhengbianguidejingquewancheng,zheyeduifashechuangkoudexuanzezuochulexianzhi。
載人航天交會對接:零窗口發射最精確
神舟八號、天tian舟zhou一yi號hao等deng為wei載zai人ren航hang天tian服fu務wu的de飛fei行xing器qi,在zai發fa射she時shi都dou實shi現xian了le零ling窗chuang口kou發fa射she。所suo謂wei零ling窗chuang口kou,是shi指zhi根gen據ju計ji算suan好hao的de發fa射she時shi間jian,分fen秒miao不bu差cha地di將jiang飛fei船chuan發fa射she到dao太tai空kong中zhong去qu,而er不bu像xiang其qi他ta發fa射she那na樣yang,在zai一yi段duan或huo長chang或huo短duan的de時shi間jian內nei均jun可ke發fa射she。這zhe些xie飛fei船chuan發fa射she到dao太tai空kong中zhong後hou,要yao與yu天tian宮gong一yi號hao、二號等飛行器實現交會對接。
要(yao)使(shi)兩(liang)個(ge)在(zai)太(tai)空(kong)中(zhong)高(gao)速(su)飛(fei)行(xing)的(de)航(hang)天(tian)器(qi)準(zhun)確(que)相(xiang)遇(yu),又(you)不(bu)在(zai)中(zhong)途(tu)耗(hao)費(fei)過(guo)多(duo)燃(ran)料(liao)修(xiu)正(zheng)軌(gui)道(dao),就(jiu)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)零(ling)窗(chuang)口(kou)發(fa)射(she)這(zhe)種(zhong)極(ji)其(qi)精(jing)確(que)的(de)發(fa)射(she)方(fang)式(shi)。零(ling)窗(chuang)口(kou)發(fa)射(she)並(bing)非(fei)時(shi)間(jian)一(yi)到(dao)就(jiu)按(an)動(dong)發(fa)射(she)按(an)鈕(niu)那(na)麼(me)簡(jian)單(dan)。由(you)於(yu)火(huo)箭(jian)在(zai)起(qi)飛(fei)前(qian)要(yao)進(jin)行(xing)加(jia)注(zhu)燃(ran)料(liao)、huojianzhuangtaijianzhadenggongzuo,cunzaixiexubuzhengchangxianxiangjiuyaopaichuyichang。xiangchangzhengqihaozhezhongshiyongdiwenranliaodexinxinghuojian,ranliaobunengtaizaojiazhujinhuojian,yingbianyichangqingkuangdeyudigengxiao,lingchuangkoufashedenanduyejiugengdale。jicilingchuangkoufashedechenggong,zaiyidingchengdushangtixianlewoguohangtianjishudefazhan。

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