长征三号甲运载火箭是三级运载火箭,火箭的一、二、三级发动机就像接力赛跑的一组运动员,通过接力赛,将嫦娥一号探月卫星送入所要求的地球转移轨道。
跑第一棒的是火箭的第一级,它由4台额定推力为740 kN液体火箭发动机,他的任务是克服地球引力和空气阻力的巨大影响,将运载火箭和嫦娥一号卫星推出地球稠密大气层,并获得一定速度。
2007年24日18时05分04秒,长征三号甲运载火在接到点火起飞的指令后,四台发动机同时点火, 12秒钟后,在控制系统的控制下,发动机向一个方向摇摆,火箭开始向发射方向倾斜,起飞70秒后,他已飞上12KM高空,飞行的速度也超过音速。火箭飞行至146秒,一级发动机关机。18时07分32秒,在飞行了148秒后,火箭一、二级成功分离。
紧接着,火箭的第二级发动机点火,开始跑接力赛的第二棒。二级发动机由1台额定推力为742kN的主发动机和4台额定推力为47.1 kN的游动发动机组成,他的任务是继续提高火箭的飞行速度。二级发动机飞行95.3秒,飞行高度已超过120KM。
18时09分07秒,飞行至243秒,火箭已冲出大气层,前面用来保护嫦娥一号探月卫星免受气流冲刷的卫星整流罩,已经完成他的使命,为了减轻重量,使火箭更快加速,控制系统发出卫星整流罩分离指令,将卫星整流罩抛掉。
18时09分34秒,火箭飞行至270秒,二级关机。二级飞行约117.3秒后,二、三级成功分离,三级发动机点火。
接第三棒的是火箭的第三级,它由具有真空二次启动能力的两台氢氧发动机组成,每台推力82.76kN,可作双向摇摆。火箭三级发动机点火后大约341秒,火箭达到了进入预定停泊轨道所需要的速度,他立即关闭两台氢氧发动机。18时15分13秒火箭三级发动机一次关机。此时,火箭已经飞行了10分钟,飞行距离约2270km,飞行高度约200km,速度约每秒7.8公里。星箭结合体进入滑行段,滑行约10分钟后,火箭飞行约6560km,到达赤道上空要求的位置。18时25分53秒,三级火箭发动机二次点火成功,开始为火箭加速。由于第一次点火已消耗了大部分液体推进剂,使火箭自重轻了很多,更有利于三级火箭加速冲刺。在火箭发射点火后至1373秒,三级发动机二次关机,经过末速修正,火箭到达预定轨道,开始调姿。
18时29分37秒,火箭飞行至1473秒,控制系统发出卫星与运载火箭分离指令,嫦娥一号卫星与长征三号甲运载火箭成功分离。此时长征三号甲运载火箭已按要求将嫦娥一号卫星送入近地点200公里、远地点51000公里的超地球同步转移轨道。前后历时约24分钟,飞行距离超过8500公里,卫星飞行高度约320KM,飞行速度每秒约10.32公里。
至此,长征三号甲运载火箭圆满完成嫦娥一号卫星的发射任务,“嫦娥奔月”迈出了万里长征的第一步。
什么是发射窗口?
发射窗口是指运载火箭发射比较合适的一个时间范围(即允许运载火箭发射的时间范围)。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。
其实,对运载火箭本身来说,没有太严格的发射窗口限制,什么时间发射都可以。由于每个航天器承担的任务不同,航天器上安装的仪器、设备使用要求不同,它们对发射窗口提出了种种要求和限制条件,而这些要求有时又互相矛盾。另外,卫星轨道精度的要求和目标天体与地球相对位置的要求等,也要求精心选择发射窗口。例如,在向月球、行星和其他星体发射探测器时,必须在地球与被探测的目标天体处在一个有利的相对位置时来发射。
总之,发射窗口是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的。由于太阳、地球和其他星体的相对位置在不断变化,即使发射同一类型、同一轨道的航天器,其发射窗口也是不固定的。明白了这个道理,人们就不会奇怪,航天器的发射有时在早晨、有时在傍晚、有时在白天、有时在夜里。
一旦由于运载火箭临时出现故障,或由于天气等其他原因,不能按时发射而错过了发射窗口时,则只能等待下一个发射窗口。有的航天器发射,一天之内不止一个窗口,有的只有等几天或更长时间再发射。
三、人造卫星及卫星应用
航天器分为无人航天器和载人航天器。无人航天器按是否环绕地球运行分为人造地球卫星和空间探测器。通常,航天器分为人造地球卫星、空间探测器和载人航天器,它们按用途和飞行方式还可进一步分类。
人造地球卫星简称人造卫星,是数量最多的航天器,约占航天器总数的90%以上。它按用途分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。科学卫星用于科学探测和研究,主要包括空间物理探测卫星和天文卫星等。技术试验卫星用于卫星工程技术和空间应用技术的原理性和工程性试验。许多航天新技术、新原理、新方案、新设备和新材料,通常需要在太空上进行试验,成功后才能投入使用。应用卫星是直接为国民经济和军事服务的人造卫星。应用卫星按用途分为通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星和多用途卫星等。应用卫星按是否专门用于军事又可分为军用卫星和民用卫星,有许多应用卫星是军民兼用的。
近50年来,我国各类人造卫星和载人飞船广泛应用于经济建设、科技发展、国防建设和社会进步等方面,为增强国家经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力发挥重要作用。
1.科学探测与技术试验卫星系列。1970年4月24日,中国第一颗人造地球卫星——东方红一号在酒泉卫星发射中心发射成功,拉开了中国航天活动的序幕。自此,中国成为继苏联、美国、法国和日本之后世界上第五个能自行研制发射人造卫星的国家。东方红一号卫星在跟踪测轨技术、信号传送方式和热控制技术等方面优于苏联、美国、法国和日本的第一颗人造卫星,卫星重量相当于四个国家第一颗卫星之和。
1971年3月,中国成功发射了实践一号科学技术试验卫星,卫星在太空正常运行8年多,远远超过要求的寿命,这在20世纪60年代国外研制的卫星中是少有的。至今,中国共发射成功了10颗科学技术试验类卫星,包括1981年9月用1枚运载火箭同时发射的实践二号 、实践二号甲、实践二号乙3颗科学试验卫星,1994年2月成功发射的实践四号卫星,1999年5月和2004年9月成功发射的实践五号和实践六号小卫星,2003年12月和2004年7月先后发射成功的探测一号和探测二号小卫星,这些卫星在空间环境探测、空间科学试验以及新技术试验等方面,发挥了积极的作用。