Spacex这次任务首次让人类从极地视角探索地球。之所以人类此前所有载人任务均未在极地轨道运行是因为发射成本问题。
大家可能都知道绝大多数航天发射场靠近赤道附近,比如咱们国家海南的文昌发射中心,美国的佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心(这也是这次Spacex任务的发射地)。
这是因为在低倾角发射时,火箭可以借助地球自转的速度,从而减少燃料消耗。地球显然赤道地区的线速度最大,可以达到向东约 1670 km/h,这也就是赤道附近火箭的初始速度,所以火箭多在此基础上向东发射并加速。
火箭发射轨迹
但是如果想进入极地轨道,就无法充分利用地球的自转,而且还需要额外的燃料来调整航向,发射成本大大增加。而且,极地轨道的发射需要需要向北飞越美国本土或向南飞越南美洲,会让火箭飞越更多人口稠密地区,安全风险会增加。尽管如此,此次spacex选择极地轨道,也是对其运载能力的一个进一步的证明。
看下这个发射的预计时间表吧[1]。
第一阶段,发射前准备
发射前45分钟,确保火箭及地面设施一切正常,准许开始燃料加注。
发射前42分钟,宇航员通道臂收回,确保不会影响火箭起飞。
发射前39分钟,龙飞船启动逃生系统,如果发射出现紧急情况,逃生系统可自动弹射飞船。
发射前35分钟,一级推进剂加注火箭级煤油RP-1开始加注,一级液氧LOX开始加注
发射前16分钟,二级液氧(LOX)开始加注
发射前7分钟,猎鹰9号提前冷却发动机,防止极端温度变化损坏硬件
发射前5分钟,龙飞船切换到内部电源,不再依赖地面电力系统,完全自主运行
发射前1分钟,飞行计算机进入最终检查阶段,同时推进剂箱增压至飞行压力,以确保发动机点火时产生足够推力。
发射前45秒,发射总监最终确认发射许可
发射前3秒,发动机控制器启动点火指令,九台发动机依次点燃,提供超过760吨推力,推动火箭加速上升。
猎鹰 9 号计划于 3 月 31 日星期一发射 龙飞船
第二阶段,发射与火箭上升阶段
发射后1分钟,火箭达到最大空气动力压力Max Q,这个空气动力压力正比于大气密度乘以火箭速度的平方,大气密度随着高度上升逐渐减少,速度随着时间推移迅速上升,在一分钟后,通常在 10-15 公里之间,最大空气动力压达到最大,这也是火箭结构承受的最大机械应力点。挑战者号就是在 Max Q 附近解体的,主要原因是固体助推器 O 形环密封失效,导致燃烧气体泄漏引起爆炸。
发射后2分30秒,一级火箭的9台发动机关闭,准备进行分离
发射后2分35秒, 一级火箭与二级火箭断开,一级火箭开始返回地球,二级火箭继续前往轨道。
发射后2分40秒,二级发动机点火,推动龙飞船进入目标轨道
发射后3分钟,使用冷气体推进器翻转一级火箭,使其逆向朝向返回方向。
第三阶段,一级火箭返回
发射后6分30秒,3台梅林发动机重新点燃,降低火箭速度,以减少大气层摩擦造成的过热
发射后7分钟,网格翼展开,通过气动控制火箭方向,使其瞄准降落点
发射后8分30秒,中央发动机点火,控制降落速度
第四阶段, 二级火箭与龙飞船进入轨道
发射后9分钟,二级发动机关闭,确保龙飞船进入预定极地轨道
发射后12分钟,龙飞船与二级火箭分离,龙飞船成功进入轨道,极地轨道任务开始
可以参考上面的时间表,观看到时候的发射直播,链接。
最后谈下这个极地轨道的意义。普通的轨道都覆盖在中低纬度地区,所以轨道对地球的覆盖是不完全的,但极地轨道允许航天器覆盖地球的每个角落,包括极地地区。因为地球自转,极地轨道上的航天器每次飞过不同的经度,因此可以在多个轨道周期内扫描整个地球。这对于全球气候监测,环境监测,军事情报收集等都有帮助,比如研究南极和北极冰盖融化情况,比如全球变暖的影响评估等等。
另外,极地轨道的航天器可以直接飞越地球磁场的极点区域,这里太阳风,磁暴,极光活动明显,是研究太阳风和地磁活动的好地方。 |
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