yoyobear1988
本文由北京宇航系统工程研究所的李平岐 陈海鹏 洪刚 朱永泉 王建明等共同编撰,发表于《国际太空2017年09期》,以下为文章内容:
对于载人登火任务,若采用常规的化学推进技术,地球出发规模达到1400t,而采用核热推进技术后,地球出发规模可降低至800t。核热推进技术以其高比冲、大推力的独特性能,具有化学推进火箭无法比拟的深空探测优势。
前期火星探测任务表明,火星上具备生命存在的某些必备条件,尤其是水的发现,极大地激发了人类在火星上寻找生命的热情,成为近年来国际深空探测的热点。核热推进技术以其高比冲、大推力的独特性能,具有化学推进技术无法比拟的深空探测优势。而且随着核动力技术的逐步发展,核能源安全问题可以得到可靠解决。为了确保我国在未来深空探测领域能够发挥更大作用,发展核热推进技术具有重大意义。
本文以载人登火任务为背景,对核热推进运载器的总体方案进行了初步研究,对核热推进运载器的总体性能、设计特点以及关键技术进行了初步分析和梳理。
随着人类对火星的了解越来越多,美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局都已开始进行移民火星的科学研究,有望在21世纪30年代中期实现人类登陆火星的梦想。其中,美国国家航空航天局早在1988年就已经开始了载人火星探测的方案研究,并形成了载人登陆火星的“火星参考任务”(DRM)系列方案。
美国《载人火星 探索 设计参考体系5.0》(Mars DRA5.0),基本确立了“重型运载火箭+核动力末级”的总体方案,其基本方案为采用7发重型火箭将核热推进级、载人/货运有效载荷送至近地轨道,之后在近地轨道分别对接成2发货运火箭和1发载人火箭,由核热推进运送至火星并返回地球。早期,美国载人火星探测方案曾提到过利用传统化学推进系统进行载人登火,地球出发规模高达1400t。核热推进系统的结构与化学火箭发动机类似,推力也大致相当,但比冲提高到900 950s左右,地球出发规模得以降低到800t。Mars DRA5.0方案总体上采取“人货分运、物先人后”的原则。
美国Mars DRA5.0载人登火方案
参考美国Mars DRA5.0方案,我国也开展了初步的载人登火任务规划,按照地球出发规模700 800t考虑,共进行7 8次发射,在近地轨道进行5次对接。
1)由重型运载火箭1将核热推进奔火变轨级1送入近地轨道;
2)由重型运载火箭2将核热推进奔火变轨级2送入近地轨道;
3)由重型运载火箭3将轨道舱1(火星着陆下降器和上升器)送入近地轨道;
4)由重型运载火箭4将轨道舱2(火星表面生活舱和火星车)送入近地轨道;
5)由重型运载火箭5将核热推进奔火变轨级3送入近地轨道;
6)由重型运载火箭6将液氢贮箱送入近地轨道;
7)由重型运载火箭7将载人摆渡航天器(含飞船2)送入近地轨道;
8)由载人火箭将载人飞船1送入近地轨道。
将核热推进奔火变轨级1和轨道舱1在近地轨道对接,由核热推进奔火变轨级1将轨道舱1送入奔火轨道,轨道舱1与奔火变轨级1分离,之后由轨道舱1制动、气动减速将下降器和上升器送入环火轨道,下降器和上升器着陆火星表面;将核热推进奔火变轨级2和轨道舱2在近地轨道对接,由核热推进奔火变轨级2将轨道舱2送入奔火轨道,轨道舱2与奔火变轨级2分离,之后由轨道舱2制动、气动减速将火星表面生活舱和火星车送入环火轨道,等待后续入轨的载人飞船;将热推进奔火变轨级3、液氢贮箱、载人摆渡航天器和载人飞船1依次在近地轨道对接,航天员由载人飞船进入摆渡飞行器,由核热奔火变轨级3(和液氢贮箱)将载人摆渡航天器和载人飞船送入奔火轨道、环火轨道。载人摆渡飞行器和先入轨的火星表面生活舱在环火轨道对接,生活舱与摆渡飞行器其他部分分离,之后生活舱和飞船2降落在火星表面。
完成使命后,航天员通过火星上升级和飞船2进入火星轨道,并与载人摆渡航天器其他部分和载人飞船1进行交会对接。返回地球之前,航天员进入载人飞船1,与摆渡航天器分离,直接再入地球。
核热推进动力系统主要包括核热发动机和增压输送系统两部分组成。目前,国内核热发动机还处于概念设计阶段,核热发动机在原理上与以液氢为工质的膨胀循环发动机类似,不同的是将氢氧燃烧室替换成核反应堆。液氢推进剂从贮箱出来经泵增压后首先进入发动机冷却夹套冷却推力室后气化,之后分为两路:一路直接进入推力室,另一路吹动涡轮后进入推力室。进入推力室的氢气经核反应堆加热之后,变成高温高压气体经喷管高速喷出,形成推力。
核热发动机概念原理图
(1)核热发动机比冲
发动机比冲正比于推进介质温度的开方,反比于分子量的开方。由于材料及传热的限制,燃烧室温度一般不会超过3000 4000K,因此降低分子量是提高比冲的有效途径。
化学燃烧产物的分子量一般都超过10,而核热发动机可以直接将低分子量介质加热至高温,从而产生高比冲。目前而言,核热发动机最好的工作介质是液氢,既有良好的冷却和膨胀做功能力,又是分子量最小的单质。为最大化提高介质温度,核燃料棒技术水平对比冲性能起着决定性作用,是核热发动机最为核心的关键技术,也是我国在核热发动机领域与国外差距较大的技术。
目前,俄罗斯在该领域处于最高水平,其三元碳化物技术可将氢加热到2800K以上,从而实现发动机比冲超过900s。在发动机面积比为300和喷管效率为0.96的情况下,随着氢加热温度的提高,比冲相应发生变化。
(2)核热发动机推质比
核热发动机由于有核反应堆及相关屏蔽层的存在,推质比低于常规的液体火箭发动机,但远大于电推进发动机,美国核热发动机推质比设计值最高达到4.8,一般取在3 4之间。核热发动机推质比取决于与核相关的组件,如反应堆、反射层、屏蔽层、控制机构等,与常规低温发动机相关组件,如推力室、喷管、涡轮泵等质量仅占10%左右。
对于核热发动机的反应堆,构成部分主要由堆芯(含燃料和慢化剂等)、反射层、反应性控制系统、屏蔽以及其他堆内构件组成。
以美国载人登陆火星用的核热发动机反应堆为例,经估算,核反应堆的总质量约3422kg,而发动机推力约111.2kN,推质比为3.314。再综合考虑发动机喷管、涡轮泵以及推进剂输送管等,实际工程应用中核热发动机推质比在3左右。
(3)核热发动机起动、关机性能
常规火箭发动机的能量来源于推进剂的化学反应,其加速累积和减速释放的过程与推进剂的供应量直接关联,因此可以实现比较快速的起动和关机。
而核热发动机采用核反应堆作为能量来源,其起动关机过程很大程度上取决于反应堆的工作需求和特性,特别是核反应堆在停堆过程中,部分产物的辐射效应还会持续较长时间,需要持续予以冷却。
通过分析美国的核热发动机研制经验,核热火箭发动机的起动关机过程与常规火箭发动机有一定的差异,尤其是在发动机关机后还要维持一个较长时间的冷停堆过程。
对34吨级月球摆渡用核热发动机的起动和关机特性进行了初步分析,该发动机以美国“运载火箭用核发动机”(NERVA)计划研制发展的NRX系列发动机为原型,设计总温2361K,设计室压3.1MPa,真空比冲822s,设计推力下流量为41.7kg/s。
1)起动过程。核热火箭发动机的起动过程与常规低温火箭发动机有点类似,但时间要长得多。
起动第一阶段,液氢在贮箱压力作用下流经涡轮泵、推力室、反应堆等,反应堆处于较低功率,该过程大约需要25s,主要作用是将发动机充分预冷,并将反应堆预热。
第二阶段发动机开始加速起动,温度达到额定工况,推力达到额定推力的60%,历时约22.7s;
第三阶段是在总温保持不变的情况下,室压增大至额定工况,推力达到100%,历时约3.6s。总体来看,核热发动机起动过程历时约52s,扣除发动机预冷时间,也需要约27s,起动过程的平均比冲大约只有600s。
2)关机过程。核热发动机的关机过程基本是起动过程的逆过程,但耗时要更长一些。首先,发动机要先降功率至60%工况。这一过程发动机总温保持不变,室压降低,历时约3.6s,此过程发动机比冲不变;而后,发动机在这一状态维持1 3min,主要目的是降低后续冷停堆过程中废热的产生量,以节省推进剂消耗;然后,发动机总温、推力再继续下降到发动机关机,还需要维持一个长时间小流量冷却的废热排放阶段。该34吨级核热发动机的整个关机过程历时约350s。整个关机过程中,发动机平均比冲约为600s。
核热发动机与常规发动机最大的不同就在于发动机关机后还存在一个废热排放的阶段,这主要是由于反应堆停堆后,一些反应产物仍然具有很强的放射性,会释放出废热。以34吨级月球摆渡用核热发动机为例,该过程持续约64h,推力约为134N,比冲约400s,由于持续时间较长,这一过程中液氢消耗需要考虑,同时,这一过程的冷却氢可设计用于发电,为整个飞行器提供一定的电力来源。
核反应堆在运行时将放出γ射线和大量的中子,这些射线和中子将对航天器上的电子元器件和航天员产生危害,因此需要加以屏蔽,将其辐射水平降到许可值以下。对于空间应用的反应堆,由于体积质量的限制较严格,其电子元器件和航天员处于相对集中的位置,可采用阴影屏蔽的方式,将辐射水平保持在较低水平。
对于使用核动力的航天器,一般设计成细长形结构,即仪表舱、人员舱位于一端,核反应堆位于另一端,两端之间为液氢贮箱。
由于中子及γ射线的直线运动特定,且需屏蔽的位置相对集中,需要将屏蔽的区域放在屏蔽块的阴影区。
辐射屏蔽布置示意图
参考大亚湾和秦山核电站大修制定的防护指标,集体剂量不超过600(人·mSv),个人最大剂量不超过15mSv,考虑到核热推进末级受体积质量的限制,其辐射水平可能会略高,假设核热推进系统辐射安全区的允许泄露值小于每天20mSv,此数值已大大超出大亚湾和秦山核电站大修时制订的辐射防护指标要求。
按照火星探测任务周期为3年考虑,并假设上述辐射被火箭电气产品全部吸收,则整个任务周期累计吸收剂量为21.9J/kg,在目前的产品水平下,非抗辐射半导体元器件可以承受不小于100J/kg的电离辐射剂量。
可见,火箭电气产品受到的辐射剂量要小于元器件的承受能力,核热推进对电气系统方案并不产生本质影响,但是核热发动机必须具备基本的辐射屏蔽能力,将对外辐射控制到一个可接受的范围内。
对于深空探测任务,复杂的深空辐射环境是航天器面临的主要环境,暴露在地磁层之外的深空环境中充满了高能量的混合空间辐射。
采用核热推进的航天器布置图
根据航天器在深空的飞行阶段可将深空环境分为三部分:
一是从地球飞往其他星球旅途中的空间辐射环境,其主要辐射源是太阳粒子事件和银河宇宙射线;
二是航天器降落星体过程中的空间辐射环境,其主要辐射源为星体磁场俘获的太阳宇宙射线和银河宇宙射线粒子;
三是航天器所降落的星体表面的辐射环境,主要是星体吸收宇宙辐射后所发生的二次辐射。
深空辐射环境引起的危害主要是辐射损伤和单粒子事件,深空辐射环境中充满的高能电子、质子和少量的重离子与航天器材料作用,将引起航天器材料的性能损伤与破坏,其中高能电子对航天器材料产生电离作用、高能质子和重离子对航天器材料产生电离作用和位移作用。
在进行深空探测航天器电气系统设计时,要考虑光热辐射引起的单粒子事件造成计算错误,或改变存储器中的数值等风险,软件设计时需考虑这种情况,采用计算冗余、错误校验等方法进行检测判别,确保箭机计算的正确性。
核热推进上面级的工作环境在大气层以外,不会受到气动载荷的作用,因此其结构方案设计可以不受气动外形限制。以俄罗斯发布的核热动力运载器的概念图为例,运载器的主体承载结构以杆系为主,以此来提高运载器结构效率。而且由于没有整流罩空间的限制,有效载荷结构形式的灵活性更大、空间分布方案更多。
核热推进系统只需要液氢一种工质,因此只需要液氢一种贮箱,不需要另外设置氧化剂贮箱,在结构设计上的约束更少,可以更好地进行结构方案的优化。
但是采用核热发动机后,相比常规发动机将承受更恶劣的高温环境条件,这就需要在结构设计过程中全面考虑发动机附近结构、仪器和电缆等的热防护需求,保证各系统、单机的正常工作。
而且与常规发动机相比,核热发动机结构更加笨重,这就需要增大发动机部分,尤其是反应堆周围的结构强度,同时保证发动机各部件的密封性。
俄罗斯核热动力运载器概念图
参考美国Mars DRA5.0方案,提出了与美国类似的载人登火初步方案,地球总出发规模约700 ~ 800t,分三次完成地火转移,单次地球出发规模约300吨级。通过分析从停泊轨道分别加速至地球出发能量C3e为8或20km2/s'时的发射效率、工作时间、引力损失以及入轨质量,给出核热推进末级的推力规模以及核热发动机的总体参数建议。
假设停泊轨道为高度200km的近地圆轨道,核.热发动机推质比取3、比冲取905s,考虑引力损失影响,不同推力规模情况下,对核热推进运载器的发射效率情况进行分析,其中,发射效率指扣除核热发动机干重的入轨质量(进入地火转移轨道)与停泊轨道出发质量的比。可以看出,当过载在0.13~0.16之间时,其发射效率最高。
在发射效率已经考虑了不同过载的情况下,变轨时间不同带来引力损失影响,具体影响为过载越小,工作时间越长,引力损失越大,但发动机干重较小。按照单次地火转移的出发规模300t考虑,核热推进剂运载器的推力应该在45t左右最佳,结合美国、俄罗斯核热发动机研究情况,建议核热发动机推力按照15t考虑,核热推进运载器按照3机并联。
地球转移发射效率随过载变化情况
核热推进技术以其大推力、高比冲等特点在未来深空探测任务中具有无可比拟的优势,但也应看到,目前距离核热技术的工程应用还有很长的路要走,还需要攻克很多的技术难题。根据目前的基于核热推进的载人登火任务分析,核热推进运载器从地球出发到达火星需要约180天,在火星停留- -段时间后(一个星期至一年半时间不等),核热发动机再点火返回地球,因此推进剂长期贮存时间应至少为半年时间,这对现有液氢长期储存技术的挑战极大。
另外,核热发动机推力高温气氢比热(总温2500K时约为20000kJ/kg K)要远高于传统氢氧发动机的高温燃气比热( 燃气总温3400K,燃气比热3000kJ/kg K左右),导致壁面热流密度高于传统发动机,从而给冷却带来极大困难。
因此,要实现核热推进在载人登火任务中的应用,需重点解决核热反应堆小型化、核热发动机推力室冷却、推进剂长期贮存等重大技术难题。
已然晕菜
航空航天是一个充满活力和发展潜力的领域,它涉及到人类探索和征服天空和宇宙的梦想。在航空航天领域中,有许多方向值得关注和研究,以下是其中几个方向:1. 航空工程:航空工程是航空航天领域中最基础的方向之一,它涉及到飞行器的设计、制造和测试。在这个领域,研究者可以探索新的材料、新的制造技术和新的设计理念,以改进现有的飞行器和开发更先进的飞行器。2. 空间技术:空间技术是研究如何将人类送入太空和探索太空的方向。在这个领域,研究者可以探索新的火箭技术、新的卫星技术和新的太空探测器,以提高人类探索太空的能力。3. 航空安全:航空安全是航空航天领域中非常重要的方向之一,它涉及到如何保障飞行器和乘客的安全。在这个领域,研究者可以探索新的安全技术、新的飞行员培训方法和新的飞行器维护技术,以提高航空安全水平。4. 航空交通管理:航空交通管理是航空航天领域中涉及到航班调度、空中交通管制、航空通讯等方面的研究。在这个领域,研究者可以探索新的空中交通管制技术、新的飞行计划和航班调度方法,以提高航空交通的效率和安全性。总之,航空航天领域中有许多方向值得关注和研究,每个方向都有其独特的挑战和机遇。如果你对航空航天领域感兴趣,可以根据自己的兴趣和特长选择一个适合自己的方向进行深入研究。
会飞的小马123
我的航天技术论文在过去半年中,接连发生了两起重大航天灾难。尽管人们备感痛惜,但这些挫折并不能阻挡人类进军宇宙的步伐。 既然航天活动风险如此之大,为什么人类依然不放弃进军宇宙的梦想呢?从长期看,地球的资源是有限的,人类总有一天必须走出自己的摇篮;从中短期看,航天活动可带来巨大回报,是一个国家综合国力的体现。进军宇宙是人类现在和未来的一项伟大事业。于是,载人航天成为现代航天科技发展的重中之重……中国载人航天技术的发展及其意义和前景俗话说,天高任鸟飞,海阔凭鱼跃。人类在漫长的社会进步中不断扩展自身的生存空间。现在,人类的活动范围已经历了从陆地到海洋,从海洋到大气层空间,再从大气层空间到太空的逐步发展过程。人类活动范围的每一次扩展都是一次伟大的飞跃。中国载人航天技术的发展历程很久以前,人类就有飞出地球、探知太空奥秘和开发宇宙资源的愿望,我国古代的不少神话故事便是突出的反映。最典型的是流传很广的嫦娥奔月,它描写一个叫嫦娥的美女,偷吃了丈夫后羿从西王母那里求得的长生不老的仙药后,身体变轻飘到月亮上去了。历史上第一个试验乘火箭上天的人是15世纪中国官员万户。1945年,美国学者基姆在他的《火箭与喷气发动机》一书中是这样描写的:万户先做了两个大风筝,并排装在一把椅子的两边。然后,他在椅子下面捆绑了47支当时能买到的最大火箭。准备完毕后,万户坐在椅子当中,然后命其仆人点燃火箭。但是,随着一声巨响,他消失在火焰和烟雾中,人类首次火箭飞行尝试没有成功。20世纪80年代,改革开放带来了航天技术的春天。1986年,中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划("863"计划)纲要》,把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。"863"高技术航天领域的专家们对我国航天技术未来的发展进行了深入细致的论证,描绘了我国航天技术发展前景的蓝图,一致认为载人航天是我国继人造卫星工程之后合乎逻辑的下一步发展目标。1992年1月,党中央批准研制载人飞船工程。自此,我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日,我国成功发射了自行研制的第一艘飞船神舟1号,成为世界上第三个发射宇宙飞船的国家。此后,又分别把神舟2、3和4号送上九重天。在1992年开始研制载人飞船之前,我国"863"高技术航天领域的专家们曾为研制哪种运输器这个问题进行了几年的研究,即对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析,甚至还激烈地争论过。2003年10月15日圆了万户的梦,因为在这一天中国人民期待已久的第一艘载人飞船神舟5号顺利升空并安全返回,实现了中华千年飞天的理想。它也打破了美国和苏联.俄罗斯在这一领域的多年垄断格局,成为世界第3个独立自主研制并发射载人航天器的国家,这对世界载人航天事业的发展和振兴中华会起到巨大的推动作用。载人航天的重大意义历史上,远洋航海技术的兴起,导致了世界贸易的发展、世界市场的开辟和近代科学的一系列成就,开始了一个"全球文明"的时代。当代载人航天技术的问世,则使人类走出地球这一摇篮而到达太空,开始了一个"空间文明"的新时代。载人航天是航天技术向更高阶段的发展。不过,由于载人航天技术与无人航天技术有很大差别,主要反映在安全性、复杂性和成本高三个方面,所以从1961年第一名航天员上天到现在,它还没有表现出特别明显的用途。但从可以预见的未来来看,人类现在面临的资源枯竭、人口急增等急待解决的几大问题,只有通过开放地球、扩大人类生存空间来解决。即使在当代,发展载人航天也可以起到以下作用:首先,它能体现一个国家综合国力和提升国际威望。因为航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展,载人航天的突破--用本国的载人航天器将航天员送入太空并安全返回,更是一个国家综合国力强大的标志。发展载人航天需要依靠先进的技术水平、发达的工业基础和雄厚的经济实力。迄今为止,只有俄罗斯和美国实现了载人航天。其他拥有一定航天技术基础或较强经济实力的国家,虽欲染指载人航天,但因力不从心,所以只能求助于与他们合作,出钱出资,用俄、美的载人航天器将本国航天员送上太空,以图逐步加入世界"载人航天俱乐部"。邓小平同志曾经说过:没有两弹一星就没有中国的大国地位。所以,我国航天员进入太空,也能像上世纪六七十年代我国拥有"两弹一星"那样,引起全世界注视,提高我国的国际地位,振奋民族精神,增强全民的凝聚力。其次,它能体现现代科技多个领域的成就,同时又给现代科技各个领域提出新的发展需求,从而可以大大促进整个科技的发展,并将为培养和造就航天科技人才作贡献。例如,就载人航天器本身的研制和运行而言,它对通信、遥感、推进、测量、材料、计算机、系统工程、自动控制、环境控制和生命保障等技术提出了很高的要求,因而大大推动了这些技术的进步。再有,载人航天的发展能促进太空资源的开发,为地球上的人类造福。载人航天器所处的高远位置和微重力等特殊环境,可为科研提供一个理想的实验场所,它在推动生命科学与生物技术、微重力科学与应用等许多方面正发挥着重要作用,并有望在一些前沿学科上取得突破性进展,为人类带来巨大的效益。一些国家已经在太空制药、太空育种和太空材料加工等领域取得显著成果,并准备建造太空工厂,其效率和效益不可限量。另外,地球能容纳的人口是有限的,大约80亿~110亿,因此有些人已经开始研究向外空移民的方案;地球上的能源也日益紧张,那么是否可以到别的星球开发矿藏呢?这是科学家所关心的一个问题,而且不是天方夜潭,因为类似载人登月等许多过去可望不可及的神话和幻想,如今有不少都变成了现实。最后,载人航天具有巨大的军事潜力。使用载人航天器可以很好地完成侦察和监视任务;灵活部署、修理和组装大型军用卫星;安全而连续地指挥和控制地面军事力量;还能作为特殊武器的试验场。例如,早在1965年12月,美国双子星座7号飞船上的航天员就曾用红外遥感器监视和跟踪了1枚潜射导弹的发射,所获信息比潜艇上的观察人员报告的还要快。第1次、2次海湾战期间,和平号空间站与"国际空间站"上的航天员对战区进行了大量观测活动,取得了许多有用的信息。中国载人航天的未来前景中国载人航天将实施"三步走"的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上,已将首位航天员送入太空,实现了载人航天的历史性突破。然而这只是第一步。第二步除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外,重点包括出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室,以尽早建成完整配套的空间工程大系统,解决一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。航空航天技术 为航空航天活动的顺利进行而创立的一系列高级复杂的施工作业程序。它涉及人力资源配置,设备仪器搭配与安装使用等艰深的学术作业。是国家,民族,乃至整个人类发展的高度追求。航空航天电子技术 航空航天电子技术(electronics for aeronautics and astronautics)[编辑本段]概述应用于航空工程和航天工程的电子与电磁波理论和技术。在现代航空和航天工程中电子系统是重要的系统之一。[编辑本段]组成它按功能分为通信、导航、雷达、目标识别、遥测、遥控、遥感、火控、制导、电子对抗等系统。各种系统一般包括飞行器上的电子系统和相应的地面电子系统两部分,这两部分通过电磁波传输信号合成为一个系统。和这些电子系统有关的电子理论和技术有通信理论、电磁场理论、电波传播、天线、检测理论和技术、编码理论和技术、信号处理技术等,而微电子技术和电子计算机技术则是提高各种电子系统性能的基础。它们的发展使飞行器上的电子系统进一步小型化和具有实时处理更大量数据的能力,进而使飞机的性能(机动能力、火控能力、全天候飞行、自动着陆等)大为提高,航天器的功能(科学探测、资源勘测、通信广播、侦察预警等)日益扩大。[编辑本段]特点一、航空航天飞行器上电子设备的特点是:①要求体积小、重量轻和功耗小;②能在恶劣的环境条件下工作;③高效率、高可靠和长寿命。在高性能飞机和航天器上,这些要求尤为严格。飞机和航天器的舱室容积、载重和电源受到严格限制。卫星上设备重量每增加1公斤,运载火箭的发射重量就要增加几百公斤或更多。导弹和航天器要承受严重的冲击过载、强振动和粒子辐射等。一些航天器的工作时间很长,如静止轨道通信卫星的长达7~10年,而深空探测器的工作时间更长。因此,航空航天用的电子元器件要经过极严格的质量控制和筛选,而电子系统的设计需要充分运用可靠性理论和冗余技术。二、航空航天电子技术的主要发展方向是:①充分利用电子计算机和大规模集成电路,提高航空航天电子系统的综合化、自动化和智能化水平;②提高实时信号处理和数据处理的能力和数据传输的速率;③发展高速率和超高速率的大规模集成电路;④发展更高频率波段(毫米波、红外、光频)的电子技术;⑤发展可靠性更高和寿命更长的各种电子元器件。航空航天基本知识我们知道,人类的家园是地球,而地球的外面覆盖着一层大气,如果没有水和大气以及适宜的温度和环境,生物是很难生存的。通常,在人们的眼中,“天”很高,要想冲出厚厚的大气层,进入太空非常非常困难。其实,与地球相比,大气层是很稀薄的。人们知道,地球的直径大约为12700千米,而大气层的厚度只有100 -800千米。如果将地球比作一个苹果的话,那么,我们可以把大气层看成是苹果的皮,可这层“苹果皮”本身却是变化多端的。比如最贴近地球表面的一层,叫作对流层,其高度从海平面起一直到大约11000米止,其顶界是随纬度、季节等情况而变化的,在赤道地区为17000米,在中纬度地区(如北京、天津地区)为11000米,在地球两极地区则为7000-8000米。对流层的主要特点是,空气温度随着高度的增加而降低,因而又称为变温层,平均而言高度每上升1000米,气温约下降6.5℃。与此同时,气压也随高度的增加而降低。由于地球引力的作用,在 5500米的高度范围内,包含了大气总量的一半,而整个对流层,大约占了全部大气质量的四分之三。由于几乎所有的水蒸气都集中在这一层大气内,再加上大量的微粒,因而,这里也是风云变幻最为剧烈的一层。从大约11000米的高度起,直到30500米左右,其大气温度基本不变,平均保持在-56.5℃上下,因此被称为同温层(实际情况是:在25000米以下,气温随高度的升高而上升。在同温层顶,气温约升至-43至-33℃)。同温层的气温之所以具有这样的特点,是因为该层大气离地球表面较远,受地面温度的影响较小,并且其顶部存在着臭氧,能够直接吸收太阳的辐射热等。同温层所包含的空气质量大约占整个大气的四分之一弱。在这一层大气内,没有上下对流,只有水平方向的风,所以又叫作平流层。另外,该层大气几乎不存在水蒸气,基本上没有云、雾、雨、雹等气象变化的现象,这对飞行器的平稳飞行是非常有利的。不过,由于空气密度很小,飞机在这一高度层上又不适宜机动飞行。人类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。为了保证飞机和发动机的工作效率,飞机飞行的高度一般不超过30千米的界限。从30千米到80-100千米的高度范围,被称为中间层。这一层空气的特点是:以 45千米为界,温度先升后降。由于大量的臭氧存在,其气温先由同温层顶的-33℃提高到17至40℃左右;从45千米起,随着高度的升高,气温又开始下降,一直降低到-65.5℃至-113℃。中间层的空气已经很稀薄了,其空气质量约只占整个大气层的1/3000。在80千米高度上,空气的密度只有地面的五万分之一;而在100千米高度上,空气的密度仅为地面的一千万分之八。由于空气非常稀薄,并且气体开始呈现电离现象,因此,人们一般把飞行高度达到80—100千米的飞行器,看成是不依靠大气飞行的航天器。1967年10月,美国试飞员约瑟夫·沃尔克驾驶X-15A火箭飞机飞出了 7297千米/小时的惊人速度,创造了有人驾驶飞机速度的世界纪录。而且,他还曾多次飞到了80千米以上的高空,成为美国第一个“驾驶飞机的宇航员”。按照美国航空航天局规定:飞行高度超过80千米的飞行员即可称为宇航员.在中间层之上直至800千米高空的范围,称作电离层。其特点是:含有大量的带正电或负电的离子,空气具有导电性。并且,其温度随高度的增大而迅速升高,在200千米高度时,气温可达400℃。所以,这里又被人们叫作“暖层”。在电离层顶端之外,便是大气的最外层——“散逸层”了。由于地球引力的减弱,气体分子和等离子体与地球已若即若离。电离层和散逸层的空气密度极低,对太空飞行器的影响已很小,因此,人类大部分的航天活动都是在它们之内(或之外)进行的。航空与航天的区别:航空与航天是人们经常接触的两个技术名词,两者虽然仅一字之差,却被称为两大技术门类,这是为什么呢?您稍加注意即可发现,航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机,航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器,最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。从航空器与航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。第一,飞行环境不同。所有航空器都是在稠密大气层中飞行的,其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高,它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后,要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行,其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。对在运行中的航天器来讲,还要研究太空飞行环境。第二,动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力,吸收空气中的氧气作氧化剂,本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力,既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作,而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用,而发射航天器的运载火箭都是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次,其轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次,但与航空器使用的吸气发动机比较起来,使用次数仍然是很少的。吸气发动机所用的燃烧剂仅为航空汽油和航空煤油,而火箭发动机所用的推进剂却是多种多样的,既有液体的,也有固体的,还有固液型的。第三,飞行速度不同。现代飞机最快速度也就是音速的三倍多,且是军用飞机。至于目前正在使用的客机,都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地,都是以非常高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器,其速度是音速的22倍。所有航天器正常运行时都处于失重状态,若长期载人会使人产生失重生理效应,并影响健康。正因如此,航天员与飞机驾驶员比较起来,其选拔和训练要严格得多。一般人买票即可坐飞机,而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。第四,工作时限不同。无论是军用还是民用飞机,最大航程计约2万千米,最长飞行时间不超过一昼夜。其活动范围和工作时间都很有限,主要用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用广泛,但每次活动范围相对更小。而航天器在轨道上可持续工作非常长时间,如目前仍在使用的联盟TM号载人飞船,可与空间站对接后在太空运行数月之久。再如航天飞机,能在轨道上飞行7-30天,约1.5小时即可围绕地球飞行一周。载人航天器运行时间最长的当属和平号空间站,它在太空飞行了整整15个年头。至于无人航天器,如各种应用卫星,一般都在绕地轨道上工作多年。有的深空探测器,如先驱者10号,已在太空飞行了32年,正在飞出太阳系向银河系遨游。航空器的优点是能多次重复使用,而航天器除航天飞机外,只能一次性使用,载人宇宙飞船也不例外。第五,升降方式不同。飞机的升空是从起飞线开始滑跑到离开地面,加速爬升到安全高度为止的运动过程。它返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。只有个别飞机如英国的“鹞”型战斗机采用发动机喷口转向的方式使飞机能够垂直起落,但机身并未竖起,仍处于水平位置。而至今为止的航天器发射,包括地面和海上的发射,顶部装着航天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中,运载火箭要按程序掉头转向和逐级脱离,最终将航天器送入预定轨道运行。有的航天器发射,中间还要经过多次变轨,情况更为复杂。航天飞机虽然也能施放航天器,但它本身亦是垂直发射升空的。至于返回式航天器,其回归地面必须经历离轨、过渡、再入和着陆四个阶段,远比飞机降落困难。航空器的起飞、飞行和降落与航天器的发射、运行和返回,虽然都离不开地面中心的指挥,但两者的地面设施和保障系统及其工作性能与内容也是大有区别的。世界航空航天大事件:风筝起源古代中国,约14世纪传到欧洲公元前500-400年中国人就开始制作木鸟并试验原始飞行器1909年世界第一架轻型飞机在法国诞生1903年12月14日至17日,由莱特兄弟设计制造的“飞行者”1号飞机,在人类航空史上首次实现了自主操纵飞行.这次试飞成功成为一个划时代的事件,人类航空史从此进入新的纪元1947年10月14日美国著名试飞员查尔斯·耶格尔驾驶X—1飞机实现了突破音障飞行1969年7月20日22时56分20秒,阿姆斯特迈出一小步成为全体地球人类的一大步1957年10月4日前苏联发射世界第一颗人造地球卫星。半年后,美国的人造卫星上天1959年9月12日前苏联发射“月球”2号探测器,为世界上第一个撞击月球表面的航天器1961年4月12日前苏联宇航员加加林成为世界第一位飞入太空的人1969年7月20日美国宇航员阿姆斯特朗乘坐“阿波罗”11号飞船,成为人类踏上月球的第一人1970年12月15日前苏联“金星”7号探测器首次在金星上着陆1971年4月9日前苏联“礼炮”1号空间站成为人类进入太空的第一个空间站。两年后,美国将“天空实验室”空间站送入太空1971年12月2日前苏联“火星”3号探测器在火星表面着陆。5年后,美国的“海盗”火星探测器登陆火星1981年4月12日世界第一架航天飞机---美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功1986年1月28日美国航天飞机“挑战者”号在升空73秒后爆炸1986年2月20日前苏联发射“和平”号空间站,服役已经超期8年,至今仍在运行,是目前最成功的人类空间站1993年11月1日美、俄签署协议,决定在“和平”号空间站的基础上,建造一座国际空间站,命名为阿尔法国际空间站我国航空航天大事件:1956年10月8日,我国第一个火箭导弹研究机构———国防部第五研究院成立。1970年4月24日,长征一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了东方红一号卫星,我国成为世界上第三个独立研制和发射卫星的国家。1975年11月26日,长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了我国第一颗返回式科学试验卫星,并于3天后成功回收。1984年4月8日,长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了我国第一颗地球同步轨道卫星———东方红二号试验通信卫星。1990年4月7日,中国用自行研制的长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了亚洲一号通信卫星,这是中国长征系列运载火箭首次发射国外卫星,使我国在世界航天商业发射服务领域占有了一席之地。1999年10月,我国和巴西联合研制的第一颗地球资源卫星顺利升空,并正常运行,这是我国首次在空间技术领域进行的全面国际合作。2003年10月15日,“神舟”五号飞船成功发射,并于2003年10月16日圆满回收,使我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。2003年12月和2004年7月,我国与欧洲空间局联合研制并发射了“探测一号”和“探测二号”科学卫星,“地球空间双星探测计划”取得圆满成功。2004年1月23日,我国绕月探测工程正式由国务院批准立项。2005年10月12日,神六成功发射.
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航空航天是一个非常广阔的领域,包括了航空、航天、航空航天材料、气动力学、卫星导航等多个方向。如果您想要在航空航天领域发表文章,可以从以下几个方向入手:1. 技术研究:航空航天领域一直处于不断发展和创新的状态,因此您可以尝试关注最新的技术研究进展,例如新型材料、新型发动机、新型航空器等等,撰写相关的论文或者文章。2. 工程实践:除了理论研究,航空航天领域也需要大量的工程实践和应用。您可以通过对于实际项目的研究和分析,撰写相关的实践性文章和报告。3. 国家政策和发展规划:航空航天领域是一个高度关注的战略性领域,各个国家都有自己的发展规划和政策。您可以关注国家政策的动向,撰写相关的分析和评价文章。4. 国际合作和竞争:航空航天领域是一个全球化的领域,各个国家和机构之间的合作和竞争非常激烈。您可以关注不同国家和机构之间的合作和竞争动态,撰写相关的分析和评论文章。需要注意的是,航空航天领域是一个比较专业和复杂的领域,需要有一定的专业知识和背景才能够撰写相关的文章。如果您对于该领域比较感兴趣,建议您可以从学习和研究相关知识开始,积累经验和背景,进而提高自己的写作水平。
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航空航天是一个广阔的领域,涉及到航空工程、航空电子、航空材料、航空制造、空间技术等多个方向。以下是其中几个比较热门的方向:1. 航空制造:随着航空业的发展,航空制造业也在不断壮大。航空制造方向涉及到机身、发动机、附件、座舱等多个方面,需要掌握航空材料、加工工艺、制造工艺等知识。2. 航空电子:航空电子是航空航天工程中的一个关键领域,包括飞行控制系统、导航系统、通信系统等。航空电子方向需要掌握电子技术、通信技术、计算机技术等知识。3. 空间技术:空间技术是航空航天领域的重要组成部分,包括卫星、火箭、空间站等。空间技术方向需要掌握航天器设计、发射技术、空间探测技术等知识。以上三个方向都是航空航天领域比较热门的方向,对于想要在这个领域发表文章的人来说,可以根据自己的专业背景和兴趣选择相应的方向进行深入研究,并结合实践经验进行文章撰写。
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期刊从投稿,审稿,校稿,编排,美工,印刷等都需要时间,一般国家级的期刊比较快的一个月左右,慢的3-4个月。
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《航天器环境工程》是由中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所361期刊网主办的中国科技核心期刊,是国内航天器环境工程专业领域的唯一学术、技术性期刊,广泛报道本