阿波罗登月返回时,需要返回舱与轨道舱对接,当时的美国有可能掌握这种对接技术吗?

2020-07-18 国际 182阅读

1、阿波罗飞船资料:  阿波罗飞船由指令舱、服务舱和登月舱三部分组成,每次载三名宇航员,由“土星5号”大型液体运载火箭把它送入太空。登月飞行结束后,返回地球的只有指令舱和三名宇航员。指令舱呈圆锥形,高3.23米,底面直径3.1米,像一辆旅行汽车大小,发射重量约5.9吨,返回地面时要丢弃辅助降落伞等物,这时重量只有5.3吨。服务舱附在指令舱的下端,呈圆筒形,直径3.9米,高7.37米,舱重5.2吨,装上燃料和设备后重25吨。登月舱接于服务舱下面第三级火箭顶部的金属罩内,它分为下降段和上升段两部分,总长6.79米,四只底脚延伸时直径为9.45米,重4.1吨,如果包括燃料则重14.7吨。下降段还装有考察月面的科学仪器,当上升段飞离月面时,下降段起发射架作用。

2、月球资料:月球直径约3476公里,是地球的3/11。体积只有地球的1/49,质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。

3、第一宇宙速度计算公式:mv2/r=GMm/r2

下面进行分析和计算:

登月最困难的是如何将宇航员从月球上用登月舱发射返回在月球轨道上运行的指令舱和服务舱,登月舱最初重4.1吨,包括燃料总重14.7吨,登月时要用掉部分燃料,返回时下降段和科学仪器留在月面,粗略估计返回发射时登月舱自重约3吨,加上燃料重12吨。  在地球上将1吨的载荷送入近地轨道需要60倍重的火箭,举例我国的神舟飞船重2.5吨,而长3火箭重250吨,美国的土星5号火箭重2600吨,阿波罗飞船全重近50吨,月球上的重力是地球1/6,那将质量是3吨的登月舱发射到离月面200公里高轨道上与运行的指令舱和服务舱对接要多大的火箭呢?

1。登月舱首先要进入月球轨道成为绕月卫星才能与指令舱和服务舱对接,通过计算它成为绕月卫星的最低速度是6.2公里/秒,仅比地球卫星的最低速度7.9公里/秒低一点。

2。火箭工作的原理是动量守恒公式:m1v1=m2v2,每秒喷射的高温气体m1虽不大,但在高温高压下的速度v1却高达2km/s---5km/s,火箭m2由此获得速度v2。可见火箭工作的原理和过程在地球上和月球上是一样的,只与质量m和速度v有关系,与重力大小没有关系,并不会因为月球的重力是地球的1/6而改变。

3。地球和月球上的重力不同,对登月舱发射的影响表现在对它有一个恒定的垂直向下的重力加速度也不同。在地球上这个重力加速度是9.8m/s2,在月球上由于重力只有地球的1/6,月球的重力加速度因此只有1.6m/s2。火箭的加速度是火箭推力产生的加速度与重力加速度的矢量和,月球的重力加速较小,故火箭推力产生的加速度也相应可小一点。

4。这是我国长征一号运载火箭的资料:是一枚三级火箭。它的第一级、第二级采用的是液体火箭,第三级则是一枚新研制的固体火箭。长征一号全长近30米、最大直径2.25米,起飞时重达近82吨,起飞推力为1020千牛。其第一级装有4台推力各为255千牛的液体火箭发动机,推进剂中氧化剂用的是硝酸,燃烧剂用的是偏二甲肼。这是一种自然推进剂,氧化剂与燃烧剂只要一碰着就着火燃烧,不用点火装置来引火。第一级火箭内装有60吨推进剂,发动机工作140秒,平均每秒钟要烧掉将近半吨推进剂。第二级用的是一台在真空中推力为294千牛的液体火箭发动机,所用推进剂与第一级相同。第二级火箭内装有11.2吨推进剂,发动机工作102秒。第三级用的是一台当时首次研制成功的中型固体火箭发动机,推力达111千牛。发动机内装了1.8吨聚硫橡胶推进剂,工作约40秒。东方红一号卫星就放在固体火箭发动机的前面。 f1、f2、f3分别是一、二、三级火箭每秒燃烧1公斤燃料产生的推力: f1=1020/(60/140)/1000=2.38吨 f2=294/(11.2/102)/1000=2.67吨 f3=111/(1.8/40)/1000=2.46吨  可见一、二、三级火箭每燃烧1公斤燃料产生的推力大致相同,假定美国的火箭技术强于我国,其f=3吨/公斤,即每燃烧1公斤燃料产生的推力达3吨。

声明:你问我答网所有作品(图文、音视频)均由用户自行上传分享,仅供网友学习交流。若您的权利被侵害,请联系fangmu6661024@163.com