书城科普读物新编科技大博览(A卷)——握手太空的航天科技
47972200000034

第34章 航天科技探秘(7)

1989年,一架苏—27战斗机和另一架苏—27VB双座教练机不挂副油箱由前苏联直飞巴黎进行飞行表演。在进行飞行表演时,苏—27以攻角超过失速攻角(约30°)的姿态,进行了“眼镜蛇”特技飞行,这一绝技令西方航空专家大为惊讶,他们感到大跌眼镜,不得不对苏—27刮目相看。

人们公认,著名试飞员普加乔夫驾驶苏—27进行的“眼镜蛇”特技飞行壮观、惊险、冠绝世界,令人叹为观止。这种特技的过程是在低空以每小时400~500千米的速度通场后突然拉起,姿态像眼镜蛇一样,机头垂直上仰,攻角连续增大到110°~113°,飞机仍然保持状态而不掉高度;在3~4秒钟内速度一下子减到每小时125千米左右。接着,机头急剧平稳下俯,加速后恢复正常飞行状态。这是一个前无古人的高难度特技动作,因此普加乔夫和苏—27一起被载入了人类飞行的史册。

苏—27和普加乔夫之所以能够取得这样的好成绩,和飞机的设计是分不开的。苏—27具有优秀的气动外形、高推重比的发动机、灵敏的操纵系统,从而获得了极高的机动能力。一般来讲,飞机的机动能力是指飞行员操纵飞机改变飞行速度、方向、高度和姿态的能力。假如两架战斗机转弯时的速度相同,转弯半径越小则角速度越大,发射导弹时就能较早取得机头指向敌机的优势。正是由于这个原因,人们极度重视作战飞机的机动性,把它看作是反映战斗力的重要因素之一。

“眼镜蛇”特技是一种过失速机动(或者称为超机动),是战斗机失速后在一定范围内进行的机动飞行,这也是目前一种新的机动飞行姿态。在飞行力学上,这种过失速机动是指飞机在攻角远远超过了失速攻角后,以很小的速度迅速改变飞行速度、方向、高度和姿态的过程。

苏—27在进行大机动飞行时还有另一个绝招——“撞钟”特技。这种特技急速拉起,攻角达到90°,发动机转向慢车状态,继续垂直爬高,当升到空速表指零时,机尾朝下,飞机以每秒15米的速度垂直下冲,不偏转,不偏离,像一块石头坠落。垂直下降约150米后,飞机前倾,机身渐渐拉平,接着机头朝下快速俯冲,再跃升倒转进入平区。整个机动过程,平稳利索,飞机并无失速。

不管是“眼镜蛇”特技,还是“撞钟”特技,都得益于苏—27超级的飞行性能,得益于现代化的高科技。这些特技和绝招使得苏—27率先进入世界最先进战斗机的行列。

你了解各司其职、各尽其能的“火箭家庭”成员吗

在现代,火箭技术的发展程度是一个国家科学技术发展水平的重要标志,它不但在国防建设中占有重要地位,在航天事业中的作用更是举足轻重。

火箭是由喷气作用力推进的一种飞行器。有单级的,有多级的。有的可以飞到外太空,有的只不过在大气层里做事。有些火箭飞得很远,可以跨越太平洋,有些火箭不过飞几十千米。火箭中,有的装备先进的制导系统,有的则很简单,没有复杂的自动控制系统。实际上,火箭是一个千变万化的大家族,它们各司其职,各尽其能。

以下我们就来听一听专家的讲解吧。

无控火箭。这是一种单级的近程火箭,不安装控制飞行的仪器,发射后像普通导弹一样飞行,命中目标精度较差。

探空火箭。一般是无控制的单级火箭,可以携带所需要的仪器在近地空间进行科学探测和试验。这种火箭构造简单,成本很低。

导弹。这是一种可以控制的火箭,飞得远、瞄得准,是一种杀伤力很强大的飞行武器。

不同的导弹分工非常明确,有地对空、空对地、舰对空、空对空、舰对舰、空对舰等多种导弹,也就是说,要打击什么类型的目标,就有什么样的导弹。军事学家告诉我们,一个国家的军队用导弹装备的程度,标志着这个国家军事现代化的程度。

运载火箭。是将人造卫星、宇宙飞船等航天器送入轨道的大型多级火箭。洲际导弹就是用一个多级火箭运载弹头。如果它装载的不是弹头,而是卫星、飞船,那么这个多级火箭就成为运载火箭了。我国自行研制的长征系列运载火箭,技术性能和可靠性已达到国际先进水平。

特殊火箭。各种飞行器在宇宙飞行,只能由火箭的喷射获得推力,因此需要各种各样特殊用途的火箭。例如,在飞船返回地面时,改变飞船轨道、降低速度的火箭称为“控制火箭”。另外,还有使各级火箭发生分离的“分离火箭”、发射时出现意外时使用的“救生火箭”等等。

宇宙航行事业的发展,火箭的发展也日新月异。现在,人们正在研制各种新型火箭。不久,原子能推进火箭、电火箭、离子火箭等一大批火箭家族的新成员将会登上历史舞台。火箭将会把人类送出太阳系,到更遥远的宇宙空间去航行。

多级火箭为什么被称为打开宇宙大门的钥匙

地球的引力把人类紧紧地束缚在地球表面,人类的活动空间不过是薄薄的一层球面。地球上生命的保护者大气层,它为人类营造了安全、适宜的生存环境,可是它又限制了人类的视野和活动范围。

高科技不断发展,人们终于找到了脱离地球引力、飞出地球的高速飞行工具,它就是多级火箭。

单级火箭的飞行距离和加速度的能力有限。多级火箭是把单级的火箭串接起来,具有更大的、更持久的推动力。第一级火箭的推进剂燃完熄灭后,丢掉第一级,再点燃第二级,依次类推。在每一级里,火箭发动机不止一台而是多台,都由级内单独的推进剂贮箱供应推进剂。目前多级运载火箭一般采用3级火箭。火箭的推进速度就是多级速度的叠加。多级接力的火箭,一级一级地增大速度,又抛掉无用的重量,使宇宙飞行器可以轻装进入太空,这样,火箭就可以达到第一、第二,甚至第三宇宙速度。因此,多级火箭被广泛地应用在航天事业上。

一般来讲,卫星装在运载火箭的最上端,中间装各种设备,下面就是火箭的本体,本体内的大部分空间都被推进剂储存箱占据了。火箭上装有大流量的高效率涡轮泵,把燃烧剂和推进剂分别同时打入燃烧室内进行燃烧。燃烧以后的高温、高压气体从尾喷管内以每秒4000米的超音速喷出,产生很大的推力。

我国“长征3号”是一种使用液体推进剂的3级运载火箭,起飞总重202吨。1984年4月8日,它将我国的第一颗试验通信卫星送至地球的静止轨道上。

并联组成的多级火箭称为捆绑式火箭。捆绑式火箭的中心是主火箭,周围另外捆绑上几枚火箭。发射时周围的火箭先点火,它们的推进剂燃烧完后就自动脱落,接着主火箭点火,继续加速。还有串、并联共存的多级火箭,制造时,先把单级火箭串联起来,然后再在它们的周围捆绑上几枚火箭。

人们就是利用多级火箭这一把钥匙,打开了通向宇宙的大门,并在月球上留下了人类的足迹。

空间导航设施——航天交通网的“路标”

载人航天器在太空飞行期间,空间导航设施起着重要的作用,它是航天交通网的“路标”。空间导航的主要任务是监测航天器距目标的距离、飞行速度以及飞行方向的偏差,导航工作最主要是进行跟踪测量。

空间导航和地面导航不同,地面导航飞行器的飞行轨道是预先设定好的,在飞行器飞行过程中通过各种仪器描绘出它实际的飞行轨道,然后对比其预先测定的轨道模型,及时修正飞行器的飞行姿态,这样就可以完成预定的任务。

载人航天器在飞行过程中,在不同的阶段将采用不同的空间导航方法。这是一个非常复杂的过程。

在航天器地面控制飞行期间,可采用无线电测距和基线测量法测速。航天器可以采用惯性测量装置、空间六分仪和光学星图表,使航天员时刻都能知道自己的飞行状态。

载人航天器在轨道对接时,要进行机动飞行,时刻调整偏差,这时主要采用无线电测距和航天员目视跟踪。

航天器在降落过程中可采用雷达测距和多普勒测速,向地面降落时可以采用着陆辅助设备。

航天器在大多数阶段都要靠地面导航设备来导航,美国宇航局主要依靠地面雷达进行跟踪测试,然后再根据信号计算航天器飞行的距离,其精度可以精确到几米。

导航卫星是在轨道上运行的,飞行器不可能在任何时刻都能用雷达测到导航卫星,这就需要进行网络式的导航。美国研制的卫星导航系统采用均匀分布在轨道平面上的24颗卫星组成的3个卫星网来进行导航。这样,在地球上任何地方至少能同时看到6颗导航卫星,飞行器就可随时随地用它来进行导航了。它的导航定位距离误差在6~9米之内,测出的速度误差小于0.6米/秒,定位所需的时间不超过1分钟。

卫星导航这种先进的导航手段,非常适用于对天上、陆上、水上、水下的航行工具的导航,被誉为太空的“指南针”。

单人飞行器会成为未来的个人交通工具吗

1984年,在美国洛杉矶举行的第23届奥运会开幕式上,宏大的体育场上空,有一个“飞人”凌空飞来,身后还拖着一条彩色的烟雾。他在体育场内四周飞行了一圈,然后又稳又准地停落在草坪中央。全场观众对这一精彩的表演报以经久的掌声,开幕式上的气氛一下子变得热烈起来……

难道真有会飞的人吗?

当然没有。“飞人”表演的奥秘,其实全在于飞行员身背的一个飞行背囊里。这个背囊看上去很像农村中为果树、庄稼喷药的农药桶,但里面却是浓度为90%的过氧化氢液体。飞行员将它背在身后,启动喷射开关后,过氧化氢就会在加压条件下喷出,它在经过喷嘴上的含银过滤网时,分解成蒸汽和氧气,形成高速喷射的气流,从背囊底部的喷嘴喷射而出,形成极大的推力,将人体托离地面,推向空中。飞行者在升上半空时,可以通过手握操纵杆来控制喷射气流的方向,以便调整飞行的方向,看上去就像真的能在空中高低左右自如地飞行了。

飞行背囊是一种最轻便、最小型的单人飞行器,但它的成本却很昂贵,如高浓度的过氧化氢就很容易遇光、热等而分解;此外,这种飞行器的操纵技术也很复杂,要实现熟练地安全飞行,飞行者需要大量技术训练和实际飞行,这样费用就很高了。因此,飞行背囊还需在技术和设备上加以改进和完善,才能真正成为实用的个人飞行工具。

除了飞行背囊,其实目前较为现实的单人飞行器,当属一些具有飞机外形的超轻型飞机。这些飞机结构十分简单,采用小型发动机,其重量只有100多千克。在目前,这种易于驾驶、价格较低的飞机,主要还用于体育运动和个人娱乐。

由于城市交通拥挤现象仍将持续相当长的时间,因此单人飞行器将很快成为一个热门话题,并发展为一种非常便捷的新型个人交通工具。