(1) 火箭是按什么运动规律飞行的?
日常生活中,我们经常遇到类似火箭的飞行过程。例如,体育比赛中运动员扔标枪、掷铅球等项目,当运动员将标枪或铅球抛出去后,标枪或铅球就会沿着一定的轨道飞行,然后落到地面。运动员的成绩取决于标枪或铅球的最后落点,也就是其飞行的距离,飞行距离又取决于标枪、铅球离开人手时的角度及速度,这个角度和速度是由运动员的技巧和力量决定的。
火箭的飞行轨道与标枪和铅球的飞行轨道十分相似。但由于火箭在飞行期间,发动机不断喷出燃气流,推进剂在不断地消耗,火箭的质量也在不断地发生变化,这时火箭的运动与标枪或铅球的运动并不完全相同,火箭的运动是受经典力学规律支配的变质量体系的运动。
火箭的运动分为火箭的质心运动和火箭绕质心的运动。火箭运动理论分为火箭轨道理论和火箭姿态稳定理论,前者研究火箭质心运动的特性,后者研究火箭绕质心运动的特性。
(2)谁来控制火箭在预定轨道上的飞行?
我们开车从A地到B地,汽车除了需要发动机提供驱动力外,还需要方向盘控制方向,变速器控制速度,以保证汽车在正确的道路上行驶,到达目的地。在行进过程中,驾驶员用双眼不断测量行进方向。这时可以把人看成是一个控制系统,汽车则为控制对象,人眼是测量元件,手脚则是执行机构。大脑根据测量元件的测量结果进行分析比较,指挥手脚的动作,称为计算装置。
载人火箭的任务是按预定轨道飞行,将载人飞船按要求的指标(一般是时间、速度和位置的函数)送达预定点。火箭在飞行过程中的推力来源于发动机,在飞行过程中也会遇到发动机推力偏离纵轴线和气象等干扰因素的影响,导致火箭的飞行偏离预定轨道。要保证火箭正常飞行,必须给火箭配备一个驾驶员——飞行控制系统。
飞行控制系统的根本任务是对火箭在飞行中的运动进行控制:一是控制火箭的飞行轨道,控制火箭的速度和倾角,也就是改变作用在火箭上推力的大小和方向,使火箭沿着预定的轨道飞行,即控制火箭的质心运动;二是对火箭飞行姿态的控制,即控制火箭绕其质心的运动。保证火箭在受到干扰后仍能恢复到原来的预定轨道上飞行,并实施必要的转弯控制,同时按照要求控制火箭各级发动机的点火、关机以及各舱段的分离,包括最后火箭与飞船的分离(简称船箭分离)。