淺談航空航天飛船在太空行駛及返回地面的力學(xué)原理

摘 要：對(duì)于進(jìn)入到二十一世紀(jì)的中國(guó)而言，本世紀(jì)初所取得科研上的最大進(jìn)步，就是在于載人航天航空航天飛船順利的進(jìn)入到太空?？梢哉f，神州系列的發(fā)行和嫦娥一號(hào)的落實(shí)，都意味著我國(guó)在對(duì)于太空的探索和科研上取得了非常大的成果。在當(dāng)下的世界氛圍中，對(duì)于航天航空航天飛船的研究和發(fā)展是展示一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的最佳手段，而發(fā)展中的航天技術(shù)對(duì)于現(xiàn)今的中國(guó)而言，也是擠入世界強(qiáng)國(guó)位置中的最佳手段。

關(guān)鍵詞：航空航天飛船；太空；行駛；地面

在1999年的11月20日6時(shí)，我國(guó)的第一艘試驗(yàn)航空航天飛船“神舟一號(hào)”正式的發(fā)射成功，這也意味著，在此之后，我國(guó)成為了繼美國(guó)和俄羅斯以后第三個(gè)擁有著載人航天技術(shù)的國(guó)家。而在此之后，隨著“神舟二號(hào)”，“神舟三號(hào)”，“神舟四號(hào)”，“神舟五號(hào)”等一系列的神舟系列航空航天飛船的成功發(fā)射。我國(guó)完成了從載人航天到艙外行走的巨大進(jìn)步。并且，其本身的科研技術(shù)能力也在世界上名列前茅，對(duì)于二十一世紀(jì)而言，目前的中國(guó)在航天技術(shù)上是走在世界的前列，而在此，對(duì)于中國(guó)的科研技術(shù)水平而言，無疑從無到有的一種非常大的進(jìn)步。本文以航天航空航天飛船科研技術(shù)為理論基礎(chǔ)，淺析航空航天飛船在外太空行駛及返回到地面的過程中，所產(chǎn)生的力學(xué)原理。

一、航空航天航空航天飛船升空的動(dòng)力原理

神舟系列航空航天飛船是我國(guó)自行研制，并完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)達(dá)到甚至優(yōu)于國(guó)際第三代載人航空航天飛船技術(shù)的航空航天飛船。神舟號(hào)航空航天飛船本身采用的是三艙一段的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，既是由返回艙、軌道艙、推進(jìn)艙以及附加段構(gòu)成，其中，在艙內(nèi)分別存在著十三個(gè)分系統(tǒng)。對(duì)此而言，我國(guó)的神州系列航空航天飛船和國(guó)外的第三代航空航天飛船相比較起來，具有起點(diǎn)高、具備著留軌利用能力等方面的特點(diǎn)。

而在對(duì)于航空航天飛船升空的原理，首先，航空航天飛船在進(jìn)行起飛的過程中，將負(fù)載火箭中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能量。并且，在火箭中所儲(chǔ)備的燃料（液氫液氮）進(jìn)行相互的混合之后，所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)會(huì)使它們變成水，進(jìn)而產(chǎn)生放大出熱量。

在將熱能正式的轉(zhuǎn)換為動(dòng)能之后，內(nèi)部所存儲(chǔ)的熱量開始快速的讓水變成水蒸氣，并且繼續(xù)的膨脹加強(qiáng)。這樣的話，所產(chǎn)生的水蒸氣在火箭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的約束和作用下，開始迅速的朝著火箭的下部分運(yùn)動(dòng)。

依照著牛頓的第三定律（F=-F）以及動(dòng)量守恒定律（m1v1+m2v2=m1v3+m2v4）為基礎(chǔ)，火箭開始推動(dòng)著水蒸氣向下，同時(shí)，向下的水蒸氣所產(chǎn)生的作用力也在快速的推動(dòng)著火箭的上升。故而，在此化學(xué)作用和物理定律的作用下，火箭挾裹著航空航天飛船，開始進(jìn)行自身的升空動(dòng)作。以上動(dòng)作流程，均是由動(dòng)量守恒定律所具體給出。

在進(jìn)行升空的過程中，為了能夠更好的提高火箭自身的速度，只能夠在不斷升空的過程中快速的降低本身火箭所具有的質(zhì)量。所以，在火箭進(jìn)行發(fā)射的過程中，類似于助推器、一級(jí)火箭、二級(jí)火箭、逃逸塔、整流罩等方面的部件開始隨著升空高度的不斷增高逐漸脫落。

二、航空航天飛船在太空運(yùn)行過程中的動(dòng)作原理

依照著萬有引力定律（GMm/R2=mv2/R=mω2R=m4π2/T2·R）而言，物體與物體之間是存在著作用力的。也就是說，對(duì)于這個(gè)作用力的運(yùn)用，是和兩物體之間距離的平方成反比的狀態(tài)。換而言之，用另一種方式來進(jìn)行解答的話我們可以這樣去理解。兩個(gè)物體之間相隔的距離越近，那么相互之間的引力就越大。當(dāng)航空航天飛船開始正式的圍繞著地球進(jìn)行飛行的過程中，其動(dòng)力的來源就是靠著本身航空航天飛船與地球之間的作用力。忽略大氣層，我們可以看作航空航天飛船是在進(jìn)行無動(dòng)力飛行，那么，當(dāng)航空航天飛船飛行的角度越低，那么，其本身飛行的速度就越快。而當(dāng)軌道開始逐漸升高，那么航空航天飛船其本身的飛行速度就開始逐漸的下降，而且，航空航天飛船的軌道一般都是以橢圓形的方式進(jìn)行飛行，而地球在其中所處于的地位，就是在航空航天飛船和軌道之間的一處焦點(diǎn)上。當(dāng)然，其本身航空航天飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)還是需要提供一定的速度支持，來讓航空航天飛船本身進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)力量的加持著，讓萬有引力能夠更換好的的提供向心力幫助航空航天飛船做圓周運(yùn)動(dòng)。

三、航空航天飛船如何返回地面

依照著神舟九號(hào)航空航天飛船為例，在航天員調(diào)整完航空航天飛船內(nèi)部的飛行參數(shù)之后，開始啟動(dòng)與航空航天飛船飛行方向相反的制動(dòng)火箭運(yùn)行。在逐漸降低航空航天飛船本身飛行速度的情況下，航空航天飛船開始下降。而在航空航天飛船下降之后，本身的航空航天飛船在飛行過程中所產(chǎn)生的慣性離心力也隨即開始下降。這樣的話，航空航天飛船就會(huì)被地心引力所牽引著而向地面墜落。由此，當(dāng)航空航天飛船脫離原本的飛行軌道之后，航空航天飛船就正式的進(jìn)入了滑翔階段，而當(dāng)飛行高度降落到140公里左右之后，航空航天飛船上的推進(jìn)艙和返回艙開始進(jìn)行分離，并且，在穿越大氣層的時(shí)候，推進(jìn)艙將會(huì)被銷毀。當(dāng)推進(jìn)艙在大氣層被銷毀之后，返回艙則進(jìn)行返回工作。

當(dāng)航空航天飛船正式的進(jìn)入到大氣層之后，航空航天飛船本身仍然以每秒鐘數(shù)千米的速度與大氣層產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而開始形成高溫。對(duì)此，神舟系列航空航天飛船和俄羅斯聯(lián)盟系列航空航天飛船基本上都是使用一次后不再使用，所以，其本質(zhì)上采用的都是燒蝕防熱的方法。在將隔熱材料燒蝕完畢之后，能夠很好的保護(hù)航空航天飛船主要結(jié)構(gòu)不受損害。在這一時(shí)間段，雖然航空航天飛船表面的溫度會(huì)達(dá)到一種非常高的地步，但是，無論外部的溫度多么的高，在航空航天飛船內(nèi)部區(qū)域，溫度基本上被控制在30攝氏度左右，航空航天飛船可以很好的保證宇航員的身體健康和安全。

接下來，隨著航空航天飛船表面開始達(dá)到非常高的溫度，那么，氣體和被燒蝕的放熱材料也開始產(chǎn)生電離，并且在表面形成一個(gè)等離子區(qū)域。而在這段時(shí)間內(nèi)，等離子的形成開始出

現(xiàn)了電磁屏蔽。在這一點(diǎn)時(shí)間內(nèi)，可以說是航空航天飛船返回地球的過程中最為危險(xiǎn)的時(shí)間段。在這段時(shí)間內(nèi)，航空航天飛船內(nèi)部的信息將會(huì)和地面無法溝通，而且，在經(jīng)歷這一階段的過程中，也是航空航天航空航天飛船返回地面的重要關(guān)鍵階段，也是事故發(fā)生的多發(fā)階段。對(duì)于航空航天學(xué)家而言，這一點(diǎn)，也是需要克服的關(guān)鍵點(diǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著近些年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展于提升，對(duì)于航空航天行業(yè)的進(jìn)步，可以說是發(fā)生了巨大的改變。21世紀(jì)，可以說是科技代表勞動(dòng)力的新世紀(jì)，只有更好的發(fā)展自身的科學(xué)技術(shù)以及自身的實(shí)力。才能夠在未來的科技對(duì)比中，擁有更多的競(jìng)爭(zhēng)力。相信在不久的將來，隨著我國(guó)科研技術(shù)的不斷提升和對(duì)于航空航天技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。在航空航天領(lǐng)域，我國(guó)一定能夠取得更好的成績(jī)和更大的進(jìn)步。

作者簡(jiǎn)介：冀瀟（2000-），女，漢族，河北保定人，就讀于河北衡水第一中學(xué)。