“天宫一号”飞行器发射的地理角度分析

【摘 要】“天宫一号”目标飞行器发射之所以能够圆满成功，本文从发射地点、火箭飞行方向、使用整流罩、进行变轨等四个方面进行了阐述。

【关键词】飞行器；变轨；地理角度

北京时间2011年9月29日21时16分03秒，“天宫一号”在酒泉卫星发射中心发射升空，而后自西向东飞行，火箭飞行到210秒时整流罩分离，21时25分准确进入预定轨道，21时28分太阳能电池帆板展开，21时38分中国载人航天工程总指挥常万全宣布，“天宫一号”目标飞行器发射圆满成功。此次成功发射，不仅令国人振奋，同时也为我们地理教师提供了一份极为难得的教学素材。以下就从地理角度分析“天宫一号”发射中的四个“为什么”。

一、为什么选择在酒泉发射

第一，建设早，设备全。酒泉卫星发射基地始建于1958年10月，是我国建设最早、规模最大的卫星发射中心，拥有现代化的、完整可靠的发射设施。

第二，日照时间长，发射机会多。酒泉卫星发射中心位于我国西北部，深居内陆，常年干燥少雨，属内陆及沙漠性气候。该地区年平均气温8.7摄氏度，相对湿度为35%―55%，春秋两季短，冬夏两季较长，一年四季多晴天，云量小，日照时间长，每年约有300天可以发射试验。

第三，地势平坦，着陆安全。该地区地势平坦，人烟稀少，非常适合返回式卫星的着陆。对于载人航天器来说，这里的地势有利于航天器的安全着陆，也有利于地面搜寻人员迅速到达航天器。因此，我国的“神舟”系列飞船都是从这里发射的。

二、为什么火箭自西向东飞行

从 “天宫一号”飞行器发射的报道中，我们注意到这样一个细节，火箭发射后不久便开始向东飞行（见图1）。火箭为什么自西向东飞行？

能不能自东向西飞行，或者说火箭飞行方向能不能随意选择？答案是否定的。这个方向也是科研人员精心设计的。在高中地理第一章地球的宇宙环境中涉及到地球运动的相关内容，这里主要运用了地理中的两个知识点：其一，地球自转方向是自西向东；其二，地球上任何地点都有其对应的线速度。在地球任一地点只有自西向东飞行，才能获得该地点相应的线速度。

线速度的大小与该地的纬度有关，如图2：图中R地表示地球的半径，r表示地球上某地纬线圈的半径，θ表示地球上某地的纬度，l表示地球上某地的线速度。

r=R地・cosθ l=2πr・15/360=1/12πr=1/12πR地・cosθ

从上面的公式中可以看出，纬度越高，线速度越小；反之，线速度越大。酒泉的纬度大约为41°N,则cos41°≈0.755，

1/12πR地=1670 l=1/12πR地・cosθ≈1670×0.755≈1260由此求出酒泉的线速度约为1260km/h。

火箭从酒泉卫星发射中心发射自西向东飞行，就直接获得了约1260 km/h的初速度（V0），再加上火箭加速给予“天宫一号”的加速度（假设火箭是匀加速运动），则加速“天宫一号”的入轨速度（V入）,即V入= V0+at。

由此可见，火箭自西向东飞行，可以充分利用当地的线速度，大大节省了火箭的燃料消耗。

三、为什么要使用整流罩

卫星整流罩主要起到保护卫星不受气动力的作用；保护卫星不受气动加热的作用；当运载火箭处于临射状态时,可对整流罩内的温度、湿度进行调节,以保证卫星不受低温和环境的影响；保护罩内卫星不受各种烟雾环境的污染。

地球表面覆盖着厚厚的大气，包围在地球的周围，形成大气圈。地球上的大气由地面到高空，大气的密度越来越稀薄。“天宫一号”从地面发射升空，高速穿越低层大气，与大气产生摩擦后表面温度迅速升高，加上受气动力等的影响，“天宫一号”的主体设备会造成损坏，因此要加整流罩来保护。

据探测，在离地120公里高度以上的空间，空气密度已小到声波难以传播的程度。因此“天宫一号”飞行到210秒时整流罩分离，表明“天宫一号”已飞出低层大气，整流罩的作用已完成，同时也为下一步“天宫一号”飞行器正常工作作好了准备。

四、为什么要进行变轨

北京时间9月30日凌晨1时58分，“天宫一号”成功实施了第一次变轨，使其远地点高度由346公里抬高到355公里。北京时间9月30日16时09分，“天宫一号”成功实施第二次变轨，近地点高度由200公里抬升到362公里。经过两次轨道控制，“天宫一号”已从入轨时的椭圆轨道进入自主运行的圆轨道（见图3）。

飞行器为什么要变轨？主要原因有两点：一是火箭不能把飞行器精确地送到工作轨道，需要通过飞行器变轨来调整到工作轨道；二是飞行器通过变轨，使椭圆轨道转入到圆轨道。

“天宫一号”变轨进入圆轨道运行后，使飞行器和地球自转形成一个相对固定的位置关系，便于地面设备的监测和控制；同时飞行器在圆轨道上飞行受力均等，有利于开展各种空间科学实验，更重要的是便于与“神舟八号”实现交会对接。

（作者单位：江苏省平潮高级中学）