航 天 篇

 

千姿百态的"星星"

 

飞机的外形是大家熟悉的,无论是战斗机还是运输机,也不管是喷气式的还是螺旋桨式的,它们的外形都差不多,基本上是由流线型的机身,再加上一对伸展的机翼所组成。选用流线型的外型是因为飞机都是在大气层内飞行的,受到的空气阻力比较大,为了减少空气阻力,就选用流线型的外形。
人造地球卫星在数百公里以上的高空运行,那里空气非常稀薄,空气对卫星的阻力是很微小的,因此不必过多去考虑空气阻力对卫星运行的影响。
目前,世界各国发射的卫星的卫星外形是各式各样的:有球形的圆锥形的、圆柱形的、球形多面体的和多面柱体的,也有张开几块大平板或伸出几根根长的细杆的,总之是五花八门,各具一格。
由于卫星的用途广、种类多,卫星上所用的仪器设备又是各式各样,从而也就决定了卫星形状的多种多样,五花八门。那么,在决定卫星的外形时,主要应考虑哪些问题呢?主要应考虑满足卫星在使用上以及所装仪器设备的要求。下面我们比较具体地谈谈卫星的外形究竟是由哪些因素决定的。
在卫星技术的发展初期,运载火箭的运载能力较小,要求卫星的结构重量尽可能轻些,以减轻运载火箭的负担,所以卫星的外形大都做成球形的。因为与其他外形相比,在同样的容积下,球形卫星外壳的表面积最小,重量最轻,而且对运载火箭主动段飞行时的冲击、加速和振动载荷的受力最强。
为了充分利用末级运载火箭头部整流罩的空间,卫星也有做成整流罩外形相似的圆锥形,甚至有直接用整流罩做外壳的卫星。
卫星的运载火箭与卫星相比,运载火箭的技术复杂程度要比卫星高得多,研制周期也长,同时运载火箭往往是利用已研制和发射成功的弹道导弹改装而成的。在设计卫星之前,运载火箭已基本就绪,不便多改,因此,当卫星的外形尺寸同运载火箭发生矛盾时,一般应压缩卫星的外形尺寸来适应运载火箭。
当卫星上的电源是利用太阳能电池时,往往在卫星的外表面贴上一种厚度不到1毫米、长2厘米、宽1厘米或2厘米见方的半导体单晶薄片,组成太阳能电池。太阳光照射到太阳能电池上,就直接把太阳能变成电能,形成所谓全向式太阳能电池阵,以便不管太阳光来自何方都能发出电来。此时卫星的外形以球形成轴对称的为好。但由于卫星外表弯曲,不好贴太阳能电池,所以大多数做成球形多面体或多面圆柱体外形的卫星。
有的卫星外表面不适宜贴太阳能电池或表面积不够贴太阳能电池时,就在卫星本体之外,装上几块活动的冀板,专门贴太阳能电池,这样的冀板叫太阳能电池翼板。因此就出现张开几块平板的卫星外形。
上述的全向式太阳能电池阵的利用率,显然是比较低的。为了充分发挥太阳能电池的作用,提高效率,可以进一步采取措施,利用太阳能电池翼板单独对太阳定向,而不管卫星处于什么姿态,太阳能电池翼板有电池的一面总是向着太阳,以构成所谓定向式太阳能电池阵。
当卫星的姿态控制方法是自旋稳定时,也就是说,卫星绕本体的某一轴旋转,从而获得对空间定向时,总是把卫星做成直径大于高度的圆柱形,鼓形或扁球形的卫星。
发射中、小型卫星时,依靠绕纵轴自旋来保持发动机推力方向不变,转速一般高达100转/分。这样一来卫星与固体火箭发动机一起旋转,在卫星入轨并与末级运载火箭分离后,卫星仍在高速地旋转着,这就影响到卫星上的仪器正常工作,则必须降低转速。为此在卫星本体周围张开4块翼板,或从卫星本体内部沿直径两端对称地伸出两根细杆来减旋。这种减旋方法和飞速旋转着的花样滑冰运动员要想停下来,只需将收缩在胸前的双臂向外伸开,速度自然会降低是一样的。这种翼板可以直接利用太阳能电池翼板,张开之前像上举或下垂的手臂那样,固定在卫星本体周围。减旋用的细杆,有的是天线,有的是杆端装着仪器的支撑杆。卫星入轨后,翼板张开,细杆伸出,既完成规定的动作,又起到减旋的作用,真是一举两得。
对于要返回地面的卫星,当它返回时,以很高的速度进入大气层,由于空气动力的作用,在其上可产生很大的空气阻力。因此在设计卫星的可返回部分时,选择合适的空气动力外形,使它在大气层运动时产生比较大的空气阻力,以便急剧地减速。因此往往把这一部分的外形做成钝锥形或球头锥身的组合体。
决定卫星外形的因素是多方面的,是要全面考虑的。但是,从上述我们可以看出:主要的问题是考虑满足卫星在使用上以及所装仪器设备的要求。
各种卫星虽然用途各异,所用的仪器设备也不完全相同,但它们的基本组成部分还是大同小异的。一般都有下列的几部分:星体、电源系统、通信系统以及各种仪器设备系统等。

 
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