一種立式可自由度動作的航天飛機燈具及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及燈具領域，尤其涉及一種立式可自由度動作的航天飛機燈具及應用。
【背景技術】
[0002]航天飛機，是一種新型的多功能航天器，是承運衛星等航天器材到達太空的重要工具。航天飛機集火箭，衛星和飛機的技術特點于一身，它能像火箭那樣垂直發射進入空間軌道，又能像衛星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再入大氣層滑翔著陸，隨著科學技術的發展，航天飛機已成為發射火箭衛星上天的重要載體。作為一種可重復使用的天地往返運輸器，航天飛機是現代火箭、飛機、飛船三者結合的產物。它能像火箭一樣垂直起飛，像飛船一樣繞地球飛行，像飛機一樣水平著陸。
[0003]目前世界上航天飛機已經研制成功并投入運行的國家只有美國和前蘇聯，前蘇聯的航天飛機與美國的航天機基本上相似。美國航天器自1981年首次發射成功至今已成功完成了 100多次空間飛行任務。
[0004]航天飛機是人類有史以來建造的最復雜的機器，強大的運載能力使其成為獨一無二的航天器。正是在航天飛機強大運載能力支持下，人類才有可能一步步修建國際空間站一一這個世界上最大的太空軌道實驗室，為人類未來登陸月球、奔向火星乃至更廣闊的宇宙空間鋪平了道路。
[0005]航天飛機是世界上唯一的可重復使用的航天運載器。70-80年代，美國、蘇聯、法國和日本等國相繼開始研制航天飛機，但由于技術和資金等原因，到目前只有美國研制的航天飛機投入使用。航天飛機用途廣泛，可進行空間交會、對接、停靠、空間科學實驗、發射回收或檢修衛星。它曾在空間捕獲一顆未能進入同步軌道的國際通信衛星6號，進行修理后，又把它送入同步軌道。它還發射過并三次整修哈勃空間望遠鏡。航天飛機通常可乘7人，飛行時間一般在2周以下，最長可達28天。
[0006]目前航天飛機的主要任務是向國際空間站運送宇航員和各種建設用部件和補養。美國原設想使用可多次重復使用的航天飛機可以節約花費。但結果全然不同，每架航天飛機的研制費非常高，最新的奮進號研制費達20億美元，而且每次發射費用I億多美元。因此至今只做了 6架航天飛機，其中一架企業號為樣機，另外有五架工作機，分別是哥倫比亞號、挑戰者號、發現號、阿特蘭蒂斯號和奮進號。航天飛機的可靠性還是非常高，自1986年I月挑戰者號發射失敗后一直到2002年4月為止已成功飛行過110次。2005年7月26日任務STS-114—一哥倫比亞號解體意外后首次航天飛機返回太空任務。
[0007]1969年4月，美國宇航局提出建造一種可重復使用的航天運載工具的計劃。1972年I月，美國正式把研制航天飛機空間運輸系統列入計劃，確定了航天飛機的設計方案，即由可回收重復使用的固體火箭助推器，不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經過5年時間，1977年2月研制出一架企業號航天飛機軌道器，由波音747飛機馱著進行了機載試驗。1977年6月18日，首次載人用飛機背上天空試飛，參加試飛的是宇航員海斯(C.F.Haise)和富勒頓(G.Fullerton)兩人。8月12日，載人在飛機上飛行試驗圓滿完成。又經過4年，第一架載人航天飛機終于出現在太空舞臺，這是航天技術發展史上的又一個里程碑。
[0008]雖然世界上也有許多國家都陸續進行過航天飛機的開發，但只有美國與前蘇聯實際成功發射并回收過這種交通工具。但由于蘇聯瓦解，相關的設備由哈薩克接收后，受限于沒有足夠經費維持運作使得整個太空計劃停擺，因此全世界僅有美國的航天飛機機隊可以實際使用并執行任務。
[0009]另外，太空游客也是航天員。乘坐飛船或者航天飛機上天的人都是航天員，也就是說這些人在上天前都已經具備了航天員的要求。在飛天之前，這些普通人都是經過嚴格的身體檢查和長時間的正規的航天員培訓，經考核合格的.只是“太空游客”所承擔的太空飛行任務不同，他是作為航天載荷任務專家參與飛行的，他與駕駛員、工程師的任務不同，所以對身體的要求相對低一些。航天飛機升空時的重量比火箭大許多，所以加速度較小，一般是3G(火箭是4_4.5G)。
[0010]航天飛機由軌道飛行器、固體火箭助推器和外掛貯箱3大部分組成，航天飛機起飛的動力源自兩臺巨大的集束式助推器和3臺液體推進劑。在這些起飛動力裝置中，中心部分是一個外形像一架三角翼滑翔機的軌道飛行器，它垂直發射，是航天飛機飛行時必不可少的配件，它在進入地球大氣層后像普通飛機那樣下滑著陸。
[0011]航天飛機在起飛時，利用外掛貯箱內的液氫推進劑作為主發動機的動力，貯箱隨著推進劑的使用完畢而投棄，另外，航天飛機還依據軌道飛行器順利飛行；一般情況下，航天飛機的軌道飛行器可使用次數在100次以上，它有一個巨大的貨倉，可以作為衛星及其他材料的存儲點；大規模的太空作業時，還可將外掛貯箱帶入軌道，作為航天站的核心部分。
[0012]飛行高度在1000公里以下是航天飛機近地軌道的飛行高度，向國際空間站運送宇航員和各種建設用部件和補養是目前航天飛機的主要任務，因為航天飛機的運載能力比較大，所以航天飛機往往采用多級組合形式，在需要高軌道運行有效載荷的時候，還可以由航天飛機將其送上近地軌道后再從這個軌道發射，使其進入高軌道，以完成最終任務。
[0013]航天飛機采用模塊化設計，整個系統包括三大模塊:外部燃料箱，外表為鐵銹顏色，主要由前部液氧箱、后部液氫箱以及連接前后兩箱的箱間段組成。外部燃料箱負責為航天飛機的3臺主發動機提供燃料。外部燃料箱是航天飛機三大模塊中唯一不能重復使用的部分，發射后約8.5分鐘，燃料耗盡，外部燃料箱便被墜入到大洋中。一對固體火箭助推器，這對火箭助推器中裝有助推燃料，平行安裝在外部燃料箱的兩側，為航天飛機垂直起飛和飛出大氣層進入軌道，提供額外推力。在發射后的頭兩分鐘內，與航天飛機的主發動機一同工作，到達一定高度后，與航天飛機分離，前錐段里降落傘系統啟動，使其降落在大西洋上，可回收重復使用。軌道器，即航天飛機，它是整個系統的核心部分。軌道器是整個系統中惟一可以載人的、真正在地球軌道上飛行的部件，它很像一架大型的三角翼飛機。它的全長37.24m，起落架放下時高17.27m ;三角形后掠機翼的最大翼展23.97m ;不帶有效載荷時質量68t，飛行結束后，攜帶有效載荷著陸的軌道器質量可達87t。它所經歷的飛行過程及其環境比現代飛機要惡劣得多，它既要有適于在大氣層中作高超音速、超音速、亞音速和水平著陸的氣動外形，又要有承受再人大氣層時高溫氣動加熱的防熱系統。因此，它是整個航天飛機系統中，設計最困難，結構最復雜，遇到的問題最多的部分。
[0014]綜上所述的航天飛機激發了全球熱愛航天事業的人士對飛行器的研宄與探索熱情，更激發了國內模型設計人員靈感，各種與航天飛機有關的各種模型、玩具、畫冊、航天飛機造型禮品應運而生，但將航天飛機制成立式可自由度動作的航天飛機燈具目前國內市場還是空白，因此開發一種立式可自由度動作的航天飛機燈具應用于兒童燈具市場、空軍禮品市場，既有很大經濟回報又能弘揚航天精神、激發青少年