“神七”問(wèn)天

王曉斌　徐天才　金晨曲　陸日成

2008年9月25日21時(shí)10分，隨著酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心零號(hào)指揮員的“點(diǎn)火”口令的發(fā)出，長(zhǎng)征二號(hào)F型火箭帶著神舟七號(hào)飛船穩(wěn)穩(wěn)的起飛，直刺蒼穹。帶著我們中國(guó)人千年飛天夢(mèng)想，帶著祖國(guó)億萬(wàn)人民的牽掛，順利地升空。

神舟七號(hào)飛天成功，標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程“三步走戰(zhàn)略”的第二步取得突破性進(jìn)展。這一偉大壯舉再次向世人昭示，勤勞智慧的中國(guó)人民有志氣、有信心、有能力不斷創(chuàng)造出非凡的業(yè)績(jī)，為推動(dòng)人類(lèi)文明進(jìn)步做出重要的貢獻(xiàn)。

飛天夢(mèng)想，千年夙愿。從１９９９年神舟一號(hào)初樣產(chǎn)品上天到神舟二號(hào)各種技術(shù)狀態(tài)與真正載人時(shí)一樣，從神舟三號(hào)裝載形體假人升空到神舟四號(hào)載人航天所涉及的各系統(tǒng)全面啟動(dòng)，從神舟五號(hào)“一人一天”、神舟六號(hào)“兩人多天”航天飛行到神舟七號(hào)航天員出艙活動(dòng)，中國(guó)載人航天工程在短短９年間實(shí)現(xiàn)了７次重大突破。這是我國(guó)改革開(kāi)放和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的又一偉大成就，是中國(guó)人民自強(qiáng)不息、自主創(chuàng)新的又一輝煌篇章，是中華民族偉大復(fù)興征程上的又一壯麗凱歌。

素材觀察1：發(fā)射

2008年9月25日21時(shí)10分，長(zhǎng)征二號(hào)F型運(yùn)載火箭點(diǎn)火，480噸重的火箭在604噸的巨大推力作用下騰空而起，載著翟志剛、劉伯明、景海鵬等3位航天員的神舟七號(hào)飛船開(kāi)始了環(huán)繞地球的飛行之旅。相當(dāng)于５倍自身體重的過(guò)載壓力，把翟志剛、劉伯明、景海鵬重重地壓在座椅上。身著14.5公斤重艙內(nèi)航天服的３位航天員蜷曲著雙腿，如同安睡在母親子宮中的胎兒。第583秒，火箭以7.5公里／秒的速度，將飛船送到近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)350公里的橢圓軌道入口。

長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭（CZ-2F）是在長(zhǎng)二捆火箭的基礎(chǔ)上，按照發(fā)射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保安全性為目標(biāo)研制的運(yùn)載火箭。火箭由四個(gè)液體助推器、芯一級(jí)火箭、芯二級(jí)火箭、整流罩和逃逸塔組成，是目前我國(guó)所有運(yùn)載火箭中起飛質(zhì)量最大、長(zhǎng)度最長(zhǎng)的火箭。運(yùn)載火箭有箭體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、故障檢測(cè)處理系統(tǒng)、逃逸系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、外測(cè)安全系統(tǒng)、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)、附加系統(tǒng)、地面設(shè)備等十個(gè)分系統(tǒng)，為兼顧衛(wèi)星的發(fā)射，保留了有效載荷調(diào)姿定向系統(tǒng)的接口和安裝位置。故障檢測(cè)處理系統(tǒng)和逃逸系統(tǒng)是為確保航天員的安全而增加的，其作用是在飛船入軌前，監(jiān)測(cè)運(yùn)載火箭狀態(tài)，若發(fā)生重大故障，使載有航天員的飛船安全地脫離危險(xiǎn)區(qū)。該火箭全長(zhǎng)58.3米，起飛推力604噸，運(yùn)載能力為8.1噸。火箭芯級(jí)直徑為3.35米。火箭起飛重量為479噸?；鸺目煽啃詾?.97，安全性為0.997。0.97的可靠性就是說(shuō)100次發(fā)射里，只有３次火箭可能出現(xiàn)問(wèn)題；0.997的安全性是指火箭出現(xiàn)1 000次問(wèn)題里，可能有３次會(huì)危及航天員的生命安全。所以說(shuō)，它是我國(guó)目前安全系數(shù)最高的運(yùn)載火箭之一。

原創(chuàng)試題

1. 觀眾通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)直播可以同步觀看神舟七號(hào)的發(fā)射盛況，如圖1所示為電視屏幕上火箭拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的火焰向空中飛去的壯觀場(chǎng)景。在火箭發(fā)射階段，存在以下認(rèn)識(shí)，其中正確的是（）

A. 在觀眾研究火箭上升軌跡時(shí)火箭可以看作質(zhì)點(diǎn)

B. 在控制室里的科技工作者研究火箭狀態(tài)控制時(shí)把火箭看作質(zhì)點(diǎn)

C. 觀眾看到火箭在發(fā)射時(shí)相對(duì)于發(fā)射架加速上升

D. 處于飛船密閉艙中的翟志剛可看到劉伯明正在向上運(yùn)動(dòng)

2. “神七”點(diǎn)火發(fā)射后，經(jīng)過(guò)12 s的加速，到達(dá)的高度是211 m，進(jìn)入第一次程序性轉(zhuǎn)彎。在飛船返回過(guò)程中，進(jìn)入大氣層，先后打開(kāi)三種降落傘，以減小其速度。則下列說(shuō)法中正確的是（）

A. 在點(diǎn)火上升時(shí)，由于速度較小，宇航員對(duì)座椅的壓力等于它們的重力

B. 在點(diǎn)火上升時(shí)，由于加速度向上，所以宇航員對(duì)座椅的壓力大于他們的重力

C. 返回降落時(shí)，由于速度向下，宇航員對(duì)座椅的壓力小于他們的重力

D. 返回降落時(shí)，宇航員對(duì)座椅的壓力大于他們的重力。因?yàn)樗麄兲幱诔貭顟B(tài)

3. 在以往的航天飛行任務(wù)中，火箭起飛126 s后出現(xiàn)了逐漸增大的縱向單頻振動(dòng)，頻率約為8 Hz，給航天員帶來(lái)不適，工程上稱為“8 Hz”問(wèn)題。在這次神七的飛行中，發(fā)射火箭使用了變能量蓄壓器來(lái)抑制振動(dòng)，使其振動(dòng)大大降低，提高了宇航員的舒適程度。下列說(shuō)法中正確是（）

A. 宇航員自身縱向單頻振動(dòng)的頻率也是8 Hz，發(fā)生共振

B. 宇航員自身縱向單頻振動(dòng)的頻率接近8 Hz，發(fā)生受迫振動(dòng)，產(chǎn)生了較大的振幅

C. 變能量蓄壓器改變了宇航員裝置的固有頻率，遠(yuǎn)離8 Hz，減小振動(dòng)的振幅，提高了舒適度

D. 變能量蓄壓器改變了宇航員裝置的固有頻率，使之等于8 Hz，從而使振動(dòng)消失。

4. 一中學(xué)生為即將發(fā)射的神州七號(hào)載人飛船設(shè)計(jì)了一個(gè)可測(cè)定豎直方向加速度的裝置，其原理可簡(jiǎn)化如圖2，拴在豎直彈簧上的重物與滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭連接，該裝置在地面上靜止時(shí)其電壓表的指針指在表盤(pán)中央的零刻度處，在零刻度的兩側(cè)分別標(biāo)上對(duì)應(yīng)的正、負(fù)加速度值，當(dāng)加速度方向豎直向上時(shí)電壓表的示數(shù)為正。這個(gè)裝置在“神州七號(hào)”載人飛船發(fā)射、運(yùn)行和回收過(guò)程中，下列說(shuō)法中不正確的是（）

圖2

A. 飛船在豎直減速上升的過(guò)程中，處于失重狀態(tài)，電壓表的示數(shù)為負(fù)

B. 飛船在豎直減速返回地面的過(guò)程中，處于超重狀態(tài)，電壓表的示數(shù)為正

C. 飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表的示數(shù)為零

D. 飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表的示數(shù)為負(fù)

5. 我國(guó)成功發(fā)射了神州七號(hào)載人飛船，成為世界上第三個(gè)掌握了載人航天出艙技術(shù)的國(guó)家。飛船在發(fā)射至返回的過(guò)程中，以下哪些階段中返回艙的機(jī)械能是守恒的（）

A. 飛船升空的階段

B. 飛船橢圓軌道上饒地球運(yùn)行的階段

C. 返回艙與軌道艙分離后，在大氣層以外向著地球做無(wú)動(dòng)力飛行階段

D. 返回艙進(jìn)入大氣層運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，減速傘打開(kāi)后的下降階段

6. 根據(jù)素材觀察1中的信息，設(shè)航天員連航天服質(zhì)量約為80 kg，若火箭飛行中航天員承受的最大過(guò)載壓力約為自身體重的五倍，試求：

（1）火箭點(diǎn)火離地時(shí)，航天員對(duì)“座椅”的壓力為多大？

（2）火箭在上升過(guò)程中的最大加速度約為多大？

7. 地球表面的重力加速度g，地球半徑R，某物體的質(zhì)量為ｍ，將它放置在神州七號(hào)飛船中。飛船以a=4 g的加速度隨火箭上升的過(guò)程中，求當(dāng)物體與飛船中的支持物的相互擠壓力為ＦＮ=mg時(shí)，飛船到地球表面的距離。

素材觀察2：變軌

神舟七號(hào)飛船于2008年9月２６日４時(shí)０４分按計(jì)劃完成變軌控制，進(jìn)入距地球表面約３４３公里的近圓軌道。航天員體溫、血壓等各項(xiàng)生理指標(biāo)正常。

據(jù)有關(guān)專家介紹，飛船發(fā)射升空后，進(jìn)入距地球表面近地點(diǎn)高度約２００公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約３４７公里的橢圓軌道。實(shí)施變軌控制，就是將飛船推入距地球表面約３４３公里的近圓工作軌道。能否實(shí)施精確變軌，對(duì)飛船能否按計(jì)劃在軌飛行和準(zhǔn)確返回預(yù)定著陸場(chǎng)區(qū)具有重要影響。

2008年9月２６日零時(shí)１６分，北京航天飛控中心向航天員乘組了解飛船工況和各自的身體狀況，并由地面控制人員與他們進(jìn)行了通話。

當(dāng)天凌晨４時(shí)０３分，在北京航天飛控中心的管控下，飛船啟動(dòng)變軌工作程序。指控大廳大屏幕上的三維動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)顯示，飛船尾部噴出橘黃色的火焰，加速飛行。

約６４秒鐘后，飛船又進(jìn)入了平穩(wěn)的飛行狀態(tài)。翟志剛向地面報(bào)告：“儀表顯示飛船變軌結(jié)束，完畢?！北本┖教祜w控中心根據(jù)飛船的外測(cè)數(shù)據(jù)分析計(jì)算判斷，變軌控制正常，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

原創(chuàng)試題

8. 點(diǎn)火經(jīng)過(guò)583 s的時(shí)間，火箭與飛船成功分離。飛船進(jìn)入近地點(diǎn)200 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)347 km的橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)。隨后在北京地面控制中心的精確控制下，飛船進(jìn)入了343 km的近圓軌道。在這個(gè)過(guò)程中（）

圖3

A. 推進(jìn)艙的火箭的噴氣方向與運(yùn)動(dòng)方向相同

B. 在火箭的推動(dòng)下，飛船的速度加大了

C. 在橢圓軌道與圓軌道交匯處，圓軌道的加速度變大

D. 飛船的機(jī)械能增大

9. 我國(guó)執(zhí)行載人航天飛行的神州七號(hào)飛船于2008年9月25日在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。飛船由運(yùn)載火箭先送入近地點(diǎn)為A、遠(yuǎn)地點(diǎn)為B的橢圓軌道，在B點(diǎn)實(shí)施變軌后，再進(jìn)入預(yù)定圓軌道，如圖所示。已知飛船在預(yù)定圓軌道上飛行n圈所用時(shí)間為t，近地點(diǎn)A距地面高度為h1，地球表面重力加速度為g，地球半徑為R。

圖4

求：（1）飛船在近地點(diǎn)A的加速度aA為多大？

（2）遠(yuǎn)地點(diǎn)B距地面的高度h2為多少？

10. 2008年9月26日４時(shí)03分，神舟七號(hào)載人飛船啟動(dòng)變軌程序，由橢圓軌道進(jìn)入近圓軌道，變?yōu)榫嗟孛娓叨萮=343 km的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)。已知地球半徑R=6.4×103 km，地面處的重力加速度g=10 m/s2。試導(dǎo)出飛船在上述圓軌道上運(yùn)行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后計(jì)算周期T的數(shù)值（保留兩位有效數(shù)字）。

11. 隨著我國(guó)神舟七號(hào)宇宙飛船的發(fā)射和回收成功，標(biāo)志著我國(guó)的航天技術(shù)已處世界第三的水平。如圖5所示，質(zhì)量為m的飛船繞地球在圓軌道Ⅰ上運(yùn)行時(shí)，半徑為r1，要進(jìn)入半徑為r2的更高的圓軌道Ⅱ，必須先加速進(jìn)入一個(gè)橢圓軌道Ⅲ，然后再進(jìn)入圓軌道Ⅱ。已知飛船在圓軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)速度大小為v，在A點(diǎn)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)向后以速度大小為u（對(duì)地）噴出一定質(zhì)量氣體，使飛船速度增加到v′進(jìn)入橢圓軌道Ⅲ。（已知量為：m、r1、r2、v、v′、u）

求：（1）飛船在軌道I上的速度和加速度大小。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)噴出氣體的質(zhì)量Δm。

圖5

素材觀察3：在軌運(yùn)行、完成任務(wù)

神船的飛行取得圓滿、完美的成功。在這段時(shí)間內(nèi)，神舟七號(hào)飛船及航天員完成了我國(guó)太空四個(gè)第一：航天員出艙、艙外空間材料研究、中繼試驗(yàn)衛(wèi)星和釋放伴飛小衛(wèi)星。航天員出艙活動(dòng)，讓我們中華民族第一次在太空留下了足跡，讓我們自行研制的“飛天”太空服經(jīng)受住了嚴(yán)峻的考驗(yàn)；艙外空間材料研究提高了我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)的效益；中繼衛(wèi)星的試驗(yàn)提高了我國(guó)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的傳輸能力和擴(kuò)大了測(cè)控的范圍；伴飛小衛(wèi)星的釋放為空間站的建立打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

原創(chuàng)試題

12. 在出艙之前，宇航員要穿好艙外宇航服。翟志剛穿好了我們自行研制的“飛天”艙外宇航服，它的質(zhì)量約120 kg，花了很長(zhǎng)的時(shí)間，用了很多的精力，才艱難地打開(kāi)了氣閘艙的艙門(mén)，來(lái)到了宇宙之中，在宇宙之中留下了我們中華民族的足跡。打開(kāi)氣閘艙的艙門(mén)為什么這么難呢（）

A. 宇航服的質(zhì)量太大了，對(duì)宇航員的作用力大

B. 因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ模蝗菀渍业街c(diǎn)

C. 氣閘艙的旋鈕卡死了，旋不動(dòng)

D. 氣閘艙的氣壓不等于零，對(duì)艙門(mén)仍就有一定的壓力

13. 這次“神七”飛船一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行與天鏈一號(hào)衛(wèi)星試驗(yàn)性通訊聯(lián)絡(luò)。天鏈一號(hào)于“神七”發(fā)射前發(fā)射，且定點(diǎn)于東經(jīng)77度的赤道上空。當(dāng)“神七”飛船進(jìn)行343 km的近圓軌道上運(yùn)行時(shí)，與天鏈一號(hào)相比（）

圖6

A. “神七”飛船的速度比天鏈一號(hào)大

B. “神七”飛船的角速度比天鏈一號(hào)角速度大

C. “神七”飛船的加速度比天鏈一號(hào)加速度小

D. “神七”飛船的向心力比天鏈一號(hào)向心力小

14. “神七”飛船在這次飛行的一個(gè)重要任務(wù)：出艙活動(dòng)，進(jìn)入太空，取回空間實(shí)驗(yàn)固體潤(rùn)滑材料。在宇航員以很慢的速度離開(kāi)飛船進(jìn)入太空的過(guò)程中（不考慮對(duì)飛船的擾動(dòng)），“神七”飛船仍然在原來(lái)軌道上運(yùn)動(dòng)。則（）

圖7

A. 飛船的速度增加，因?yàn)轱w船的質(zhì)量減小了

B. 飛船的加速度增大，因?yàn)轱w船的質(zhì)量減小了

C. 電臍帶對(duì)宇航員有力的作用

D. 電臍帶對(duì)宇航員沒(méi)有力的作用

15. “神七”飛船在這次飛行的另一重要任務(wù)：釋放小伴星。飛船在圓軌道飛行的過(guò)程中，以緩慢的速度釋放一質(zhì)量為40 kg的小伴星。對(duì)（整個(gè)飛船的質(zhì)量約為8噸）飛船及小伴星系統(tǒng)（）

圖8

A. 飛船與小伴星系統(tǒng)動(dòng)量守恒

B. 飛船與小伴星系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，因仍受地球的引力作用

C. 系統(tǒng)動(dòng)量守恒，因系統(tǒng)處于完全失重狀態(tài)，沒(méi)有作用

D. 系統(tǒng)在圓軌道切線方向的動(dòng)量守恒

16. 由神舟七號(hào)的成功發(fā)射可以預(yù)見(jiàn)，隨著航天員在軌道艙內(nèi)停留時(shí)間的增加，體育鍛煉成了一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，下列器材適宜航天員在軌道艙中進(jìn)行鍛煉的是（）

A． 啞鈴 B． 彈簧拉力器

C． 單杠 D． 跑步機(jī)

17. 神舟七號(hào)的軌道艙既是航天員的生活艙，又是航天員出艙活動(dòng)的“過(guò)渡”地帶，即氣閘艙。因此，在進(jìn)入第二階段——出艙準(zhǔn)備與過(guò)閘段后，航天員要做的第一件事就是把軌道艙里的某些物品轉(zhuǎn)移到返回艙。這些物品包括食品、供水器、飲水嘴、尿液儲(chǔ)箱管路、手持?jǐn)z像機(jī)、醫(yī)學(xué)檢查用的血乳酸儀，等等。為什么要把這些東西搬回返回艙（）

A. 由于出艙活動(dòng)前軌道艙要泄壓， 這些物品會(huì)隨著氣體的流動(dòng)而撞擊艙壁

B. 泄壓完畢， 打開(kāi)艙蓋時(shí)這些物品會(huì)隨著氣流而飛出艙外

C. 由于出艙活動(dòng)前軌道艙要泄壓， 這些物品會(huì)隨著氣體的流動(dòng)而撞擊航天員

D. 這些物品不能承受低壓

18. 神舟七號(hào)搭載的航天員翟志剛于2008年9月27日16時(shí)41分頭先腳后飄出船艙，開(kāi)始沿著軌道艙壁活動(dòng)。他在19分35秒的艙外活動(dòng)中飛過(guò)了9165公里，成為中國(guó)“飛得最高、走得最快”的人。此時(shí)飛船在距地343 km的近圓軌道上飛行。若地球表面的重力加速度和地球的半徑為已知條件，則（）

A. 可以計(jì)算神舟七號(hào)飛船繞地球飛行的線速度

B. 可以計(jì)算神舟七號(hào)飛船繞地球飛行的加速度

C. 可以計(jì)算神舟七號(hào)飛船繞地球飛行的周期

D. 神舟七號(hào)飛船繞地球的太空飛行速度比月球繞地球運(yùn)行的速度要小

19. 神舟七號(hào)飛船搭載的伴飛小衛(wèi)星于北京時(shí)間27日19時(shí)24分成功釋放。這是我國(guó)首次在航天器上開(kāi)展微小衛(wèi)星伴隨飛行試驗(yàn)。釋放過(guò)程中先由地面遙控發(fā)出釋放指令，固定螺栓爆炸，包帶解鎖，伴星由彈簧機(jī)構(gòu)推出進(jìn)入既定軌道，開(kāi)始第一階段定向觀測(cè)任務(wù)。已知釋放過(guò)程伴飛小衛(wèi)星相對(duì)飛船向后運(yùn)動(dòng)，若不進(jìn)行軌道調(diào)控，則有（）