“神七”问天

王晓斌　徐天才　金晨曲　陆日成

2008年9月25日21时10分，随着酒泉卫星发射中心零号指挥员的“点火”口令的发出，长征二号F型火箭带着神舟七号飞船稳稳的起飞，直刺苍穹。带着我们中国人千年飞天梦想，带着祖国亿万人民的牵挂，顺利地升空。

神舟七号飞天成功，标志着中国载人航天工程“三步走战略”的第二步取得突破性进展。这一伟大壮举再次向世人昭示，勤劳智慧的中国人民有志气、有信心、有能力不断创造出非凡的业绩，为推动人类文明进步做出重要的贡献。

飞天梦想，千年夙愿。从１９９９年神舟一号初样产品上天到神舟二号各种技术状态与真正载人时一样，从神舟三号装载形体假人升空到神舟四号载人航天所涉及的各系统全面启动，从神舟五号“一人一天”、神舟六号“两人多天”航天飞行到神舟七号航天员出舱活动，中国载人航天工程在短短９年间实现了７次重大突破。这是我国改革开放和社会主义现代化建设的又一伟大成就，是中国人民自强不息、自主创新的又一辉煌篇章，是中华民族伟大复兴征程上的又一壮丽凯歌。

素材观察1：发射

2008年9月25日21时10分，长征二号F型运载火箭点火，480吨重的火箭在604吨的巨大推力作用下腾空而起，载着翟志刚、刘伯明、景海鹏等3位航天员的神舟七号飞船开始了环绕地球的飞行之旅。相当于５倍自身体重的过载压力，把翟志刚、刘伯明、景海鹏重重地压在座椅上。身着14.5公斤重舱内航天服的３位航天员蜷曲着双腿，如同安睡在母亲子宫中的胎儿。第583秒，火箭以7.5公里／秒的速度，将飞船送到近地点200公里、远地点350公里的椭圆轨道入口。

长征二号F运载火箭（CZ-2F）是在长二捆火箭的基础上，按照发射载人飞船的要求，以提高可靠性、确保安全性为目标研制的运载火箭。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成，是目前我国所有运载火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭。运载火箭有箭体结构、控制系统、动力装置、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、推进剂利用系统、附加系统、地面设备等十个分系统，为兼顾卫星的发射，保留了有效载荷调姿定向系统的接口和安装位置。故障检测处理系统和逃逸系统是为确保航天员的安全而增加的，其作用是在飞船入轨前，监测运载火箭状态，若发生重大故障，使载有航天员的飞船安全地脱离危险区。该火箭全长58.3米，起飞推力604吨，运载能力为8.1吨。火箭芯级直径为3.35米。火箭起飞重量为479吨。火箭的可靠性为0.97，安全性为0.997。0.97的可靠性就是说100次发射里，只有３次火箭可能出现问题；0.997的安全性是指火箭出现1 000次问题里，可能有３次会危及航天员的生命安全。所以说，它是我国目前安全系数最高的运载火箭之一。

原创试题

1. 观众通过现场直播可以同步观看神舟七号的发射盛况，如图1所示为电视屏幕上火箭拖着长长的火焰向空中飞去的壮观场景。在火箭发射阶段，存在以下认识，其中正确的是（）

A. 在观众研究火箭上升轨迹时火箭可以看作质点

B. 在控制室里的科技工作者研究火箭状态控制时把火箭看作质点

C. 观众看到火箭在发射时相对于发射架加速上升

D. 处于飞船密闭舱中的翟志刚可看到刘伯明正在向上运动

2. “神七”点火发射后，经过12 s的加速，到达的高度是211 m，进入第一次程序性转弯。在飞船返回过程中，进入大气层，先后打开三种降落伞，以减小其速度。则下列说法中正确的是（）

A. 在点火上升时，由于速度较小，宇航员对座椅的压力等于它们的重力

B. 在点火上升时，由于加速度向上，所以宇航员对座椅的压力大于他们的重力

C. 返回降落时，由于速度向下，宇航员对座椅的压力小于他们的重力

D. 返回降落时，宇航员对座椅的压力大于他们的重力。因为他们处于超重状态

3. 在以往的航天飞行任务中，火箭起飞126 s后出现了逐渐增大的纵向单频振动，频率约为8 Hz，给航天员带来不适，工程上称为“8 Hz”问题。在这次神七的飞行中，发射火箭使用了变能量蓄压器来抑制振动，使其振动大大降低，提高了宇航员的舒适程度。下列说法中正确是（）

A. 宇航员自身纵向单频振动的频率也是8 Hz，发生共振

B. 宇航员自身纵向单频振动的频率接近8 Hz，发生受迫振动，产生了较大的振幅

C. 变能量蓄压器改变了宇航员装置的固有频率，远离8 Hz，减小振动的振幅，提高了舒适度

D. 变能量蓄压器改变了宇航员装置的固有频率，使之等于8 Hz，从而使振动消失。

4. 一中学生为即将发射的神州七号载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化如图2，拴在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值，当加速度方向竖直向上时电压表的示数为正。这个装置在“神州七号”载人飞船发射、运行和回收过程中，下列说法中不正确的是（）

图2

A. 飞船在竖直减速上升的过程中，处于失重状态，电压表的示数为负

B. 飞船在竖直减速返回地面的过程中，处于超重状态，电压表的示数为正

C. 飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零

D. 飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为负

5. 我国成功发射了神州七号载人飞船，成为世界上第三个掌握了载人航天出舱技术的国家。飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中返回舱的机械能是守恒的（）

A. 飞船升空的阶段

B. 飞船椭圆轨道上饶地球运行的阶段

C. 返回舱与轨道舱分离后，在大气层以外向着地球做无动力飞行阶段

D. 返回舱进入大气层运动一段时间，减速伞打开后的下降阶段

6. 根据素材观察1中的信息，设航天员连航天服质量约为80 kg，若火箭飞行中航天员承受的最大过载压力约为自身体重的五倍，试求：

（1）火箭点火离地时，航天员对“座椅”的压力为多大？

（2）火箭在上升过程中的最大加速度约为多大？

7. 地球表面的重力加速度g，地球半径R，某物体的质量为ｍ，将它放置在神州七号飞船中。飞船以a=4 g的加速度随火箭上升的过程中，求当物体与飞船中的支持物的相互挤压力为ＦＮ=mg时，飞船到地球表面的距离。

素材观察2：变轨

神舟七号飞船于2008年9月２６日４时０４分按计划完成变轨控制，进入距地球表面约３４３公里的近圆轨道。航天员体温、血压等各项生理指标正常。

据有关专家介绍，飞船发射升空后，进入距地球表面近地点高度约２００公里、远地点高度约３４７公里的椭圆轨道。实施变轨控制，就是将飞船推入距地球表面约３４３公里的近圆工作轨道。能否实施精确变轨，对飞船能否按计划在轨飞行和准确返回预定着陆场区具有重要影响。

2008年9月２６日零时１６分，北京航天飞控中心向航天员乘组了解飞船工况和各自的身体状况，并由地面控制人员与他们进行了通话。

当天凌晨４时０３分，在北京航天飞控中心的管控下，飞船启动变轨工作程序。指控大厅大屏幕上的三维动画实时显示，飞船尾部喷出橘黄色的火焰，加速飞行。

约６４秒钟后，飞船又进入了平稳的飞行状态。翟志刚向地面报告：“仪表显示飞船变轨结束，完毕。”北京航天飞控中心根据飞船的外测数据分析计算判断，变轨控制正常，达到了预期目标。

原创试题

8. 点火经过583 s的时间，火箭与飞船成功分离。飞船进入近地点200 km，远地点347 km的椭圆轨道绕地球运动。随后在北京地面控制中心的精确控制下，飞船进入了343 km的近圆轨道。在这个过程中（）

图3

A. 推进舱的火箭的喷气方向与运动方向相同

B. 在火箭的推动下，飞船的速度加大了

C. 在椭圆轨道与圆轨道交汇处，圆轨道的加速度变大

D. 飞船的机械能增大

9. 我国执行载人航天飞行的神州七号飞船于2008年9月25日在中国酒泉卫星发射中心发射升空。飞船由运载火箭先送入近地点为A、远地点为B的椭圆轨道，在B点实施变轨后，再进入预定圆轨道，如图所示。已知飞船在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t，近地点A距地面高度为h1，地球表面重力加速度为g，地球半径为R。

图4

求：（1）飞船在近地点A的加速度aA为多大？

（2）远地点B距地面的高度h2为多少？

10. 2008年9月26日４时03分，神舟七号载人飞船启动变轨程序，由椭圆轨道进入近圆轨道，变为距地面高度h=343 km的轨道上做圆周运动。已知地球半径R=6.4×103 km，地面处的重力加速度g=10 m/s2。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后计算周期T的数值（保留两位有效数字）。

11. 随着我国神舟七号宇宙飞船的发射和回收成功，标志着我国的航天技术已处世界第三的水平。如图5所示，质量为m的飞船绕地球在圆轨道Ⅰ上运行时，半径为r1，要进入半径为r2的更高的圆轨道Ⅱ，必须先加速进入一个椭圆轨道Ⅲ，然后再进入圆轨道Ⅱ。已知飞船在圆轨道Ⅱ上运动速度大小为v，在A点通过发动机向后以速度大小为u（对地）喷出一定质量气体，使飞船速度增加到v′进入椭圆轨道Ⅲ。（已知量为：m、r1、r2、v、v′、u）

求：（1）飞船在轨道I上的速度和加速度大小。

（2）发动机喷出气体的质量Δm。

图5

素材观察3：在轨运行、完成任务

神船的飞行取得圆满、完美的成功。在这段时间内，神舟七号飞船及航天员完成了我国太空四个第一：航天员出舱、舱外空间材料研究、中继试验卫星和释放伴飞小卫星。航天员出舱活动，让我们中华民族第一次在太空留下了足迹，让我们自行研制的“飞天”太空服经受住了严峻的考验；舱外空间材料研究提高了我国空间实验的效益；中继卫星的试验提高了我国卫星数据的传输能力和扩大了测控的范围；伴飞小卫星的释放为空间站的建立打下了坚实的基础。

原创试题

12. 在出舱之前，宇航员要穿好舱外宇航服。翟志刚穿好了我们自行研制的“飞天”舱外宇航服，它的质量约120 kg，花了很长的时间，用了很多的精力，才艰难地打开了气闸舱的舱门，来到了宇宙之中，在宇宙之中留下了我们中华民族的足迹。打开气闸舱的舱门为什么这么难呢（）

A. 宇航服的质量太大了，对宇航员的作用力大

B. 因为力的作用是相互的，不容易找到着力点

C. 气闸舱的旋钮卡死了，旋不动

D. 气闸舱的气压不等于零，对舱门仍就有一定的压力

13. 这次“神七”飞船一个重要任务就是进行与天链一号卫星试验性通讯联络。天链一号于“神七”发射前发射，且定点于东经77度的赤道上空。当“神七”飞船进行343 km的近圆轨道上运行时，与天链一号相比（）

图6

A. “神七”飞船的速度比天链一号大

B. “神七”飞船的角速度比天链一号角速度大

C. “神七”飞船的加速度比天链一号加速度小

D. “神七”飞船的向心力比天链一号向心力小

14. “神七”飞船在这次飞行的一个重要任务：出舱活动，进入太空，取回空间实验固体润滑材料。在宇航员以很慢的速度离开飞船进入太空的过程中（不考虑对飞船的扰动），“神七”飞船仍然在原来轨道上运动。则（）

图7

A. 飞船的速度增加，因为飞船的质量减小了

B. 飞船的加速度增大，因为飞船的质量减小了

C. 电脐带对宇航员有力的作用

D. 电脐带对宇航员没有力的作用

15. “神七”飞船在这次飞行的另一重要任务：释放小伴星。飞船在圆轨道飞行的过程中，以缓慢的速度释放一质量为40 kg的小伴星。对（整个飞船的质量约为8吨）飞船及小伴星系统（）

图8

A. 飞船与小伴星系统动量守恒

B. 飞船与小伴星系统动量不守恒，因仍受地球的引力作用

C. 系统动量守恒，因系统处于完全失重状态，没有作用

D. 系统在圆轨道切线方向的动量守恒

16. 由神舟七号的成功发射可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是（）

A． 哑铃 B． 弹簧拉力器

C． 单杠 D． 跑步机

17. 神舟七号的轨道舱既是航天员的生活舱，又是航天员出舱活动的“过渡”地带，即气闸舱。因此，在进入第二阶段——出舱准备与过闸段后，航天员要做的第一件事就是把轨道舱里的某些物品转移到返回舱。这些物品包括食品、供水器、饮水嘴、尿液储箱管路、手持摄像机、医学检查用的血乳酸仪，等等。为什么要把这些东西搬回返回舱（）

A. 由于出舱活动前轨道舱要泄压， 这些物品会随着气体的流动而撞击舱壁

B. 泄压完毕， 打开舱盖时这些物品会随着气流而飞出舱外

C. 由于出舱活动前轨道舱要泄压， 这些物品会随着气体的流动而撞击航天员

D. 这些物品不能承受低压

18. 神舟七号搭载的航天员翟志刚于2008年9月27日16时41分头先脚后飘出船舱，开始沿着轨道舱壁活动。他在19分35秒的舱外活动中飞过了9165公里，成为中国“飞得最高、走得最快”的人。此时飞船在距地343 km的近圆轨道上飞行。若地球表面的重力加速度和地球的半径为已知条件，则（）

A. 可以计算神舟七号飞船绕地球飞行的线速度

B. 可以计算神舟七号飞船绕地球飞行的加速度

C. 可以计算神舟七号飞船绕地球飞行的周期

D. 神舟七号飞船绕地球的太空飞行速度比月球绕地球运行的速度要小

19. 神舟七号飞船搭载的伴飞小卫星于北京时间27日19时24分成功释放。这是我国首次在航天器上开展微小卫星伴随飞行试验。释放过程中先由地面遥控发出释放指令，固定螺栓爆炸，包带解锁，伴星由弹簧机构推出进入既定轨道，开始第一阶段定向观测任务。已知释放过程伴飞小卫星相对飞船向后运动，若不进行轨道调控，则有（）