空间技术2013
99页1、第八章 绪论第九章 航天器的轨道第十章 航天器的姿态动力学与控制第十一章 人在地球卫星的结构第十二章 航天器的温度控制第十三章 航天器的遥测遥控和测控地面站第十四章 航天器的返回第十五章 载人航天器,航天技术是指人类如何进入外层空间(150km以上)、利用和 开发外层空间资源的技术。,第八章 绪论,8.1 航天技术发展史 8.1.1 航天活动 发射人造地球卫星 载人航天(发射载人飞船、航天飞机、空间站) 月球探测(发射无人探测器和登月飞船) 行星探测(金星、火星、水星 木星、土星、天王星、海王星、冥王星),1957年10月4日 苏联发射第一颗人造卫星1961年4月12日 苏联发射第一艘载人飞船1969年7月21日 美国阿波罗11号登月舱登陆月球。1981年4月12日 美国“哥伦比亚”号航天飞机首航成功。1984年美国“挑战者”号航天飞机凌空爆炸,7名宇航员丧生。,8.2 航天技术内容1)航天器技术 2)运载器技术 3)地面测控技术4)发射技术 5)空间运用技术,第八章 绪论,地面测控技术:研究和实现对运行中的航天器进行 监视、控制和管理的技术,地面测控由测控中心和分布在各地的测控台、站
2、 (测量船和飞机)进行 。,我国的航天测控网:以卫星测控中心(北京、西安、酒泉)为中枢,以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。,测控中心,我国航天测控网,发射场的功能:完成运载火箭和航天器的装配、测试和发射。发射场的组成:技术阵地、发射阵地、发射指挥控制中心、 地面测控系统。,8.3 航天器的分类,航天器可分为无人航天器和载人航天器两类。,第八章 绪论,8.6 航天器飞行环境,8.6.1 宇宙,太阳系 太阳系由太阳、八大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)、矮行星及卫星、小行星、彗星、流星体、行星际物质组成。,第八章 绪论,地球地球是椭球体,短轴与地球自转轴重合,长轴在赤道平面内。长半轴:a=6378.16km短半轴:b=6356.86km扁率:a=(a-b)/a=1/298.25黄道面:地球绕太阳公转的面。,银河系 扁平的、略似铁饼状的外形,绕中心处旋转。直径约10万光年,中心部位厚度约1.5万光年,太阳离银河系中心约2.7万光年。银河系内有2000多亿颗恒星。,河外星系 河外星系是宇宙中与银河系类似的天体系统。到20世纪末已观测确
3、认的河外星系有1250多亿个。,银河系,8.6.2 航天器飞行环境,温度环境真空环境微重力环境高能粒子的辐照环境,1. 温度环境,1)太阳辐射(航天器的主要外热源) 太阳常数S:表示太阳辐射能量的一个物理量。是地球大气层外在日地平均距离处,垂直于太阳光线的单位面积上在单位时间内接收到的辐射能量,单位W/m2, 通常取S=135321 W/m2 。 2)深空背景温度4K :宇宙空件背景的辐射能量极小,仅为10-5W/m2,相当于4K绝对黑体辐射。,高低温交变:太阳照射的一面温度达到200C,面向深空的一面 温度可达-100 C。,2. 真空环境,表1 真空度的划分,真空放电效应辐射传热真空出气效应材料蒸发、升华和分解粘着和冷焊效应,3. 微重力环境,对航天器的姿态和轨道稳定性有影响。对航天员的生理健康有影响,易疲劳。使航天器的结构设计发生了变化(用很小的力移动展开大型构件)。,微重力环境:天体的引力被与其方向相反的惯性力大部分抵消后,剩余的微弱重力环境,称微重力环境,微重力环境中的重力加速度大小约为10-3g 10-6g。,4. 高能粒子辐照环境,1)地球辐射带2)太阳宇宙线由太阳活动产
4、生的高能、高通量带电粒子流。3)银河宇宙线来源于太阳系以外银河的通量很低,但能量很高的带电粒子,空间辐射效应:高能带电粒子与航天器上的电子元器件相互作用。空间粒子辐射可能对航天员身体做成损伤。对通信、测控、导航造成干扰。,地球辐射带,人造地球卫星轨道是指绕地球运行的轨道,但是从发射到回收考虑在内,它包括发射轨道、运行轨道和返回轨道。,第十章 航天器的轨道,10.1 人造地球卫星发射,发射前准备工作程序卫星发射过程直接入轨滑 行 入 轨转移轨道入轨停泊轨道入轨,滑行入轨,图10.4 滑行入轨,10.2 中心力场中质点运动规律,质点在中心力场中运动时,动量矩是守恒的。,质点在中心力场中运动时,能量是守恒的。,a,a,b,b,l,F,r,A,ra,rp,P,ea,开普勒三定律,在dt时间内,矢量r扫过的面积为:,从而:,对椭圆轨道来讲,其面积为ab,则轨道周期为:,10.3 三个宇宙速度和地球静止轨道卫星发射速度,第一宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度地球静止轨道卫星发射速度环绕速度和轨道周期,定义:忽略大气阻力的情况下,一个物体沿地球表面飞行的速度。,r=R, e=0, =0,,由,第一宇宙
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