空间技术课程学习.pptx

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1、会计学1空间空间(kngjin)技术技术第一页，共97页。1957年10月4日 苏联发射(fsh)第一颗人造卫星1961年4月12日 苏联发射(fsh)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。第1页/共97页第二页，共97页。8.2 8.2 航天技术内容航天技术内容1 1）航天器技术）航天器技术 2 2）运载器技术）运载器技术 3 3）地面测控技术）地面测控技术4 4）发射技术）发射技术 5 5）空间）空间(kngjin)(kngjin)运运用技术用

2、技术第八章 绪论(xln)第2页/共97页第三页，共97页。n n地面测控技术地面测控技术(jsh)(jsh)：研究和实现对运行中的：研究和实现对运行中的航天器进行航天器进行n n 监视、控制和管理的技术监视、控制和管理的技术(jsh)(jsh)地面测控由测控中心和分布在各地的测控台、站 (测量船和飞机(fij)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(hu dng)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第3页/共97页第四页，共97页。n n发射场的功能：完成运载火箭和航天器的装配、测试和发射。发射场的功能：完成运

3、载火箭和航天器的装配、测试和发射。n n发射场的组成发射场的组成(z chn)(z chn)：技术阵地、发射阵地、发射指挥控制中心、：技术阵地、发射阵地、发射指挥控制中心、n n 地面测控系统。地面测控系统。酒泉卫星发射中心酒泉卫星发射中心我国的第一个航天发射场，我国的第一个航天发射场，始建于始建于1958年年太太原原卫卫星星发发射射中中心心承承接接太太阳阳同同步步轨轨道道和和极极地地轨轨道道航航天天器器的的发发射射西昌卫星发射中心西昌卫星发射中心发射地球同步轨道卫星发射地球同步轨道卫星海南发射场海南发射场（2009年）年）地球同步轨道卫星、大地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空质量极轨

4、卫星、大吨位空间站和深空探测卫星间站和深空探测卫星第4页/共97页第五页，共97页。8.3 航天器的分类(fn li)航天器可分为(fn wi)无人航天器和载人航天器两类。第5页/共97页第六页，共97页。第八章 绪论(xln)8.6 航天器飞行(fixng)环境宇宙宇宙(yzhu)(yzhu)太阳系太阳系 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6页/共97页第七页，共97页。第八章 绪论(xln)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=63

5、56.86km扁率：a=(a-b)/a=1/298.25黄道面：地球绕太阳(tiyng)公转的面。第7页/共97页第八页，共97页。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(tiyng)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(li s)的天体系统。到20世纪末已观测确认的河外星系有1250多亿个。银河系第8页/共97页第九页，共97页。航天器飞行航天器飞行航天器飞行航天器飞行(fixng)(fixng)(fixng)(fixng)环境环境环境环境温度温度温度温度(wnd)(wnd

6、)环境环境环境环境真空环境真空环境真空环境真空环境微重力环境微重力环境微重力环境微重力环境高能粒子的辐照环境高能粒子的辐照环境高能粒子的辐照环境高能粒子的辐照环境第9页/共97页第十页，共97页。1.1.温度温度温度温度(wnd)(wnd)环境环境环境环境1）太阳辐射）太阳辐射(航天器的主要外热源航天器的主要外热源)太阳常数太阳常数S：表示太阳辐射能量的一个物理量。是地球大气层外在：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，单位到的辐射能量，单位W/m2,通常取通

7、常取S=135321 W/m2。2）深空背景）深空背景(bijng)温度温度4K：宇宙空件背景：宇宙空件背景(bijng)的辐射能量极的辐射能量极小，仅为小，仅为10-5W/m2,相当于相当于4K绝对黑体辐射。绝对黑体辐射。高低温交变：太阳高低温交变：太阳(tiyng)照射的一面温度达到照射的一面温度达到200C,面向深空的一面面向深空的一面 温度可达温度可达-100 C。第10页/共97页第十一页，共97页。2.2.真空真空真空真空(zhn(zhnkng)kng)环境环境环境环境真空区域粗真空低真空高真空高真空超高真空超高真空极高真空极高真空范围/Pa10510310310-110-110-

8、610-610-1220000表1 真空度的划分(hu fn)真空真空(zhnkng)放电效应放电效应辐射传热辐射传热真空真空(zhnkng)出气效应出气效应材料蒸发、升华和分解材料蒸发、升华和分解粘着和冷焊效应粘着和冷焊效应第11页/共97页第十二页，共97页。3.3.3.3.微重力环境微重力环境微重力环境微重力环境(hunjng)(hunjng)(hunjng)(hunjng)对航天器的姿态和轨道稳定性有影响对航天器的姿态和轨道稳定性有影响(yngxing)。对航天员的生理健康有影响对航天员的生理健康有影响(yngxing)，易疲劳。，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

9、开大型构件）。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：天体微重力环境：天体(tint)的引力被与其方向相反的惯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境，微重力环境中的重力加速度大小约为10-3g 10-6g。第12页/共97页第十三页，共97页。4.4.高能粒子高能粒子高能粒子高能粒子(lz)(lz)辐照环境辐照环境辐照环境辐照环境1）地球辐射带）地球辐射带2）太阳宇宙线）太阳宇宙线由太阳活动产生的高能、高通量带电粒子流。由太阳活动产生的高能、高

10、通量带电粒子流。3）银河）银河(ynh)宇宙线宇宙线来源于太阳系以外银河来源于太阳系以外银河(ynh)的通量很低，但能量很的通量很低，但能量很高的带电粒子高的带电粒子空间辐射效应空间辐射效应:高能带电粒子与航天器上的电子元器件相互作用。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空间粒子辐射可能对航天员身体(shnt)做成损伤。做成损伤。对通信、测控、导航造成干扰。对通信、测控、导航造成干扰。地球辐射带第13页/共97页第十四页，共97页。人造地球卫星轨道人造地球卫星轨道(gudo)是指绕地球运行的轨道是指绕地球运行的轨道(gudo)，但，但是从发射到回收考虑在内，

11、它包括发射轨道是从发射到回收考虑在内，它包括发射轨道(gudo)、运行轨道、运行轨道(gudo)和返回轨道和返回轨道(gudo)。第十章第十章第十章第十章 航天器的轨道航天器的轨道航天器的轨道航天器的轨道(gudo)(gudo)(gudo)(gudo)发射点发射轨道入轨点运行轨道运行轨道速度制动速度落点返回轨道制动火箭点火地球图10.1 人造地球卫星的轨道第14页/共97页第十五页，共97页。10.1 10.1 10.1 10.1 人造地球卫星人造地球卫星人造地球卫星人造地球卫星(wixng)(wixng)(wixng)(wixng)发射发射发射发射发射前准备工作程序发射前准备工作程序卫星发射

12、过程卫星发射过程直接直接(zhji)(zhji)入轨入轨滑滑 行行 入入 轨轨转移轨道入轨转移轨道入轨停泊轨道入轨停泊轨道入轨第15页/共97页第十六页，共97页。研制工厂研制工厂技术阵地技术阵地铁路（空中）运输铁路（空中）运输运载火箭检测运载火箭检测卫星检测卫星检测装飞行胶片装飞行胶片及拉片检查及拉片检查通外电、阻值通外电、阻值线路检查及充线路检查及充压充气试验压充气试验公路运输公路运输精精 瞄瞄待待 射射姿姿 控控程程 控控遥遥 控控跟跟 踪踪遥遥 测测照照 相相回回 收收综合配电综合配电分解产品分解产品单元测试单元测试系统检查系统检查模拟飞行模拟飞行（拍照）（拍照）参加运载火参加运载火箭

13、总检查箭总检查紧急关机检查紧急关机检查再总装及检查再总装及检查转转 运运发射阵地发射阵地吊装起竖与吊装起竖与火箭对接火箭对接粗粗 瞄瞄分系统检测分系统检测总检查总检查加注前的准备加注前的准备加加 注注射前准备射前准备发发 射射公路运输公路运输（略）第16页/共97页第十七页，共97页。滑行滑行滑行滑行(huxng(huxng(huxng(huxng)入轨入轨入轨入轨图10.4 滑行(huxng)入轨第一级第二级第三级卫 星地 球第17页/共97页第十八页，共97页。第18页/共97页第十九页，共97页。10.2 10.2 10.2 10.2 中心力场中质点运动中心力场中质点运动中心力场中质点运

14、动中心力场中质点运动(yndng)(yndng)(yndng)(yndng)规律规律规律规律质点在中心力场中运动质点在中心力场中运动(yndng)(yndng)时，动量矩是守恒的。时，动量矩是守恒的。质点在中心力场中运动时，质点在中心力场中运动时，能量能量(nngling)(nngling)是守恒的。是守恒的。图10.9 中心力场中质点P的速度o地球飞行轨道第19页/共97页第二十页，共97页。e1e=10e1地球e=0aabblFrArarpPea第20页/共97页第二十一页，共97页。开普勒第一定律：所有行星都以太阳为焦点的椭圆轨道上运行。开普勒三定律开普勒三定律开普勒三定律开普勒三定律(

15、dngl(dngl)第21页/共97页第二十二页，共97页。在dt时间(shjin)内，矢量r扫过的面积为：从而(cng r)：FPVrdr d图10.12 dt时间内扫过的面积开普勒第二定律：单位时间内矢量r扫过的面积为常数。第22页/共97页第二十三页，共97页。对椭圆轨道(gudo)来讲，其面积为ab,则轨道(gudo)周期为：开普勒第三定律：轨道周期与轨道长半轴的二分之三次方成正比。第23页/共97页第二十四页，共97页。10.3 10.3 10.3 10.3 三个宇宙速度和地球静止三个宇宙速度和地球静止三个宇宙速度和地球静止三个宇宙速度和地球静止(jngzh)(jngzh)(jngz

16、h)(jngzh)轨道卫星发射速度轨道卫星发射速度轨道卫星发射速度轨道卫星发射速度第一宇宙速度第一宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度地球地球(dqi)静止轨道卫星发射速度静止轨道卫星发射速度环绕速度和轨道周期环绕速度和轨道周期第24页/共97页第二十五页，共97页。定义：忽略大气阻力(zl)的情况下，一个物体沿地球表面飞行的速度。r=R,e=0,=0，由可以得到:第一宇宙速第一宇宙速度度Rv1地球第一第一(dy)宇宙宇宙速度速度第25页/共97页第二十六页，共97页。定义：在地球表面上发射空间飞行器，使它脱离(tul)地球引力场所需要的最小速度。因为(yn wi)r=R,

17、e=1,=0，所以e=1v2R地球第二宇宙速第二宇宙速度度第二第二(d r)宇宇宙速度宙速度第26页/共97页第二十七页，共97页。第三宇宙速度：地球上发射一个空间飞行器，使它脱离第三宇宙速度：地球上发射一个空间飞行器，使它脱离(tul)太阳引力场所需要的最小速度。太阳引力场所需要的最小速度。1.求从地球轨道上脱离太阳引力场所需的最小速度求从地球轨道上脱离太阳引力场所需的最小速度vS22.求地球公转速度求地球公转速度vE3.求航天器脱离太阳引力场，求航天器脱离太阳引力场，相对地球需要相对地球需要(xyo)增加的速度增加的速度vS2/E地球太阳vS2RSvE第27页/共97页第二十八页，共97页

18、。地球静止轨道卫星：卫星的周期与地球自地球静止轨道卫星：卫星的周期与地球自地球静止轨道卫星：卫星的周期与地球自地球静止轨道卫星：卫星的周期与地球自转周期相同，卫星的轨道为赤道转周期相同，卫星的轨道为赤道转周期相同，卫星的轨道为赤道转周期相同，卫星的轨道为赤道(chdo)(chdo)上空的圆轨道。上空的圆轨道。上空的圆轨道。上空的圆轨道。地球静止轨道卫星发射速度地球静止轨道卫星发射速度轨道(gudo)高度35786km地球r4R地球静止轨道卫星v4Cv4第28页/共97页第二十九页，共97页。环绕速度vc:离地面(dmin)h高的圆轨道上的飞行速度。轨道(gudo)周期T因为(yn wi)r=R

19、+h,e=0,=0，vc=v第29页/共97页第三十页，共97页。10.4 10.4 10.4 10.4 轨道轨道轨道轨道(gudo)(gudo)(gudo)(gudo)根数根数根数根数定义：确定(qudng)卫星的空间位置所需要的参数。确定轨道平面的位置 升交点(jiodin)赤经、轨道倾角i 确定轨道形状 半长轴 a、偏心率e 确定轨道在轨道面内的位置 近地点角距确定卫星在轨道上的位置 真近点角图10.4 轨道根数第30页/共97页第三十一页，共97页。轨道轨道轨道轨道(gu(gu do)do)分分分分类类类类赤道轨道，卫星轨道在赤道平面内，地球同步轨道卫星的轨道属于这种轨道。顺行轨道，多

20、数卫星采用这种轨道，因为它利用地球自转速度，从而节省发射需要的能量。极轨道，在极轨道上，卫星可以观测整个地球，因此地球资源卫星、全球侦察卫星采用这种轨道。逆行轨道，由于地球自转速度起负作用，发射需要的能量增加，因此一般不采用这种轨道。第31页/共97页第三十二页，共97页。轨道控制的含义(hny)1.轨道修正 受月球、太阳、行星(xngxng)的引力，太阳风和辐射压力，微薄大气阻力等干扰力的作用，使航天器偏离预定轨道。2.变轨 某些任务的需要，如返回、交会对接轨道控制的分类(fn li)1.1.轨道面内轨道控制轨道面内轨道控制 2.2.轨道面的控制轨道面的控制轨道控制的实现 轨道控制是通过调节

21、火箭发调节火箭发动机的推力方向动机的推力方向 和火箭发动机火箭发动机工作时间工作时间来实现。10.510.510.510.5轨道控制轨道控制轨道控制轨道控制第32页/共97页第三十三页，共97页。轨道(gudo)面内轨道(gudo)控制 航天器的原轨道和目标轨道在同一平同一平面内面内时，改变航天器的飞行速度的大小和方向，由原轨道转移到目标轨道，称同轨道面内的轨道控制。ab地球原轨道目标轨道转移轨道霍曼轨道转移霍曼轨道转移第33页/共97页第三十四页，共97页。轨道(gudo)面的控制 当原飞行轨道和目标轨道 不在一不在一个平面内个平面内 时，则需要控制轨道面。轨道面的控制是在圆轨道和目标轨道的

22、交点上，给空间飞行器加此点上 目标轨道速度和目标轨道速度和原轨道速度差值原轨道速度差值 而达到目的。控制前控制后a原轨道目标轨道图10.16 轨道面控制第34页/共97页第三十五页，共97页。交会交会(jio hu)对接对接两个空间飞行器，在空间某一点上会合两个空间飞行器，在空间某一点上会合 叫做交会叫做交会(jio hu)；两个空间飞行器连接成一体两个空间飞行器连接成一体 叫做对接。叫做对接。交会交会(jio hu)方法：方法：1.用运载火箭直接交会用运载火箭直接交会(jio hu);2.用交会用交会(jio hu)位置调节轨道交会位置调节轨道交会(jio hu)；3.用等待轨道交会用等待轨

23、道交会(jio hu)。交会交会(jio hu)的控制方式：的控制方式：1.自动控制模式自动控制模式 2.手动控制模式手动控制模式 3.自主控制模式自主控制模式 4.地面遥控模式地面遥控模式第35页/共97页第三十六页，共97页。对接机构：1.环锥式 用于双子星座飞船与阿金娜火箭的对接，现已淘汰。2.杆锥式前苏联的联盟(linmng)飞船之间、联盟(linmng)飞船与礼炮号空间站的对接、阿波罗登月计划中的对接。3.异体同构周边式联盟(linmng)飞船与阿波罗飞船的对接（1975）、航天飞机与和平号空间站、航天飞机与国际空间站、中国实现的对接4.抓手碰锁式日本的ETS-VII卫星的对接（19

24、98）第36页/共97页第三十七页，共97页。杆杆杆杆锥式对接锥式对接锥式对接锥式对接(du ji)(du ji)机构机构机构机构联盟飞船的杆锥式对接机构示意图第37页/共97页第三十八页，共97页。异体同构周边式对接异体同构周边式对接异体同构周边式对接异体同构周边式对接(du(du ji)ji)机构机构机构机构外翻式异体同构周边式对接机构内翻式第38页/共97页第三十九页，共97页。抓手抓手抓手抓手碰锁式对接碰锁式对接碰锁式对接碰锁式对接(du ji)(du ji)机构机构机构机构抓手碰锁式对接机构示意图第39页/共97页第四十页，共97页。第40页/共97页第四十一页，共97页。神舟八号载

25、人飞船神舟八号载人飞船神舟八号载人飞船神舟八号载人飞船(fi chun)(fi chun)与天宫一号目标飞行器的与天宫一号目标飞行器的与天宫一号目标飞行器的与天宫一号目标飞行器的对接对接对接对接n n1.1.对接前的准备阶段对接前的准备阶段n n2.2.交会交会(jio hu)(jio hu)段段n n3.3.对接段对接段n n4.4.组合体共同飞行组合体共同飞行n n5.5.分离段分离段第41页/共97页第四十二页，共97页。第42页/共97页第四十三页，共97页。准备接触与缓冲捕获缓冲与校正拉紧与刚性连接对接过程简图对接对接(du ji)过过程程第43页/共97页第四十四页，共97页。第4

26、4页/共97页第四十五页，共97页。第45页/共97页第四十六页，共97页。10.6 10.6 10.6 10.6 星下点轨迹星下点轨迹星下点轨迹星下点轨迹(guj)(guj)(guj)(guj)星下点轨迹(guj):航天器飞行时，它和地球中心的连线与地球表面 的交点的轨迹(guj)。第46页/共97页第四十七页，共97页。姿态是指一个物体上的坐标与另一个物体上的坐标姿态是指一个物体上的坐标与另一个物体上的坐标 之间的相对角位置关系。之间的相对角位置关系。飞行器的姿态通常飞行器的姿态通常(tngchng)(tngchng)用飞行器的体坐标相对用飞行器的体坐标相对于参考坐标的角位置表示。于参考坐

27、标的角位置表示。第十一章第十一章第十一章第十一章 航天器的姿态航天器的姿态航天器的姿态航天器的姿态(zti)(zti)(zti)(zti)动力学与动力学与动力学与动力学与控制控制控制控制姿态动力学：研究航天器整体围绕质心的运动姿态动力学：研究航天器整体围绕质心的运动(yndng)以以及航天器各部分的相对运动及航天器各部分的相对运动(yndng)。航天器姿态控制航天器姿态控制是指获取并保持航天器在太空定向 （相对于某个参考系）的技术，包括姿态稳定姿态稳定和姿态机动姿态机动两个方面。第47页/共97页第四十八页，共97页。为什么要姿态控制？为什么要姿态控制？为什么要姿态控制？为什么要姿态控制？完成

28、(wn chng)任务需要。空间对接第48页/共97页第四十九页，共97页。姿态控制方法姿态控制方法姿态控制方法姿态控制方法(fngf)(fngf)(fngf)(fngf)n n 分为被动分为被动(bidng)(bidng)姿态控制和主动姿态控制。姿态控制和主动姿态控制。n n被动被动(bidng)(bidng)姿态控制姿态控制:利用卫星本身的动力特性和环境力矩来实现利用卫星本身的动力特性和环境力矩来实现n n 姿态控制，包括自旋稳定和重力梯度稳定。姿态控制，包括自旋稳定和重力梯度稳定。n n主动姿态控制：根据姿态偏差形成控制指令，产生控制力矩主动姿态控制：根据姿态偏差形成控制指令，产生控制力

29、矩n n 来实现姿态控制方法。控制系统由姿态敏感器、来实现姿态控制方法。控制系统由姿态敏感器、n n 控制器和执行机构组成。包括喷气控制、飞轮控制。控制器和执行机构组成。包括喷气控制、飞轮控制。第49页/共97页第五十页，共97页。n n自旋稳定自旋稳定自旋稳定自旋稳定n n卫星具有卫星具有卫星具有卫星具有(jy(jy u)u)轴对称形状，并绕对称轴自旋。根轴对称形状，并绕对称轴自旋。根轴对称形状，并绕对称轴自旋。根轴对称形状，并绕对称轴自旋。根据陀螺的定轴性，卫星对称轴在空间定向，据陀螺的定轴性，卫星对称轴在空间定向，据陀螺的定轴性，卫星对称轴在空间定向，据陀螺的定轴性，卫星对称轴在空间定向

30、，并能抵并能抵并能抵并能抵抗微小的干扰。抗微小的干扰。抗微小的干扰。抗微小的干扰。实践二号自旋稳定实现的是单轴稳定。由于存在能量耗散(ho sn)，只有绕最大惯量轴 才是稳定的。姿态(zti)指向精度为110。第50页/共97页第五十一页，共97页。n n重力梯度稳定重力梯度稳定(wndng)(wndng)LALB思考：离心力产生的合力矩思考：离心力产生的合力矩(l j)的大小如何？的大小如何？定义：利用(lyng)卫星绕地球飞行时，卫星上离地球距离不同的部位受到的 引力不等而产生的力矩（重力梯度力矩）来稳定的。第51页/共97页第五十二页，共97页。n n飞轮控制飞轮控制飞轮控制飞轮控制n

31、n利用飞轮产生的反作用力矩利用飞轮产生的反作用力矩利用飞轮产生的反作用力矩利用飞轮产生的反作用力矩控制控制控制控制n n卫星的姿态。卫星的姿态。卫星的姿态。卫星的姿态。n n n n 反作用飞轮是一个在电机反作用飞轮是一个在电机反作用飞轮是一个在电机反作用飞轮是一个在电机的驱动下高速运动的转子，的驱动下高速运动的转子，的驱动下高速运动的转子，的驱动下高速运动的转子，其驱动马达的定子被安装在其驱动马达的定子被安装在其驱动马达的定子被安装在其驱动马达的定子被安装在卫星的壳体上。驱动电机的卫星的壳体上。驱动电机的卫星的壳体上。驱动电机的卫星的壳体上。驱动电机的每一作用都有一相等且相反每一作用都有一相

32、等且相反每一作用都有一相等且相反每一作用都有一相等且相反的作用，因此，飞轮的连续的作用，因此，飞轮的连续的作用，因此，飞轮的连续的作用，因此，飞轮的连续加速或减速产生的反作用力加速或减速产生的反作用力加速或减速产生的反作用力加速或减速产生的反作用力矩作用在固定矩作用在固定矩作用在固定矩作用在固定(gdng)(gdng)在卫在卫在卫在卫星中驱动马达的定子上，于星中驱动马达的定子上，于星中驱动马达的定子上，于星中驱动马达的定子上，于是让卫星向转子加速度相反是让卫星向转子加速度相反是让卫星向转子加速度相反是让卫星向转子加速度相反的方向运动。的方向运动。的方向运动。的方向运动。第52页/共97页第五十

33、三页，共97页。n n喷气控制喷气控制(kngzh)(kngzh)第53页/共97页第五十四页，共97页。n n卫星卫星(wixng)(wixng)结构的功能结构的功能n n分类分类n n 外壳结构、承力结构、密封结构、仪器安装面结构、外壳结构、承力结构、密封结构、仪器安装面结构、能源结构、天线结构、防热结构等能源结构、天线结构、防热结构等n n形式（球形、圆筒形、箱式、圆锥形、多面体形）形式（球形、圆筒形、箱式、圆锥形、多面体形）n n材料材料n n 材料的要求材料的要求n n 金属材料金属材料n n 复合材料复合材料第十二章第十二章 人造地球卫星人造地球卫星(wixng)(wixng)的结

34、构的结构第54页/共97页第五十五页，共97页。第55页/共97页第五十六页，共97页。n n 第56页/共97页第五十七页，共97页。n n定义定义定义定义n n 控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围(fnwi)(fnwi)(fnwi)(fnwi)内的技术，又称热控制。内的技术，又称热控制。内的技术，又称热控制。内的技术，又称热控制。n n航天器的热环境航天器的热环境航天器的热环境航天器的热环境n n 地面温度环境

35、：四季、昼夜变化地面温度环境：四季、昼夜变化地面温度环境：四季、昼夜变化地面温度环境：四季、昼夜变化n n 发射轨道段：气动加热发射轨道段：气动加热发射轨道段：气动加热发射轨道段：气动加热700800700800700800700800n n 运行轨道段：运行轨道段：运行轨道段：运行轨道段：-200100-200100-200100-200100n n 返回轨道段：高达返回轨道段：高达返回轨道段：高达返回轨道段：高达10000100001000010000第十三章第十三章 航天器的温度控制航天器的温度控制第57页/共97页第五十八页，共97页。n n温度控制方法温度控制方法温度控制方法温度控制

36、方法n n 1 1 1 1）被动温度控制：依靠选取不同的温控材料或涂层，）被动温度控制：依靠选取不同的温控材料或涂层，）被动温度控制：依靠选取不同的温控材料或涂层，）被动温度控制：依靠选取不同的温控材料或涂层，n n 组织航天器内外热交换过程，使航天组织航天器内外热交换过程，使航天组织航天器内外热交换过程，使航天组织航天器内外热交换过程，使航天n n 器的温度保持在允许的温度范围内。器的温度保持在允许的温度范围内。器的温度保持在允许的温度范围内。器的温度保持在允许的温度范围内。n n 特点：简单、可靠、寿命长，但没有特点：简单、可靠、寿命长，但没有特点：简单、可靠、寿命长，但没有特点：简单、可

37、靠、寿命长，但没有n n 自动调节温度的能力。自动调节温度的能力。自动调节温度的能力。自动调节温度的能力。n n 温度控制涂层温度控制涂层温度控制涂层温度控制涂层n n 热管热管热管热管n n 超级隔热材料超级隔热材料超级隔热材料超级隔热材料n n 2 2 2 2）主动温度控制：具有一定）主动温度控制：具有一定）主动温度控制：具有一定）主动温度控制：具有一定(ydng)(ydng)(ydng)(ydng)的温度调节能力，可大大的温度调节能力，可大大的温度调节能力，可大大的温度调节能力，可大大 n n 减少由于热源变化引起的仪器设备减少由于热源变化引起的仪器设备减少由于热源变化引起的仪器设备减少

38、由于热源变化引起的仪器设备n n 温度的波动。温度的波动。温度的波动。温度的波动。n n 百叶窗百叶窗百叶窗百叶窗n n 电加热器电加热器电加热器电加热器第58页/共97页第五十九页，共97页。热管（热管（heat pipeheat pipe）组成：由管壳、吸液芯和液态组成：由管壳、吸液芯和液态(yti)(yti)工质组成。工质组成。原理：利用液态原理：利用液态(yti)(yti)工质的蒸发与冷凝来传递热量。工质的蒸发与冷凝来传递热量。作用：减少温差，航天器结构或内部设备等温化作用：减少温差，航天器结构或内部设备等温化 第59页/共97页第六十页，共97页。n n电加热器第60页/共97页第六

39、十一页，共97页。百叶窗百叶窗第61页/共97页第六十二页，共97页。遥测遥测(yoc)(yoc)过程过程14.1 遥测(yoc)遥测：将航天器上的各种信息（被测物理量）变成电信号，遥测：将航天器上的各种信息（被测物理量）变成电信号，并以无线电波的形式传到地面接收站，经接收、解调并以无线电波的形式传到地面接收站，经接收、解调 处理后还原成各种信息，为人们提供飞行中卫星处理后还原成各种信息，为人们提供飞行中卫星(wixng)(wixng)的各的各 种状况和数据。种状况和数据。第十四章第十四章 航天器的遥测遥控及测控地面站航天器的遥测遥控及测控地面站第62页/共97页第六十三页，共97页。多路信息

40、传输 定义：一条信息传输通道传输多个参数。(1)频分制：利用频率范围的不同而区分不同的信号。采用微波的L波段(bdun)（12GHz）、S波段(bdun)（24GHz）无线电规则：15251535MHz（地到星）20252110MHz（地到星，星到星）22002290MHz（星到地，星到星）(2)时分制：利用时段的不同而区分不同的信号。第63页/共97页第六十四页，共97页。n n14.2 遥控(yokng)n n遥控(yokng)过程遥控与遥测(yoc)的联系 遥控与遥测(yoc)的不同点 （1）信息的传输方向不同 （2）信息形式不同 （3）设备上的区别第64页/共97页第六十五页，共97页

41、。14.3 14.3 14.3 14.3 测轨原理测轨原理测轨原理测轨原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)测速原理测速原理(yunl)(yunl)多普勒效应：当一个发出某一稳定频率的波的物体与观测多普勒效应：当一个发出某一稳定频率的波的物体与观测者有相对运动者有相对运动 时，观测者观测到该物体发出的波动频率是时，观测者观测到该物体发出的波动频率是变化的。变化的。波动源与观测者的径向速度第65页/共97页第六十六页，共97页。测角原理测角原理方位角方位角A A：航天器在地面上的投影：航天器在地面上的投影 S S 与地面站的连线与地面站的连线GSGS与通过地面站与通过地面站 正北方

42、向的夹角。正北方向的夹角。仰角仰角Z Z：航天器与地面站的连线：航天器与地面站的连线GSGS与地平面与地平面(pngmin)(pngmin)之间的夹角。之间的夹角。测量方法：（测量方法：（1 1）干涉仪法（）干涉仪法（2 2）定向天线测角法）定向天线测角法第66页/共97页第六十七页，共97页。测距原理测距原理(yunl(yunl)图14.11 脉冲测距图14.12 连续波测距 第67页/共97页第六十八页，共97页。n n 第十六章第十六章 航天器的返回航天器的返回(fnhu)(fnhu)返回方案 1）利用火箭向运行方向的反方向推进而减速(jin s)；2）利用大气阻力减速(jin s)，既

43、经济又现实的方案。返回的几个阶段 1）离轨段；2）大气层外自由下降段；3）再入大气层段；再入角：再入时的速度(sd)方向与当地水平面的夹角。4）着陆段。16.1 返回过程第68页/共97页第六十九页，共97页。n n16.2 返回(fnhu)型航天器的分类弹道式再入飞行器升力式再入飞行器纯弹道式半弹道式 升力体式有翼飞行器返回型航天器第69页/共97页第七十页，共97页。n n弹道式再入飞行器：升阻比弹道式再入飞行器：升阻比L/DL/D在在00.500.5之间之间n n 纯弹道式再入飞行器：升阻比纯弹道式再入飞行器：升阻比L/DL/D为零。为零。n n 半弹道式再入飞行器：升阻比半弹道式再入飞

44、行器：升阻比L/DL/D大于零，小于大于零，小于0.50.5。n n升力升力(shn(shn l)l)式再入航天器式再入航天器:升阻比升阻比L/DL/D大于大于0.50.5n n 升力升力(shn(shn l)l)体式飞行器：升阻比体式飞行器：升阻比L/DL/D在在0.51.30.51.3之间之间n n 有翼飞行器：升阻比有翼飞行器：升阻比L/DL/D大于大于1.31.3第70页/共97页第七十一页，共97页。n n16.3 着陆(zhu l)第71页/共97页第七十二页，共97页。n n16.4 防热结构n n选择再入舱几何(j h)外形n n防热方法第72页/共97页第七十三页，共97页。

45、载人航天器载人航天器载人航天器载人航天器（1 1 1 1）载人航天的前提 研制出推力足够大，可靠性极端好的运载工具。获得(hud)空间环境对人体影响的足够信息，了解人体所能承受 的极限条件并找到防护措施。可靠的救生技术及安全返回技术。载人航天是人类驾驶(jish)和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动第十七章 载人航天器17.1 概述(i sh)第73页/共97页第七十四页，共97页。载人飞船又称宇宙飞船，是一种运送航天员到达太空并安载人飞船又称宇宙飞船，是一种运送航天员到达太空并安全全 返回的一次性使用返回的一次性使用(shyng)(shyng)的航天

46、器。其分为的航天器。其分为卫星式飞船和卫星式飞船和 登月式飞船。登月式飞船。前苏联/俄罗斯 第一代 东方号（1961年4月1963年）第二代 上升(shngshng)号（1964年10月1965年）第三代 联盟号（1967年）、联盟T（1979年）、联盟TM（1986年）联盟号飞船17.2 载人飞船(fi chun)载人飞船的发展状况载人飞船的发展状况第74页/共97页第七十五页，共97页。东方东方-1-1飞船飞船第75页/共97页第七十六页，共97页。美国(mi u)第一代 水星号(196163年）第二代 双子星座号(1965年）第三代 阿波罗号（1969年7月）双子星座号双子星座号第76页

47、/共97页第七十七页，共97页。中国中国(zhn(zhn u)u)神舟神舟11神舟神舟4 4号：不载人号：不载人神舟神舟1:19991:1999年年1111月月2020日日神舟神舟2:20012:2001年年 1 1月月1616日，日，6 6天零天零1818小时小时神舟神舟3:20023:2002年年 3 3月月2525日，日，6 6天零天零1818小时小时神舟神舟4:20024:2002年年1212月月3030日，日，6 6天零天零1818小时小时神舟神舟55神舟神舟7 7号：载人号：载人神舟神舟5 5：20032003年年1010月月1515日，日，2121小时，杨利伟小时，杨利伟神舟神舟

48、6 6：20052005年年1010月月1212日，日，5 5天，费俊龙，聂海胜天，费俊龙，聂海胜神舟神舟7 7：20082008年年 9 9月月2525日，日，2 2天天2020小时，翟志刚、刘伯明，景海小时，翟志刚、刘伯明，景海鹏鹏神舟神舟8 8号：不载人号：不载人 20112011年年1111月月8 8日日5 5时发射，时发射，20112011年年1111月月1717日日1919点返回点返回神舟神舟9 9号：载人号：载人20122012年年6 6月月1616日日1818时发射，时发射，20122012年年6 6月月2929日日1010时返回时返回景海鹏、刘旺、刘洋景海鹏、刘旺、刘洋第77

49、页/共97页第七十八页，共97页。公共系统公共系统(xtng)(xtng)：结构系统：结构系统(xtng)(xtng)、推进系统、推进系统(xtng)(xtng)、电源、电源系统系统(xtng)(xtng)、姿态控制系统、姿态控制系统(xtng)(xtng)、热控系统热控系统(xtng)(xtng)、跟踪测轨系统、跟踪测轨系统(xtng)(xtng)、遥测遥控、遥测遥控系统系统(xtng)(xtng)、数据、数据 管理系统管理系统(xtng)(xtng)专用系统专用系统(xtng)(xtng)：生命保障系统：生命保障系统(xtng)(xtng)、仪表照明系统、仪表照明系统(xtng)(xtng

50、)、返回系统、返回系统(xtng)(xtng)、应急及救生系统应急及救生系统(xtng)(xtng)、乘员系统、乘员系统(xtng)(xtng)载人飞船载人飞船(fi chun)的组成的组成第78页/共97页第七十九页，共97页。第79页/共97页第八十页，共97页。第80页/共97页第八十一页，共97页。17.3 登月飞行月球探测的发展状况早期探测（19591976）前苏联的“月球”计划、美国(mi u)的“徘徊者”、“月球轨道器”、“勘测者”、“阿波罗”载人登月计划(1969,71972,7)飞越月球、击中月球、环月飞行飞越月球、击中月球、环月飞行(fixng)、着陆月球、月球车行走、无人