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1、第 八 章 緒 論第 九 章 航 天 器 的 軌 道第 十 章 航 天 器 的 姿 態(tài) 動 力 學 與 控 制第 十 一 章 人 在 地 球 衛(wèi) 星 的 結 構第 十 二 章 航 天 器 的 溫 度 控 制第 十 三 章 航 天 器 的 遙 測 遙 控 和 測 控 地 面 站第 十 四 章 航 天 器 的 返 回第 十 五 章 載 人 航 天 器 航 天 技 術 是 指 人 類 如 何 進 入 外 層 空 間 （ 150km以 上 ） 、 利 用 和 開 發(fā) 外 層 空 間 資 源 的 技 術 。8.1.2 航 天 活 動 第 八 章 緒 論1957年 10月 4日 蘇 聯(lián) 發(fā) 射 第 一 顆

2、 人 造 衛(wèi) 星1961年 4月 12日 蘇 聯(lián) 發(fā) 射 第 一 艘 載 人 飛 船1969年 7月 21日 美 國 阿 波 羅 11號 登 月 艙 登 陸 月 球 。1981年 4月 12日 美 國 “ 哥 倫 比 亞 ” 號 航 天 飛 機 首 航 成 功 。1984年 美 國 “ 挑 戰(zhàn) 者 ” 號 航 天 飛 機 凌 空 爆 炸 ， 7名 宇 航 員 喪 生 。載 人 航 天月 球 探 測 8.2 航 天 技 術 內 容1） 航 天 器 技 術 2） 運 載 器 技 術 3） 地 面 測 控 技 術4） 發(fā) 射 場 5） 空 間 運 用 技 術6） 航 天 大 系 統(tǒng) 第 八 章 緒

3、論 功 能 ： 完 成 運 載 火 箭 和 航 天 器 的 裝 配 、 測 試 和 發(fā) 射 。組 成 ： 技 術 陣 地 、 發(fā) 射 陣 地 、 發(fā) 射 指 揮 控 制 中 心 、 地 面 測 控 系 統(tǒng) 。我 國 的 衛(wèi) 星 發(fā) 射 場 酒 泉 衛(wèi) 星 發(fā) 射 中 心 （ 1958年 ） 太 原 衛(wèi) 星 發(fā) 射 中 心 （ 1967年 ） 西 昌 衛(wèi) 星 發(fā) 射 中 心 （ 1970年 ） 海 南 航 天 發(fā) 射 場 (2009年 9月 ) 東 經(jīng) 108 20 111 03 ， 北 緯 19 20 20 10 地 球 同 步 軌 道 衛(wèi) 星 、 大 質 量 極 軌 衛(wèi) 星 、 大 噸 位

4、空 間 站 和 深 空 探 測 發(fā) 射 任 務 8.3 航 天 器 的 分 類航 天 器 可 分 為 無 人 航 天 器 和 載 人 航 天 器 兩 類 。 第 八 章 緒 論8.6 航 天 器 飛 行 環(huán) 境8.6.1 宇 宙 地 球地 球 是 橢 球 體 ， 短 軸 與 地 球 自 轉 軸 重 合 ，長 軸 在 赤 道 平 面 內 。長 半 軸 ： a=6378.16km短 半 軸 ： b=6356.86km扁 率 ： a=(a-b)/a=1/298.25黃 道 面 ： 地 球 繞 太 陽 公 轉 的 面 。 太 陽 系 太 陽 系 由 太 陽 、 八 大 行 星 （ 水 星 、 金 星

5、、 地 球 、 火 星 、木 星 、 土 星 、 天 王 星 、 海 王 星 ） 、 矮 行 星 及 衛(wèi) 星 、 小 行 星 、彗 星 、 流 星 體 、 行 星 際 物 質 組 成 。 銀 河 系 扁 平 的 、 略 似 鐵 餅 狀 的 外 形 ， 繞 中 心 處 旋轉 。 直 徑 約 10萬 光 年 ， 中 心 部 位 厚 度 約 1.5萬 光 年 ， 太 陽 離 銀 河 系 中 心 約 2.7萬 光 年 。銀 河 系 內 有 2000多 億 顆 恒 星 。 河 外 星 系 河 外 星 系 是 宇 宙 中 與 銀 河 系 類 似 的 天 體 系 統(tǒng) 。到 20世 紀 末 已 觀 測 確 認

6、 的 河 外 星 系 有 1250多 億 個 。 銀 河 系 8.6.2 航 天 器 飛 行 環(huán) 境 運 載 飛 行 環(huán) 境 溫 度 環(huán) 境 超 真 空 無 重 力 狀 態(tài) 熱 的 傳 遞 輻 射 能 的 影 響 人 造 地 球 衛(wèi) 星 軌 道 是 指 繞 地 球 運 行 的 軌 道 ， 但 是 從 發(fā) 射 到回 收 考 慮 在 內 ， 它 包 括 發(fā) 射 軌 道 、 運 行 軌 道 和 返 回 軌 道 。第 十 章 航 天 器 的 軌 道 發(fā) 射 點 發(fā) 射 軌 道 入 軌 點 運 行 軌 道 運 行 軌 道 速 度制 動 速 度 落 點返 回 軌 道制 動 火 箭 點 火 0vv v地 球

7、圖 10.1 人 造 地 球 衛(wèi) 星 的 軌 道 10.1 人 造 地 球 衛(wèi) 星 發(fā) 射發(fā) 射 前 準 備 工 作 程 序衛(wèi) 星 發(fā) 射 過 程滑 行 入 軌轉 移 軌 道 入 軌停 泊 軌 道 入 軌 研 制 工 廠 技 術 陣 地鐵 路 （ 空 中 ） 運 輸 運 載 火 箭 檢 測衛(wèi) 星 檢 測 裝 飛 行 膠 片及 拉 片 檢 查 通 外 電 、 阻 值線 路 檢 查 及 充壓 充 氣 試 驗公 路 運 輸精 瞄待 射 姿 控程 控遙 控跟 蹤遙 測照 相回 收綜 合 配 電 分 解 產(chǎn) 品單 元 測 試系 統(tǒng) 檢 查模 擬 飛 行（ 拍 照 ）參 加 運 載 火箭 總 檢 查 緊

8、急 關 機 檢 查再 總 裝 及 檢 查轉 運發(fā) 射 陣 地吊 裝 起 豎 與火 箭 對 接粗 瞄分 系 統(tǒng) 檢 測總 檢 查加 注 前 的 準 備加 注射 前 準 備發(fā) 射 公 路 運 輸 （ 略 ） 滑行入軌 圖 10.4 滑 行 入 軌第 一 級 第 二 級 第 三 級 衛(wèi) 星地 球 10.2 中 心 力 場 中 質 點 運 動 規(guī) 律質 點 在 中 心 力 場 中 運 動 時 ， 動量 矩 是 守 恒 的 。 常 數(shù) HrVr 2質 點 在 中 心 力 場 中 運 動 時 ， 能量 是 守 恒 的 。 212 EV Er 常 數(shù) 圖 10.9 中 心 力 場 中 質 點 P的 速 度o

9、 地 球 V r e rerV r Pr V飛 行 軌 道 e1e=10e1 地 球e=0a abb l FrA ra rp Pea 開 普 勒 第 一 定 律 ：所 有 行 星 都 以 太 陽 為 焦 點 的 橢 圓 軌 道 上 運 行 。開 普 勒 三 定 律 在 dt時 間 內 ， 矢 量 r掃 過 的 面 積 為 ：212dA r d從 而 ： HdtdrdtdA 2121 2 F PV rdr d 圖 10.12 dt時 間 內 掃 過 的 面 積開 普 勒 第 二 定 律 ：單 位 時 間 內 矢 量 r掃 過 的 面 積 為 常 數(shù) 。 2A abT dA Hdt 對 橢 圓 軌

10、 道 來 講 ， 其 面 積 為 ab,則 軌 道 周 期 為 ：EH l開 普 勒 第 三 定 律 ：軌 道 周 期 與 軌 道 長 半 軸 的 二 分 之 三 次 方 成 正 比 。 322 ET a 10.3 三 個 宇 宙 速 度 和 地 球 靜 止 軌 道 衛(wèi) 星 發(fā) 射 速 度第 一 宇 宙 速 度第 二 宇 宙 速 度第 三 宇 宙 速 度地 球 靜 止 軌 道 衛(wèi) 星 發(fā) 射 速 度環(huán) 繞 速 度 和 軌 道 周 期 定 義 ： 忽 略 大 氣 阻 力 的 情 況 下 ， 一 個 物 體 沿 地 球 表 面 飛 行 的 速 度 。r=R, e=0, =0， 2 22 /1 co

11、s 1 cos 1 cosEE r vHlr e e e 由可 以 得 到 : 1 7.905km /sEv v R 第 一 宇 宙 速 度 R v1地 球第 一 宇 宙 速 度 定 義 ： 在 地 球 表 面 上 發(fā) 射 空 間 飛 行 器 ， 使 它 脫 離 地 球 引 力 場 所 需 要 的 最 小 速 度 。因 為 r=R, e=1, =0， 所 以 e=1 v2R地 球2 22 /1 cos 1 cos 1 cosEE r vHlr e e e 2 12 2 11.18km /sEv vR 第 二 宇 宙 速 度 第 二 宇 宙 速 度 第 三 宇 宙 速 度 ： 地 球 上 發(fā) 射

12、 一 個 空 間 飛 行 器 ， 使 它 脫 離 太 陽 引 力 場 所 需 要 的 最 小 速 度 。 23 2/ 2 16.65km /sES Ev v R 1. 求 從 地 球 軌 道 上 脫 離 太 陽 引 力 場 所 需 的 最 小 速 度 vS22. 求 地 球 公 轉 速 度 vE3. 求 航 天 器 脫 離 太 陽 引 力 場 ， 相 對 地 球 需 要 增 加 的 速 度 vS2/E 2 2 SS Sv R2 2 3 2/2 2S EEv vR 由 能 量 方 程 ：2/ 2 12.343km /sS E S Ev v v SE Sv R 地 球太 陽vS2 RSvE 地 球

13、 靜 止 軌 道 衛(wèi) 星 ： 衛(wèi) 星 的 周 期 與 地 球 自轉 周 期 相 同 ， 衛(wèi) 星 的 軌 道 為 赤 道 上 空 的 圓軌 道 。 3242 24 3600ET r 44 2C rv T 22 44 42 2CE Evv R r 24 44 4( )2 10.77km /s2C Ev r Rv Rr 地 球 靜 止 軌 道 衛(wèi) 星 發(fā) 射 速 度軌 道 高 度35786km 地 球r4 R 地 球 靜 止軌 道 衛(wèi) 星v4C v4 環(huán) 繞 速 度 vc :離 地 面 h高 的 圓 軌 道 上 的 飛 行 速 度 。2 2 /1 cos 1 cosEr vlr e e 2 2( )

14、 c ER h vR h 1 11 /Ecv vR h h R 322 ET a 23)1(2 23 RhRT E 軌 道 周 期 T因 為 r=R+h, e=0, =0， vc=v 10.4 軌 道 根 數(shù)定 義 ： 確 定 衛(wèi) 星 的 空 間 位 置 所 需 要 的 參 數(shù) 。確 定 軌 道 平 面 的 位 置 升 交 點 赤 經(jīng) 、 軌 道 傾 角 i 確 定 軌 道 形 狀 半 長 軸 a、 偏 心 率 e 確 定 軌 道 在 軌 道 面 內 的 位 置 近 地 點 角 距 確 定 衛(wèi) 星 在 軌 道 上 的 位 置 真 近 點 角 圖 10.4 軌 道 根 數(shù) 軌 道 分 類0i 9

15、00 i90i 90i 赤 道 軌 道 ， 衛(wèi) 星 軌 道 在 赤 道 平 面 內 ， 地 球 同 步 軌 道 衛(wèi)星 的 軌 道 屬 于 這 種 軌 道 。順 行 軌 道 ， 多 數(shù) 衛(wèi) 星 采 用 這 種 軌 道 ， 因 為 它 利 用 地 球自 轉 速 度 ， 從 而 節(jié) 省 發(fā) 射 需 要 的 能 量 。極 軌 道 ， 在 極 軌 道 上 ， 衛(wèi) 星 可 以 觀 測 整 個 地 球 ， 因 此地 球 資 源 衛(wèi) 星 、 全 球 偵 察 衛(wèi) 星 采 用 這 種 軌 道 。逆 行 軌 道 ， 由 于 地 球 自 轉 速 度 起 負 作 用 ， 發(fā) 射 需 要 的能 量 增 加 ， 因 此 一

16、 般 不 采 用 這 種 軌 道 。 軌 道 控 制 的 含 義1.軌 道 修 正 受 月 球 、 太 陽 、 行 星 的 引 力 ， 太 陽 風 和 輻 射 壓 力 ， 微 薄 大 氣 阻力 等 干 擾 力 的 作 用 ， 使 航 天 器 偏 離 預 定 軌 道 。2.變 軌 某 些 任 務 的 需 要 ， 如 返 回 、 交 會 對 接軌 道 控 制 的 分 類1. 軌 道 面 內 軌 道 控 制 2. 軌 道 面 的 控 制 軌 道 控 制 的 實 現(xiàn) 軌 道 控 制 是 通 過 調 節(jié) 火 箭 發(fā)動 機 的 推 力 方 向 和 火 箭 發(fā) 動 機 工作 時 間 來 實 現(xiàn) 。10.5軌

17、 道 控 制 軌道面內軌道控制 航 天 器 的 原 軌 道和 目 標 軌 道 在 同 一 平面 內 時 ， 改 變 航 天 器的 飛 行 速 度 的 大 小 和方 向 ， 由 原 軌 道 轉 移到 目 標 軌 道 ， 稱 同 軌道 面 內 的 軌 道 控 制 。 ab 地 球 原 軌 道 目 標 軌 道轉 移 軌 道霍 曼 軌 道 轉 移 軌道面的控制 當 原 飛 行 軌 道和 目 標 軌 道 不 在 一個 平 面 內 時 ， 則 需要 控 制 軌 道 面 。 軌 道 面 的 控 制是 在 圓 軌 道 和 目 標軌 道 的 交 點 上 ， 給空 間 飛 行 器 加 此 點上 目 標 軌 道 速

18、 度 和原 軌 道 速 度 差 值 而達 到 目 的 。 控 制 前控 制 后 1aV2aV aVa 原 軌 道 目 標 軌 道 圖 10.16 軌 道 面 控 制 交 會 對 接兩 個 空 間 飛 行 器 ， 在 空 間 某 一 點 上 會 合 叫 做 交 會 ；兩 個 空 間 飛 行 器 連 接 成 一 體 叫 做 對 接 。交會方法： 1.用 運 載 火 箭 直 接 交 會 ;2.用 交 會 位 置 調 節(jié) 軌 道 交 會 ；3.用 等 待 軌 道 交 會 。交會的控制方式： 1.自動控制模式 2.手動控制模式 3.自主控制模式 4.地面遙控模式 對接機構： 1.環(huán) 錐 式 用 于 雙

19、子 星 座 飛 船 與 阿 金 娜 火 箭 的 對 接 ， 現(xiàn) 已 淘 汰 。2.桿 錐 式前 蘇 聯(lián) 的 聯(lián) 盟 飛 船 之 間 、 聯(lián) 盟 飛 船 與 禮 炮 號 空 間 站 的對 接 、 阿 波 羅 登 月 計 劃 中 的 對 接 。3.異 體 同 構 周 邊 式聯(lián) 盟 飛 船 與 阿 波 羅 飛 船 的 對 接 （ 1975） 、 航 天 飛 機 與和 平 號 空 間 站 、 航 天 飛 機 與 國 際 空 間 站 、 中 國 實 現(xiàn) 的對 接4.抓 手 碰 鎖 式日本的 ETS-VII衛(wèi) 星 的 對 接 （ 1998） 桿 錐 式 對 接 機 構 聯(lián) 盟 飛 船 的 桿 錐 式 對

20、接 機 構 示 意 圖 異 體 同 構 周 邊 式 對 接 機 構 外 翻 式 異 體 同 構 周 邊 式 對 接 機 構 內 翻 式 抓 手 碰 鎖 式 對 接 機 構 抓 手 碰 鎖 式 對 接 機 構 示 意 圖 神 舟 八 號 載 人 飛 船 與 天 宮 一 號 目 標 飛 行 器 的 對 接1.對 接 前 的 準 備 階 段2.交 會 段3.對 接 段4.組 合 體 共 同 飛 行5.分 離 段 準 備 接 觸 與 緩 沖 捕 獲緩 沖 與 校 正 拉 緊 與 剛 性 連 接對 接 過 程 簡 圖對 接 過 程 10.6 星 下 點 軌 跡星 下 點 軌 跡 :航 天 器 飛 行 時

21、 ， 它 和 地 球 中 心 的 連 線 與 地 球 表 面 的 交 點 的 軌 跡 。 姿 態(tài) 是 指 一 個 物 體 上 的 坐 標 與 另 一 個 物 體 上 的 坐 標 之 間 的 相 對 角 位 置 關 系 。飛 行 器 的 姿 態(tài) 通 常 用 飛 行 器 的 體 坐 標 相 對 于 參 考 坐 標的 角 位 置 表 示 。第 十 一 章 航 天 器 的 姿 態(tài) 動 力 學 與 控 制姿 態(tài) 動 力 學 ： 研 究 航 天 器 整 體 圍 繞 質 心 的 運 動 以 及 航 天器 各 部 分 的 相 對 運 動 。航 天 器 姿 態(tài) 控 制 是 指 獲 取 并 保 持 航 天 器 在

22、 太 空 定 向 （ 相 對 于 某 個 參 考 系 ） 的 技 術 ， 包 括 姿 態(tài) 穩(wěn) 定 和 姿 態(tài) 機 動 兩 個 方 面 。 為 什 么 要 姿 態(tài) 控 制 ？完 成 任 務 需 要 。 空 間 對 接 姿 態(tài) 控 制 方 法 分 為 被 動 姿 態(tài) 控 制 和 主 動 姿 態(tài) 控 制 。被 動 姿 態(tài) 控 制 :利 用 衛(wèi) 星 本 身 的 動 力 特 性 和 環(huán) 境 力 矩 來 實 現(xiàn) 姿 態(tài) 控 制 ， 包 括 自 旋 穩(wěn) 定 和 重 力 梯 度 穩(wěn) 定 。主 動 姿 態(tài) 控 制 ： 根 據(jù) 姿 態(tài) 偏 差 形 成 控 制 指 令 ， 產(chǎn) 生 控 制 力 矩 來 實 現(xiàn) 姿 態(tài)

23、 控 制 方 法 。 控 制 系 統(tǒng) 由 姿 態(tài) 敏 感 器 、 控 制 器 和 執(zhí) 行 機 構 組 成 。 包 括 噴 氣 控 制 、 飛 輪 控 制 。 自 旋 穩(wěn) 定 衛(wèi) 星 具 有 軸 對 稱 形 狀 ， 并 繞 對 稱 軸 自 旋 。 根 據(jù) 陀 螺 的 定軸 性 ， 衛(wèi) 星 對 稱 軸 在 空 間 定 向 ， 并 能 抵 抗 微 小 的 干 擾 。 實 踐 二 號自 旋 穩(wěn) 定 實 現(xiàn) 的 是 單 軸 穩(wěn) 定 。由 于 存 在 能 量 耗 散 ， 只 有 繞 最 大 慣 量 軸 才 是 穩(wěn) 定 的 。姿 態(tài) 指 向 精 度 為 1 10 。 重 力 梯 度 穩(wěn) 定 Af BfLA

24、LB A A B BF L F L 重 力 產(chǎn) 生 的 合 力 矩思 考 ： 離 心 力 產(chǎn) 生 的 合 力 矩 的 大 小 如 何 ？ 定 義 ： 利 用 衛(wèi) 星 繞 地 球 飛 行 時 ， 衛(wèi) 星 上 離 地 球 距 離 不 同 的 部 位 受 到 的 引 力 不 等 而 產(chǎn) 生 的 力 矩 （ 重 力 梯 度 力 矩 ） 來 穩(wěn) 定 的 。 飛 輪 控 制利 用 飛 輪 產(chǎn) 生 的 反 作 用 力 矩 控 制衛(wèi) 星 的 姿 態(tài) 。 反 作 用 飛 輪 是 一 個 在 電 機 的 驅 動下 高 速 運 動 的 轉 子 ， 其 驅 動 馬 達的 定 子 被 安 裝 在 衛(wèi) 星 的 殼 體 上

25、 。驅 動 電 機 的 每 一 作 用 都 有 一 相 等且 相 反 的 作 用 ， 因 此 ， 飛 輪 的 連續(xù) 加 速 或 減 速 產(chǎn) 生 的 反 作 用 力 矩作 用 在 固 定 在 衛(wèi) 星 中 驅 動 馬 達 的定 子 上 ， 于 是 讓 衛(wèi) 星 向 轉 子 加 速度 相 反 的 方 向 運 動 。 噴 氣 控 制 衛(wèi) 星 結 構 的 功 能分 類 外 殼 結 構 、 承 力 結 構 、 密 封 結 構 、 儀 器 安 裝 面 結 構 、 能源 結 構 、 天 線 結 構 、 防 熱 結 構 等形 式 （ 球 形 、 圓 筒 形 、 箱 式 、 圓 錐 形 、 多 面 體 形 ）材 料

26、 材 料 的 要 求 金 屬 材 料 復 合 材 料第 十 二 章 人 造 地 球 衛(wèi) 星 的 結 構 定 義 控 制 航 天 器 內 外 的 熱 交 換 過 程 ， 使 其 熱 平 衡 溫 度 處 于 規(guī)定 范 圍 內 的 技 術 ， 又 稱 熱 控 制 。航 天 器 的 熱 環(huán) 境 地 面 溫 度 環(huán) 境 ： 四 季 、 晝 夜 變 化 發(fā) 射 軌 道 段 ： 氣 動 加 熱 700800 運 行 軌 道 段 ： -200 100 返 回 軌 道 段 ： 高 達 10000第 十 三 章 航 天 器 的 溫 度 控 制 溫 度 控 制 方 法 1） 被 動 溫 度 控 制 ： 依 靠 選

27、取 不 同 的 溫 控 材 料 或 涂 層 ， 組 織 航 天 器 內 外 熱 交 換 過 程 ， 使 航 天 器 的 溫 度 保 持 在 允 許 的 溫 度 范 圍 內 。 特 點 ： 簡 單 、 可 靠 、 壽 命 長 ， 但 沒 有 自 動 調 節(jié) 溫 度 的 能 力 。 溫 度 控 制 涂 層 熱 管 超 級 隔 熱 材 料 2） 主 動 溫 度 控 制 ： 具 有 一 定 的 溫 度 調 節(jié) 能 力 ， 可 大 大 減 少 由 于 熱 源 變 化 引 起 的 儀 器 設 備 溫 度 的 波 動 。 百 葉 窗 電 加 熱 器 熱 管 （ heat pipe）組 成 ： 由 管 殼 、

28、 吸 液 芯 和 液 態(tài) 工 質 組 成 。原 理 ： 利 用 液 態(tài) 工 質 的 蒸 發(fā) 與 冷 凝 來 傳 遞 熱 量 。作 用 ： 減 少 溫 差 ， 航 天 器 結 構 或 內 部 設 備 等 溫 化 電 加 熱 器 百 葉 窗 遙 測 過 程 14.1 遙 測遙 測 ： 將 航 天 器 上 的 各 種 信 息 （ 被 測 物 理 量 ） 變 成 電 信 號 ， 并 以 無 線 電 波 的 形 式 傳 到 地 面 接 收 站 ， 經(jīng) 接 收 、 解 調 處 理 后 還 原 成 各 種 信 息 ， 為 人 們 提 供 飛 行 中 衛(wèi) 星 的 各 種 狀 況 和 數(shù) 據(jù) 。第 十 四 章

29、航 天 器 的 遙 測 遙 控 及 測 控 地 面 站 多 路 信 息 傳 輸 定 義 ： 一 條 信 息 傳 輸 通 道 傳 輸 多 個 參 數(shù) 。 (1)頻 分 制 ： 利 用 頻 率 范 圍 的 不 同 而 區(qū) 分 不 同 的 信 號 。 采 用 微 波 的 L波 段 （ 12GHz） 、 S波 段 （ 24GHz） 無 線 電 規(guī) 則 ： 15251535MHz（ 地 到 星 ） 20252110MHz（ 地 到 星 ， 星 到 星 ） 22002290MHz（ 星 到 地 ， 星 到 星 ） (2)時 分 制 ： 利 用 時 段 的 不 同 而 區(qū) 分 不 同 的 信 號 。 14.

30、2 遙 控 遙 控 過 程遙 控 與 遙 測 的 聯(lián) 系 遙 控 與 遙 測 的 不 同 點 （ 1） 信 息 的 傳 輸 方 向 不 同 （ 2） 信 息 形 式 不 同 （ 3） 設 備 上 的 區(qū) 別 14.3 測 軌 原 理測 速 原 理 多 普 勒 效 應 ： 當 一 個 發(fā) 出 某 一 穩(wěn) 定 頻 率 的 波 的 物 體 與 觀 測 者 有 相 對 運 動 時 ， 觀 測 者 觀 測 到 該 物 體 發(fā) 出 的 波 動 頻 率 是 變 化 的 。0rvf fu 波 動 源 與 觀 測 者 的 徑 向 速 度 1 11 1 0 0cosrv vt f f fC C 時 刻 ： 2 2

31、 0t f 時 刻 ： 313 3 0 0cosr vvt f f fC C 時 刻 ： 測 角 原 理方 位 角 A： 航 天 器 在 地 面 上 的 投 影 S 與 地 面 站 的 連 線 GS與 通 過 地 面 站 正 北 方 向 的 夾 角 。仰 角 Z： 航 天 器 與 地 面 站 的 連 線 GS與 地 平 面 之 間 的 夾 角 。測 量 方 法 ： （ 1） 干 涉 儀 法 （ 2） 定 向 天 線 測 角 法 測 距 原 理 12i iR C t 圖 14.11 脈 沖 測 距 圖 14.12 連 續(xù) 波 測 距 第 十 六 章 航 天 器 的 返 回 返 回 方 案 1）

32、利 用 火 箭 向 運 行 方 向 的 反 方 向 推 進 而 減 速 ； 2） 利 用 大 氣 阻 力 減 速 ， 既 經(jīng) 濟 又 現(xiàn) 實 的 方 案 。返 回 的 幾 個 階 段 1） 離 軌 段 ； 2） 大 氣 層 外 自 由 下 降 段 ； 3） 再 入 大 氣 層 段 ；再 入 角 ： 再 入 時 的 速 度 方 向 與 當 地 水 平 面 的 夾 角 。 4） 著 陸 段 。 16.1 返 回 過 程 16.2 返 回 型 航 天 器 的 分 類彈 道 式 再 入 飛 行 器 升 力 式 再 入 飛 行 器純彈道式 半彈道式 升力體式 有翼飛行器返 回 型 航 天 器 彈 道 式

33、 再 入 飛 行 器 ： 升 阻 比 L/D在 00.5之 間 純 彈 道 式 再 入 飛 行 器 ： 升 阻 比 L/D為 零 。 半 彈 道 式 再 入 飛 行 器 ： 升 阻 比 L/D大 于 零 ， 小 于 0.5。升 力 式 再 入 航 天 器 :升 阻 比 L/D大 于 0.5 升 力 體 式 飛 行 器 ： 升 阻 比 L/D在 0.51.3之 間 有 翼 飛 行 器 ： 升 阻 比 L/D大 于 1.3 16.3 著 陸 16.4 防 熱 結 構選 擇 再 入 艙 幾 何 外 形防 熱 方 法 載人航天器（ 1）載 人 航 天 的 前 提 研 制 出 推 力 足 夠 大 ， 可

34、 靠 性 極 端 好 的 運 載 工 具 。 獲 得 空 間 環(huán) 境 對 人 體 影 響 的 足 夠 信 息 ， 了 解 人 體 所 能 承 受 的 極 限 條 件 并 找 到 防 護 措 施 。 可 靠 的 救 生 技 術 及 安 全 返 回 技 術 。 載 人 航 天 是 人 類 駕 駛 和 乘 坐 載 人 航 天 器 在 太 空 中 從 事 各 種 探 測 、研 究 、 試 驗 、 生 產(chǎn) 和 軍 事 應 用 的 往 返 飛 行 活 動 第 十 七 章 載 人 航 天 器17.1 概 述 載 人 飛 船 又 稱 宇 宙 飛 船 ， 是 一 種 運 送 航 天 員 到 達 太 空 并 安

35、全 返 回 的 一 次 性 使 用 的 航 天 器 。 其 分 為 衛(wèi) 星 式 飛 船 和 登 月 式 飛 船 。前 蘇 聯(lián) /俄 羅 斯 第 一 代 東 方 號 （ 1961年 4月 1963年 ） 第 二 代 上 升 號 （ 1964年 10月 1965年 ） 第 三 代 聯(lián) 盟 號 （ 1967年 ） 、 聯(lián) 盟 T（ 1979年 ） 、 聯(lián) 盟 TM（ 1986年 ） 聯(lián) 盟 號 飛 船 17.2 載 人 飛 船載 人 飛 船 的 發(fā) 展 狀 況 東 方 -1飛 船 美 國第 一 代 水 星 號 (196163年 ）第 二 代 雙 子 星 座 號 (1965年 ）第 三 代 阿 波 羅

36、 號 （ 1969年 7月 ） 雙 子 星 座 號 中 國神 舟 1神 舟 4號 ： 不 載 人神 舟 1: 1999年 11月 20日神 舟 2: 2001年 1月 16日 ， 6天 零 18小 時神 舟 3: 2002年 3月 25日 ， 6天 零 18小 時神 舟 4: 2002年 12月 30日 ， 6天 零 18小 時神 舟 5神 舟 7號 ： 載 人神 舟 5： 2003年 10月 15日 ， 21小 時 ， 楊 利 偉神 舟 6： 2005年 10月 12日 ， 5天 ， 費 俊 龍 ， 聶 海 勝神 舟 7： 2008年 9月 25日 ， 2天 20小 時 ， 翟 志 剛 、

37、劉 伯 明 ， 景 海 鵬神 舟 8號 ： 不 載 人 2011年 11月 8日 5時 發(fā) 射 ， 2011年 11月 17日 19點 返 回神 舟 9號 ： 載 人 2012年 6月 16日 18時 發(fā) 射 ， 2012年 6月 29日 10時 返 回景 海 鵬 、 劉 旺 、 劉 洋 公 共 系 統(tǒng) ： 結 構 系 統(tǒng) 、 推 進 系 統(tǒng) 、 電 源 系 統(tǒng) 、 姿 態(tài) 控 制 系 統(tǒng) 、 熱 控 系 統(tǒng) 、 跟 蹤 測 軌 系 統(tǒng) 、 遙 測 遙 控 系 統(tǒng) 、 數(shù) 據(jù) 管 理 系 統(tǒng)專 用 系 統(tǒng) ： 生 命 保 障 系 統(tǒng) 、 儀 表 照 明 系 統(tǒng) 、 返 回 系 統(tǒng) 、 應 急

38、及 救 生 系 統(tǒng) 、 乘 員 系 統(tǒng) 載 人 飛 船 的 組 成 17.3 登 月 飛 行 月 球 探 測 的 發(fā) 展 狀 況n 早 期 探 測 （ 19591976 ） 前 蘇 聯(lián) 的 “ 月 球 ” 計 劃 、 美 國 的 “ 徘 徊 者 ” 、 “ 月 球 軌道 器 ” 、 “ 勘 測 者 ” 、 “ 阿 波 羅 ” 載 人 登 月 計 劃(1969,71972,7)飛 越 月 球 、 擊 中 月 球 、 環(huán) 月 飛 行 、著 陸 月 球 、 月 球 車 行 走 、 無 人 采 樣返 回 、 載 人 登 月 勘 測 者 探 測 器 土 星 5號 運 載 火 箭 n 重 返 月 球 （

39、20世 紀 末 ） 美 國 1986年 提 出 重 返 月 球 設 想 ， 1994年 發(fā) 射 克 萊 門 汀探 測 器 ， 1998年 發(fā) 射 月 球 勘 探 者 探 測 器 日 本 1990年 發(fā) 射 “ 月 女 神 ” 月 球 探 測 器 ， 于 1993年 4月 進 入 月 球 軌 道 并 最 終 墜 落 月 面 日 本 “ 月 女 神 ” 飛 行 示 意 圖 日 本 “ 月 女 神 ” 繪 制 的 月 球 圖 n 中 國 的 探 月 工 程 嫦 娥 工 程嫦 娥 工 程 規(guī) 劃 為 三 期 ： 簡 稱 為 繞 、 落 、 回 。繞 ： 發(fā) 射 一 顆 月 球 衛(wèi) 星 ， 在 距 離

40、月 球 表 面 200千 米 的 高 度 繞 月 飛 行 ， 邊 繞 邊 看 ， 進 行 月 球 全 球 探 測 。 嫦 娥 一 號 衛(wèi) 星 （ 2007年 10月 31號 ,繞 月 高 度 100km ） 嫦 娥 二 號 衛(wèi) 星 （ 2010年 10月 1日 ,繞 月 高 度 100km 2011年 6月 9日 飛 離 月 球 )落 ： 發(fā) 射 月 球 軟 著 陸 器 降 落 到 月 球 表 面 ， 釋 放 一 個 月 球 車 ， 在 月 球 上 邊 走 邊 看 ， 進 行 著 陸 區(qū) 附 近 局 部 詳 細 探 測回 ： 發(fā) 射 月 球 自 動 采 樣 返 回 器 ， 降 落 到 月 球

41、表 面 后 ， 機 械 手 將 采 集 月 球 土 壤 和 巖 石 樣 品 送 上 返 回 器 ， 返 回 器 再 將 月 球 樣 品 帶 回 地 球 。 嫦 娥 一 號 衛(wèi) 星 嫦 娥 一 號 衛(wèi) 星 的 四 大 探 測 任 務 獲 得 三 維 立 體 月 球 地 形 圖 探 查 月 球 表 面 的 物 質 成 分 測 量 月 壤 厚 度 和 氦 -3的 儲 量1. 探 測 地 月 空 間 環(huán) 境位 于 月 表 東 經(jīng) 83度 到 東 經(jīng) 57度 ，南 緯 70度 到 南 緯 54度 。圖 幅 寬 約 280公 里 ， 長 約 460公 里 。圖 像 覆 蓋 區(qū) 域 屬 月 球 高 地 ，

42、分 布 有不 同 大 小 、 形 態(tài) 、 結 構 和 形 成 年 代 的 撞 擊 坑 。 驗 證 軟 著 陸 的 部 分 關 鍵 速 度1。 驗 證 地 月 轉 移 軌 道 技 術2。 近 月 100km的 軌 道 捕 獲 技 術3。 驗 證 100km到 15km的 軌 道 測 定 技 術4。 驗 證 x頻 段 的 測 控 技 術5。 12M/s的 高 速 度 向 地 面 傳 輸 數(shù) 據(jù)6。 高 分 辨 率 成 像嫦 娥 二 號 衛(wèi) 星 的 六 大 探 測 任 務 17.4 航 天 飛 機航 天 飛 機 是 一 種 可 重 復 使 用 的 有 翼 式 載 人 航 天 器 。航 天 飛 機 的

43、 發(fā) 展 狀 況 1981年 4月 12日 ， 美 國 哥 倫 比 亞 號 作 了 處 女 航 行 。 奮 進 號 阿 特 蘭 蒂 斯 號 發(fā) 現(xiàn) 號 挑 戰(zhàn) 者 號 航 天 飛 機 的 特 點1)重 復 使 用 ；2)過 載 小 ， 最 大 過 載 3g；3)水 平 著 陸 ， 使 空 間 活 動 的 安 全 可 靠 性 接 近 于 航 空 標 準 ；4)可 完 成 多 個 項 目 的 航 天 活 動 。 航 天 飛 機 的 組 成（ 1） 外 貯 箱 （ 不 可 回 收 ）（ 2） 固 體 助 推 器 （ 可 回 收 ）（ 3） 軌 道 器 機 頭 ： 駕 駛 室 、 生 活 室 和 儀

44、器 設 計 室 機 身 ： 長 18m 、 直 徑 4.5m 機 尾 ： 主 發(fā) 動 機 航 天 飛 機 的 飛 行 程 序 圖 17.13 航 天 飛 機 的 飛 行 程 序 17.5 空 間 站單 模 塊 空 間 站 : 運 載 火 箭 一 次 就 能 送 入 太 空 軌 道 運 行 。如 ： 禮 炮 1號 禮 炮 7號 、 天 空 實 驗 室 。多 模 塊 空 間 站 ： 有 多 次 運 送 入 軌 的 空 間 站 單 元 和 組 件 在軌 對 接 和 裝 配 而 成 。 分 為 兩 代 ： 第 一 代 為 積 木 式 構 型 ，由 多 個 艙 段 在 軌 道 上 直 接 對 接 組 成 ， 如 和 平 號 空 間 站 ；第 二 代 為 桁 架 掛 艙 式 ， 以 長 達 十 米 或 數(shù) 百 米 的 組 裝 式 或展 開 式 桁 架 作 為 基 礎 結 構 ， 然 后 將 多 個 艙 段 和 設 備 安 裝在 桁 架 上 ， 如 果 及 阿 爾 法 空 間 站 。 和 平 號 空 間 站 國 際 空 間 站