第四章 轨道机动讲解.ppt

3.1 一次脉冲改变轨道面 机动位置和机动大小的计算 3.2 两次脉冲改变轨道面 先改变轨道倾角，再改变升交点赤经 3.2 两次脉冲改变轨道面 2、然后再北纬最高点改变升交点赤经 1、先在赤道改变改变轨道倾角 由球面三角定理可知 3.3 两种轨道面改变方法的比较 3.4 三脉冲改变轨道面 3.4 三脉冲改变轨道面 讨论：三脉冲是否比单脉冲节省能量？ 3.4 三脉冲改变轨道面 r2/r1逐步增大 授课内容 轨道机动概述 平面内机动 平面外机动 组合机动 具体应用 轨道的速度大小和方向同时改变 作业：将一个初始轨道为200km，轨道倾角为30°卫星，通过轨道机动送入地球静止轨道，请设计一个能量最优的转移轨道。下节课讨论！ 4.1 组合机动 授课内容 轨道机动概述 平面内机动 平面外机动 组合机动 具体应用 4.1 神舟飞船交会轨道的选择 目标器轨道选择——回归轨道 4.2 神舟飞船交会对接（轨道面调整） 先改变轨道倾角，再改变升交点赤经 4.3 神舟飞船交会对接（调相策略） 4.3 神舟飞船交会对接（调相策略） 飞行器调相的算例 已知：目标飞行器采用２天回归轨道，追踪飞行器入轨时的半长轴为6630 km，调相时间为两天。 则追踪飞行器最大调相能力为220°，最小调相能力为26° 4.4 神舟飞船交会对接（轨道交会） 霍曼转移 请批评指正！ * * 第四章 轨道机动 主讲教师：杏建军 * 授课内容 轨道机动概述 平面内机动 平面外机动 组合机动 具体应用 1.1 什么是轨道机动 定义：航天器主动改变轨道根数的过程。 分类：轨道面内机动，轨道平面外机动 用途：轨道保持；轨道转移；轨道交会 1.2 轨道机动的研究方法 有限推力法：发动机推力是一个有限量，轨道根数的改变不是瞬间完成，而是有一定的时间过程。 优点：符合航天器轨道机动的实际情况，精度高 缺点：需要知道发动机的推力大小、航天器的质量和具体的机动轨道等信息，不利于方案论证和初步设计阶段的应用。 1.2 轨道机动的研究方法 冲量法 ：假设发动机推力充分大，在瞬间就能获得所需的速度增量。 缺点：对航天器轨道机动的实际情况进行了假设简化，有一定的误差 优点：使问题大大简化，并且对大推重比发动机有良好的近似效果。 1.3 发动机推进剂消耗的估计 火箭发动机产生推力的示意图 1.3 发动机推进剂消耗的估计 提示：应用动量守恒定理 讨论：如何计算火箭发动机产生的推力？ C定义为有效气速度 1.3 发动机推进剂消耗的估计 齐奥尔科夫斯基公式 定义比冲: 根据牛顿第二定理: 1.3 发动机推进剂消耗的估计 比冲是推进剂所含能量的度量，表示推进剂转换成推力的效率 一些典型推进剂的比冲 1.3 发动机推进剂消耗的估计 已知轨道机动需要的速度冲量和发动机使用的推进剂，则 或 算例：从第一宇宙速度7.9km/s加速到第三宇宙速度13.6km/s，采用目前比冲最高的液氢液氧（450s），推进剂占总重量的比例 结论：现有航天推进系统效率较低 1.3 发动机推进剂消耗的估计 起飞质量：479.7吨? 近地轨道运载能力：7.8吨 载荷质量因子=0.016 1.3 发动机推进剂消耗的估计 起飞质量：867吨? 近地轨道运载能力：23吨 载荷质量因子=0.027 1.3 发动机推进剂消耗的估计 起飞质量：3038.615吨? 近地轨道运载能力：118.841吨 载荷质量因子=0.039 土星5号（阿波罗计划） 1.3发动机推进剂消耗的估计 霍金微博中的“突破摄星”计划 “突破摄星”旨在研发出一台“纳米飞行器”：—台质量为克级的自动化太空探测器，通过激光光束把它推动到五分之一的光速。如果成功的话，这个飞掠任务将会在发射后20年左右到达距地球4.37光年的半人马座阿尔法星附近。（用现有的火箭技术需要3万年以上） 1.4 本节作业：估算载人探月的起飞重量 已知载人登月的速度冲量如上图所示，估算与阿波罗同等返回规模（5.8吨）的载人探月任务，其地球起飞质量为多少？（采用推进剂的比冲为450秒） 授课内容 轨道机动概述 平面内机动 平面外机动 组合机动 具体应用 2.1 霍曼转移 1925年，德国工程师霍曼提出（当时还没有人造卫星） 2.1 霍曼转移 应用活力公式 2.1 霍曼转移 再一次应用活力公式 如何推导？ 转移所花费的时间如何计算？ 2.1 霍曼转移 讨论一：初始轨道确定的条件下，是否目标目标轨道越高，霍曼转移消耗的推进剂越多？ 第一种方法：预估法 2.1 霍曼转移 第二种方法：画图法 x = [1:0.1:100]; dv1 = ((2.*x)./(1+x)).^0.5-1; dv2 = (x).^(-0.5)-(2./(x.*(1+x))).^0.5; plot(x,dv1,+,x