[名校联盟]空天飞行器设计.doc

1.1航天工程系统组成:发射场、运载器、航天器系统、地面应用系统、运载与航天器测控网 1.2航天器设计:解决每一个环节的具体设计，关键内容：航天任务分析与轨道设计、航天器构形设计、服务与支持分系统的具体设计 1.3航天器系统设计的层次关系及各组成部分作用: 有效载荷分系统：航天器上直接完成特定任务的仪器、设备和核心部分； 航天器结构平台：整个航天器的结构体 服务和支持系统：有效载荷正常工作的必要条件。 ①结构分系统：提供其他系统的安装空间；满足各设备安装方位，精度要求；确保设备安全；满足刚度，强度，热防护要求，确保完整性；提供其他特定功能 ②电源分系统：向航天器各系统供电 ③测控与通信系统：对航天器进行跟踪，测轨，定位，遥控，通信； ④热控系统：对内外能量管理和控制，实现航天器上废热朝外部空间的排散，满足在飞行各阶段，星船各阶段、仪器设备、舱内壁及结构所要求的温度条件； ⑤姿态与轨道控制系统： 姿态控制：姿态稳定，姿态机动； 轨道控制：用于保持或改变航天器的运行轨道，包括轨道确定（导航）和轨道控制（制导）两方面，使航天器遵循正确的航线飞行 ⑥推进系统：向地球静轨道转移时的近地点与远地点点火；低轨道转移时，低轨到高轨的提升与离轨再入控制； 星际航行向第二宇宙速度的加速过程；在轨运行 ⑦数据管理系统：将航天器遥控管理等综合在微机系统中 ⑧环境控制与生命保障：维持密闭舱内大气环境，保证航天员生命安全； 1.4航天器设计的特点 (1) 运载器有效载荷引发的设计特点：慎用质量和追求轻质量的特点追求小尺寸和巧安排的设计特点； (2) 适应外层空间环境引发的设计特点：创造必要的、可模拟真实环境进行航天器部件、设备、分系统和整体航天器检测、试验和验收的条件，使模拟真实环境的检测、试验和验收成为可能； (3) 特殊的一次使用性引发的设计特点：不存在维修、替换或补给，系统可靠性要求很高； (4) 单件生产引发的设计特点：每颗卫星都具有其特殊性 2.1对航天活动存在较大影响的环境要素:太阳电磁辐射、地球中性大气、地球电离层、地球磁场以及空间带电粒子辐射、空间碎片及微流星等 2.2航天器在近地轨道中运行受到的环境因素影响及这些因素所影响的分系统 ①地球引力分布的不均匀(轨道控制分系统) ②重力梯度（姿态控制分系统） ③高层大气密度（轨道控制分系统） ④空间带电粒子辐射(电子元器件、功能材料、仪器设备以及航天员) ⑤地球电离层（测控与通讯分系统） ⑥太阳电磁辐射以及地球对其的反照（热控制分系统、姿态控制分系统） ⑦地磁场（姿态控制分系统） ⑧空间碎片及微流星（结构分系统） 2.3太阳辐射对近地轨道航天器的影响:1.对航天器温控系统的影响：太阳辐射是主要外热源2.对航天器姿控系统的影响：太阳辐射和地气辐射压是航天器姿态控制中所必须考虑的因素之一，引起大气密度的变化，使航天器所受阻力增加3.对航天器电源系统的影响：（光谱辐照度决定航天器太阳电池方阵功率的精确计算，影响控制回路的软、硬件设计，对航天器表面的剥蚀作用加剧，破坏太阳电池保护层、危害航天器能源系统）4.对航天器通信系统的影响（导致短波和中波无线电信号衰落，甚至完全中断，太阳射电爆发引起射电背景噪声的增强，在一定条件下也会对航天器通信系统造成干扰）5.对航天遥感器、探测器的影响（对绝缘材料、光学材料和高分子材料也存在损伤作用，从而对航天遥感器和探测器产生影响，对航天器上各种光学遥感系统形成污染）6.对人体和生物体的影响（对人体器官和眼睛有不同的损伤，诱发人体皮肤癌） 2.4电离层对航天活动的影响:1、对航天器通信系统的影响（改变电波传播路径，出现电波时延、信号衰落，通信质量下降，引起电波聚焦或散焦，甚至造成电波信号丢失）2、对航天器定轨系统的影响（电波信号频率发生偏移）3、对航天器轨道和姿态的影响（阻力增大）4、航天器充电效应（表面充电和内部充电，充电电位达到一定值时，就会发生静电放电，对航天器电子系统产生影响）5、对航天器电源系统的影响（造成电源电流的无功泄露，降低了电源的供电效率） 3.1轨道设计过程:确定轨道的类型；确定与轨道有关的任务要求；评价具体的轨道；单颗卫星或星座的选择；进行飞行任务轨道设计的权衡；运载工具，回收或报废轨道的选择；估计星座的发展和补充；建立△V的预算；编制有关轨道参数，选择准则和允许范围的文件 3.2常用的轨道类型及应用范围：1.地球静止轨道及其星座：国际通信、区域和国内通信广播、海事通信、移动通信、区域导航、区域气象观测等卫星；2.太阳同步(回归)轨道及其星座：地球资源观测、全球气象观测、空间环境探测和科学技术试验、海洋监测等卫星；3.甚低轨道：返回式遥感卫星、载人飞船、航天飞机、空间试验室、空间站等；4.临界倾角大椭圆轨道(周期为12h)及