哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第10课-行星际航行.pptVIP

* * * * * * * 分析表明，这个过程最终将导致火星的大气压强达到地球的1/5，地表温度大幅度升高，那时即使在高纬度地区，也会季节性地存在液态水。那么，氯氟碳（CIFC）从哪里来？一部分可从地球上运送，更多的只能在火星表面上制造。这就意味着首先要进行初步的火星开发和定居。 假设利用上述方式之一提高了火星表面的温度，增加了大气层的密度，并提供了液态水。下面的向题是：氧气从哪里来？气压只有占到大气压的1/6，人才能正常地呼吸并感觉舒适。 经过升温后的火星大气虽然密度大了，但主要成分仍是CO2。人们无法在CO2占主导地位的大气中生存，然而植物却能。植物能在光合作用的过程中吸收CO2，释放氧气。 由此可见，改造火星大气的关键在于引进植物。当然这些植物要先改变基因，以适应火星的生长条件。 富含氧气的大气层在阳光照射下，双原子氧可以变成三原子氧，即所谓臭氧。它可以有效地阻挡紫外线。这样，大气就能起到保护人类的作用。 将来，地球上的人类在火星上定居后，火星大气只能保护人们不受正常的太阳风气侵袭，而当抵达火星的粒子流特别强大时，人们很可能需要另外的保护。 假设对火星进行初步开发，建设营地，建立永久性定居点，然后通过温室效应升温，直到有足够的液态水（把永久冻土中的水释放出来）和较为稠密的CO2大气层。最后，把整个火星表面种满植物，光合作用将吸收CO2，制造并释放氧气。 这个过程有多长呢？从种好全部植物到人类能在火星表面上直接呼吸并生存，至少要1000年。因此，以今天的科技水平来衡量，改造火星不是几百年的事情，而是几千年的事情。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 　空间飞行器动力学与控制 第十课_载人航天与行星际航行 空间飞行器动力学与控制 第十课_行星际航行 曹 伟 飞行器动力学与控制研究所 2009年秋季学期 星际飞行是行星际飞行和恒星际飞行的统称。当空间飞行器具有第二宇宙速度11.2 km／s时，可以脱离地球引力进入行星际飞行轨道；当具有第三宇宙速度16.7 km／s时。可以脱离太阳引力，进入恒星际飞行轨道。也有人把行星际飞行，包括围绕地球的飞行，称为航天，把恒星际飞行称为航宇。 一、行星际飞行 根据目前科学技术水平，可以这样说，行星际飞行是可以实现的，而恒星际飞行还只是一个伟大理想。将来若有可能实现这个理想，首先必须大大增加飞行速度(接近光速)。那时将产生一系列新问题。例如，要用相对论力学的规律设计轨道，必须制造出新型超级燃料和火箭，此外还有一些人们现在无法想到的问题。 （1）星际飞行的轨道 卫星等航天器都是在地球附近围绕地球运动的，称之为近地空间航行。所谓近地空间是指地球引力的作用范围，在这个作用范围内的运动可以看作是在地球引力场内的运动，基本上是二体运动。 在地球引力作用范围之外的行星际空间称为深空间，当航天器超出地球引力作用范围进行深空间航行时，航天器的运动要同时考虑太阳、地球和其他行星引力的作用，是多体运动，这是行星际飞行的一个特点。 根据引力作用范围可以把行星际飞行简化为多个不同的二体摄动问题。 行星的作用范围半径可按下式计算，该式适用于任何两个一大一小的天体。求出小天体(如行星)相对于大天体(如太阳)的作用范围半径为 (8．26) 式中，M，m分别为大、小两个天体的质量；r为两个 天体中心间的距离。 利用该式可以算出，地球相对于太阳的作用范围半径为930 000 km。近地空间即是以地球为中心，930 000 km为半径的球面内空间。月球相对于地球的作用范围半径为66 000 km。在太阳系和行星中，类木行星(包括木星到海王星的几个行星)由于质量大，离太阳的距离远，所以它们的作用范围半径很大。 应用引力作用范围的概念，可以把航天器星际航行的多体运动问题转化为航天器在不同飞行阶段处于不同天体引力作用范围时的多个二体问题。这实质上是假设航天器从地球出发飞往目标行星的过程中，任一时刻只受到对其运动影响最大的天体的引力作用。 根据上述假设，可将行星际航天器飞往目标行星的轨道分为三段： (1) 摆脱地球引力轨道(地心轨道)：从地球上发射到地球作用范围的边界，在这一段轨道上，航天器处在地球引力的“影响球”范围内。 (2) 日心过渡轨道(日心轨道)：从地球作用范围边界到目标行星作用范围边界，在这一段轨道上，太阳为基本引力体。航天器的这一运动阶