哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第9课-航天飞机技术.pptVIP

航天飞机在上升段开始时是三台主发动机和两台助推器一起工作的，后期只有三台主发动机工作，或者在三台主发动机中任意两台工作。航天飞机控制系统可以利用每台发动机和助推器尾喷管所具有的两轴摆动能力组合成滚动、俯仰、偏航三轴姿态控制。 入轨阶段 在主发动机关机后，航天飞机已基本达到了人轨速度，少量不足需要依靠轨道机动发动机提供推力完成最后的入轨飞行。 主发动机关机后两分钟启动两台轨道机动发动机，人工控制提高轨道远地点和近地点高 度。根据任务对轨道的要求，约几分钟后第二次人工控制提高轨道远地点和近地点的高度。经过上述轨道机动后，轨道器入轨。 航天飞机入轨后立即开始检测各分系统的工作状态，若检测中出现危及飞行计划的故障和不测事件，即可采取措施予以排除；如须返回，则可开动轨道机动发动机系统和反作用控制系统脱离地球轨道，按再人返回程序进入返回轨道。如检测结果一切正常，航天飞机就开始预定的工作。 首先利用轨道机动系统的两台小型火箭发动机作末速度修正，按照飞行任务和发射时间要求进行轨道变换，把轨道修正成精确的圆轨道，并利用反作用控制系统将航天飞机的姿态调整到预定任务所需的位置和方向。 入轨阶段大约要花费几分钟到十几分钟时问。尔后，航天飞机就在选定的轨道上，日夜作无动力飞行(有时需要作些姿态控制或轨道修正)，进行各种轨道作业。 轨道运行阶段 航天飞机进入轨道以后，作无动力飞行。根据飞行任务的需要，可在185～1,100km的高度上运行7～30d，速度为7.68km／s。 在轨道运行过程中，航天飞机可按需要完成各项操纵飞行。轨道机动系统和反作用控制系统是轨道运行阶段的执行机构。利用轨道机动系统，能够完成轨道机动、修正和保持；利用反作用控制系统，航天飞机在轨道上可以采用任何所希望的飞行姿态并加以保持，可以使它的敏感器固定轴指向某一地面目标或空间目标，以满足有效载荷的要求。其定向精度可达±0.5°以内。 航天飞机最有意义的一项活动是能够在轨道上回收并检修卫星，尔后再重新施放到空间轨道。 　　航天飞机在轨道平面内具有一定的机动飞行能力，它可以同失效的卫星交会并用机械手将其收回，然后由航天员在货舱内进行检修，拆换陈旧或失效的系统和部件，安装新的敏感器或实验件，补充卫星上的消耗物品，如给气瓶充气、加注燃料等。 　　检修过的卫星经过测试后，再通过机械手将其施放到轨道上。整个回收、检修和再施放过程如图所示。 离轨阶段 在轨道器完成预定飞行任务后，准备离开轨道。首先由反作用控制系统对轨道器进行姿态调整和控制，一般是把轨道器掉转，让轨道机动发动机喷管朝向飞行前方。 　　然后通过航天飞机星载控制计算机系统发出离轨指令，点燃轨道机动发动机，对轨道器实行制动减速。 离轨阶段 　　在离轨制动点火瞬间，反作用控制系统要确保轨道器处于精确的返回姿态。制动点火10min后，轨道器已降到最有利于再入大气层的高度，此时约为122km，速度7.9 km／s，通常称此点为再入点，由此航天飞机进入再入阶段。在制动点火的同时，反作用控制系统也与轨道机动系统一同工作，保证轨道器以约-1°的再入角和34°的攻角通过再入点进入大气层。 再入与着陆阶段 再入与着陆阶段是航天飞机飞行的最后过程，也是控制与操纵最复杂的过程。 这阶段分为再入、末端能量管理和着陆3个过程。再入过程的轨道高度为122～21 km。再入开始时采用反作用控制系统进行姿态控制以达到制动和降低轨道高度的目的。当再入8 min后，航天飞机高度降到76．84 km，速度为7．79 km／s。 再入与着陆阶段 　　由于此时气动压力已达1．02 Pa，所以对航天飞机进行俯仰和滚动两个方向的姿态控制可以不用反作用控制系统，而改用气动面控制。此时，航天飞机飞行控制系统靠调整攻角来消除距离误差，并靠调整偏转角来保持动压与速度的关系。再入后30 min 30 s，航天飞机降到25 km高度，速度为731 m／s。 　　此后航天飞机反作用控制系统完全停止工作，下一步的下降控制改用气动控制方法，机翼成为决定性的操纵部件，从此开始了无动力飞行。当再入后31 min 33 s，航天飞机降到21 km的高度，再入过程结束，开始转入末端能量管理过程。 末端能量管理阶段 　　末端能量管理过程的轨道高度约21～3 km，该过程控制完全采用气动阻力方法。航天飞机调整其攻角，把动压保持在68～14 Pa这个范围内。航天飞机能否正常安全着陆完全取决于这一过程的飞行。由于这个过程完全是无推力飞行，只能利用现有能量来调整各种气动力，从而控制航天飞机飞行，因此不管是利用自动控制或人工操作都要求严格控制航天飞机的能量、高度、速度、飞行路线、航向