课件第七章航天技术.pptx

第7章 航天技术第10讲主要内容1.航天基地通常有哪几部分构成？各有何特点？2.航天器发射场有哪几部分组成？各有何作用？3.对地球同步通信卫星是如何进行测控的？4.对航天器的构造有什么特殊要求？5.航天器有哪些种类?第7章 航天技术 载人或不载人的航天器在大气层以外的航行活动称为航天活动，又称空间飞行或宇宙航行。航天活动的主要目的是探索、开发和利用太空以及地球以外的天体。航天包括环绕地球的运行；飞往月球或其他行星的航行。航天的关键在于航天器应达到足够的速度，克服或摆脱地球引力；飞出太阳系的航行还要摆脱太阳引力。恒星际航行尚处于探索阶段，目前航天活动还局限于太阳系内。航天技术1.航天器的飞行原理2.航天器基本分类与结构3.航天发射场 4.火箭与导弹第7章 航天技术第7章 航天技术航天器第7章 航天技术美国新登月航天器第7章 航天技术小型航天器第7章 航天技术登月车1.宇宙速度 航天器的飞行原理2.轨道要素 3.卫星轨道 7.1 航天器的飞行原理 航天器在空间航行的轨迹称为轨道。航天器由运载工具发射升空到完成全部任务返回的过程包括三个阶段：发射入轨段、轨道运行段和返回再入段。相对应的有发射轨道、运行轨道和返回轨道。有些航天器没有返回再入阶段，而是在任务完成后坠入大气层烧毁或漂流在太空成为太空垃圾。航天器在穿越大气层阶段与航空器有类似的特点，又有一些特殊现象。 7.1 航天器的飞行原理俄罗斯导弹航天器7.1.1 宇宙速度 从地球表面发射飞行器，环绕地球飞行所需的最小速度称为第一宇宙速度，又叫环绕速度。假设地球没有大气层，物体能环绕地球运动的最低轨道就是半径与地球半径相同的圆轨道，此时地心引力等于航天器作圆周运动所需要的向心力: g---重力加速度 M---航天器质量 R---地球半径 v---航天器速度 当物体速度进一步提高到16．6km/s时。再利用地球公转速度，物体就沿双曲线轨道飞离地球，当它飞到离地球93万公里处，便可以被认为脱离了地球引力，以后将在太阳引力作用下沿抛物线绕太阳运动，并最终飞离太阳系。这个速度为第三宇宙速度。7.1.1 宇宙速度宇宙速度7.1.2 轨道要素 我们通常称中心重力场内的被动运动（即无动力飞行）称为开普勒运动。而把开普勒运动的三种情况：椭圆轨道、抛物线轨道和双曲线轨道统称为开普勒轨道。要确定任一时刻航天器的位置与速度。就需要用轨道要素来描述。描述航天器开普勒轨道要素有6个。1.轨道半长轴a2.轨道偏心率e3.轨道倾角i轨道要素4.升交点赤径W 5.近地点幅角w 6.过近地点时刻tp 7.1.2 轨道要素1.轨道半长轴a： 它的长度是椭圆长轴的一般，可用公里或地球赤道半径或天文单位为单位。根据开普勒第三定律，半长轴与运行周期间有确定的换算关系。2.轨道偏心率e： 它是椭圆两焦点之间的距离与长轴长度的比值。偏心率等于1时是抛物线轨道，偏心率大于1时是双曲线轨道。7.1.2 轨道要素3.轨道倾角i： 轨道平面与地球赤道平面的夹角。用地轴的北极方向与轨道平面的正法线方向的夹角度量。倾角小于90时为顺行轨道，卫星从西（西南或西北）向东（东北或东南）运行。倾角大于90度时为逆行轨道，卫星运行方向与顺行轨道相反。倾角等于90度时为极轨道。4.升交点赤径W： 当轨道倾角i≠0时，轨道与赤道有两个交点，卫星由南向北经过赤道的一点叫升交点，由北向南经过赤道一点交降交点。地球绕太阳公转中，太阳从南半球到北半球时穿过赤道的点称为春分点。春分点与升交点对地心的张角为升交点赤径，以春分点向东度量。7.1.2 轨道要素5.近地点幅角w： 近地点与升交点对地心的引角，沿卫星运动方向从升交点量到近地点，近地点幅角决定了椭圆轨道在轨道平面里的方位。6.过近地点时刻tp： 它是卫星通过近地点的时刻，以年，月，日，时，分，秒表示。用这个时刻作为卫星在轨道上的时间起量点，通过计算可以得出卫星在任一时刻到达轨道上的哪个位置。7.1.2 轨道要素轨道要素7.1.3 卫星轨道 卫星轨道是指从运载火箭与卫星分离开始，到卫星返回地面为止，卫星质心的运动轨迹。它取决于星箭分离点的位置和速度，为一开普勒轨道。根据分类不同和卫星承担的任务不同，卫星轨道可分为多种。1.圆轨道和椭圆轨道2.顺行轨道和逆行轨道3.地球同步轨道卫星轨道4.太阳同步轨道5.极轨道6.回归轨道7.1.3 卫星轨道1.圆轨道和椭圆轨道 不同的轨道高度上圆轨道速度是不同的，如在1000km高的轨道上，如果入轨速度正好是7．35km/s，而且入轨速度方向和当地水平线平行，就可以形成圆轨道。入轨速度大小和方向，这两个条件只要有一个不满足，就形成椭圆轨道，严重的还不能形成轨道，而进入大气层陨毁。因此，实际运动中的卫星轨道没有一条是偏心率正好等于0的圆轨道。但为了计算方便，我们把偏心率小于0.1的