航天器動(dòng)力學(xué)課件

1、 1.1 世界航天技術(shù)發(fā)展的概況世界航天技術(shù)發(fā)展的概況 1.2航天器的分類與系統(tǒng)組成航天器的分類與系統(tǒng)組成 1.3航天器控制的基本概念航天器控制的基本概念第一章第一章 緒緒 論論 “ “我知道地球是圓的，因?yàn)槲铱次抑赖厍蚴菆A的，因?yàn)槲铱匆娏藞A形；然后，又看到它還是立體見了圓形；然后，又看到它還是立體的。當(dāng)我往下看時(shí)，的。當(dāng)我往下看時(shí)，看到印度洋看到印度洋上船舶拖著尾波前進(jìn)，非洲一些地方上船舶拖著尾波前進(jìn)，非洲一些地方出現(xiàn)灌木林火，一場雷電交加的暴風(fēng)出現(xiàn)灌木林火，一場雷電交加的暴風(fēng)雨席卷了澳大利亞雨席卷了澳大利亞10001000英里的地區(qū)，英里的地區(qū)，呈現(xiàn)出大自然的一幅立體風(fēng)景畫。呈現(xiàn)出大自然

2、的一幅立體風(fēng)景畫?！?這是航天員在談到從航天飛機(jī)上這是航天員在談到從航天飛機(jī)上看地球的情景時(shí)的一段描述。看地球的情景時(shí)的一段描述。 第一章第一章 緒緒 論論 航天技術(shù)發(fā)展是當(dāng)今世界上最引人注目的事業(yè)之一，航天技術(shù)發(fā)展是當(dāng)今世界上最引人注目的事業(yè)之一，它推動(dòng)著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使人類活動(dòng)的領(lǐng)域由大它推動(dòng)著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使人類活動(dòng)的領(lǐng)域由大氣層內(nèi)擴(kuò)展到宇宙空間。航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)氣層內(nèi)擴(kuò)展到宇宙空間。航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，是基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的集成，航天技術(shù)是一個(gè)國晶，是基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的集成，航天技術(shù)是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。家科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 空天飛機(jī)

3、空天飛機(jī)設(shè)想圖設(shè)想圖1.1 世界航天技術(shù)發(fā)展的概況世界航天技術(shù)發(fā)展的概況 航天技術(shù)是一門綜合性的工程技術(shù)，主要包括：制航天技術(shù)是一門綜合性的工程技術(shù)，主要包括：制導(dǎo)與控制技術(shù)，熱控制技術(shù)，噴氣推進(jìn)技術(shù)，能源技術(shù)，導(dǎo)與控制技術(shù)，熱控制技術(shù)，噴氣推進(jìn)技術(shù)，能源技術(shù)，空間通信技術(shù)，遙測遙控技術(shù)，生命保障技術(shù)，航天環(huán)空間通信技術(shù)，遙測遙控技術(shù)，生命保障技術(shù)，航天環(huán)境工程技術(shù)，火箭及航天器的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)技術(shù)，境工程技術(shù)，火箭及航天器的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)技術(shù)，航天器的發(fā)射、返回和在軌技術(shù)等。由多種技術(shù)融于一航天器的發(fā)射、返回和在軌技術(shù)等。由多種技術(shù)融于一體的航天系統(tǒng)是現(xiàn)代高技術(shù)的復(fù)雜大系統(tǒng)，不僅規(guī)模龐體

4、的航天系統(tǒng)是現(xiàn)代高技術(shù)的復(fù)雜大系統(tǒng)，不僅規(guī)模龐大，技術(shù)高新、尖端，而且人力、物力耗費(fèi)巨大，工程大，技術(shù)高新、尖端，而且人力、物力耗費(fèi)巨大，工程周期長。時(shí)至今日，航天技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到政治、軍周期長。時(shí)至今日，航天技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到政治、軍事、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)探測等領(lǐng)域，已成為一個(gè)國家綜合國力事、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)探測等領(lǐng)域，已成為一個(gè)國家綜合國力的象征。的象征。 人類很早就有遨游太空、人類很早就有遨游太空、征服宇宙的理想。宇宙的星征服宇宙的理想。宇宙的星球?qū)θ祟愐恢背錆M著吸引力球?qū)θ祟愐恢背錆M著吸引力和神秘感，許多美麗的神話和神秘感，許多美麗的神話和傳說，反映了人類對(duì)宇宙和傳說，反映了人類對(duì)宇宙的向往和探索

5、空間奧秘的心的向往和探索空間奧秘的心情。情。嫦娥奔月嫦娥奔月、牛郎牛郎織女織女，以及孫悟空騰云駕，以及孫悟空騰云駕霧、一個(gè)筋斗十萬八千里等。霧、一個(gè)筋斗十萬八千里等。飛天壁畫1.1.1 人類的早期航天探索 航天飛行的歷史是從火箭技術(shù)航天飛行的歷史是從火箭技術(shù)的歷史開始的，沒有火箭也就沒有的歷史開始的，沒有火箭也就沒有航天飛行。追溯源頭，中國是最早航天飛行。追溯源頭，中國是最早發(fā)明火箭的國家。發(fā)明火箭的國家?！盎鸺鸺边@個(gè)詞這個(gè)詞在三國時(shí)代在三國時(shí)代( (公元公元220220280280年年) )就出就出現(xiàn)了。不過那時(shí)的火箭只是在箭桿現(xiàn)了。不過那時(shí)的火箭只是在箭桿前端綁有易燃物，點(diǎn)燃后由弩弓射

6、前端綁有易燃物，點(diǎn)燃后由弩弓射出，故亦稱為出，故亦稱為“燃燒箭燃燒箭”。 隨著中國古代四大發(fā)明之一的火藥出現(xiàn)，火藥便取代隨著中國古代四大發(fā)明之一的火藥出現(xiàn)，火藥便取代了易燃物，使了易燃物，使火箭火箭迅速應(yīng)用到軍事中。公元迅速應(yīng)用到軍事中。公元lOlO世紀(jì)唐世紀(jì)唐末宋初就已經(jīng)有了火藥用于火箭的文字記載，這時(shí)的末宋初就已經(jīng)有了火藥用于火箭的文字記載，這時(shí)的火箭雖然使用了火藥，但仍須由弩弓射出。真正靠火火箭雖然使用了火藥，但仍須由弩弓射出。真正靠火藥噴氣推進(jìn)而非弩弓射出的火箭的外形被記載于明代藥噴氣推進(jìn)而非弩弓射出的火箭的外形被記載于明代茅元儀編著的茅元儀編著的武備志武備志中，見圖中，見圖1.11.

7、1。這種原始這種原始火箭火箭雖然沒有現(xiàn)代火雖然沒有現(xiàn)代火箭那樣復(fù)雜，但已經(jīng)具有了戰(zhàn)箭那樣復(fù)雜，但已經(jīng)具有了戰(zhàn)斗部斗部( (箭頭箭頭) )、推進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)( (火藥火藥筒筒) )、穩(wěn)定系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)( (尾部羽毛尾部羽毛) )和箭和箭體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)( (箭桿箭桿) )，完全可以認(rèn)為，完全可以認(rèn)為是現(xiàn)代火箭的雛形。是現(xiàn)代火箭的雛形。 中華民族不但發(fā)明了火箭，而且還最早應(yīng)用了串聯(lián)中華民族不但發(fā)明了火箭，而且還最早應(yīng)用了串聯(lián)( (多級(jí)多級(jí)) )和并聯(lián)和并聯(lián)( (捆綁捆綁) )技術(shù)以提高火箭的運(yùn)載能力。明代史記中技術(shù)以提高火箭的運(yùn)載能力。明代史記中記載的記載的“神火飛鴉神火飛鴉”就是并聯(lián)技術(shù)的體現(xiàn)；就

8、是并聯(lián)技術(shù)的體現(xiàn)；“火龍出水火龍出水”就是串、并聯(lián)綜合技術(shù)的具體運(yùn)用，如圖就是串、并聯(lián)綜合技術(shù)的具體運(yùn)用，如圖1.21.2所示。所示。 世界上第一個(gè)試圖乘坐火箭上天的世界上第一個(gè)試圖乘坐火箭上天的“航天員航天員”也出現(xiàn)在中國。相傳在也出現(xiàn)在中國。相傳在1414世世紀(jì)末期，中國有位稱為紀(jì)末期，中國有位稱為“萬戶萬戶”的人，的人，兩手各持一大風(fēng)箏，請(qǐng)他人把自己綁在兩手各持一大風(fēng)箏，請(qǐng)他人把自己綁在一把特制的座椅上，座椅背后裝有一把特制的座椅上，座椅背后裝有4747支支當(dāng)時(shí)最大的火箭當(dāng)時(shí)最大的火箭( (又稱又稱“起火起火”) )。他試。他試圖借助火箭的推力和風(fēng)箏的氣動(dòng)升力來圖借助火箭的推力和風(fēng)箏的氣

9、動(dòng)升力來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“升空升空”的理想。的理想。“萬戶萬戶”的勇敢的勇敢嘗試雖遭失敗并獻(xiàn)出了生命，但他仍是嘗試雖遭失敗并獻(xiàn)出了生命，但他仍是世界上第一個(gè)想利用火箭的力量進(jìn)行飛世界上第一個(gè)想利用火箭的力量進(jìn)行飛行的人。行的人。萬戶 19 19世紀(jì)末世紀(jì)末2020世紀(jì)初，火箭才又重新蓬勃地發(fā)展世紀(jì)初，火箭才又重新蓬勃地發(fā)展起來。近代的火箭技術(shù)和航天飛行的發(fā)展，涌現(xiàn)出起來。近代的火箭技術(shù)和航天飛行的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多勇于探索的航天先驅(qū)者，其中代表人物許多勇于探索的航天先驅(qū)者，其中代表人物K K3 3齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基(OHCTaHTHH3ayap(OHCTaHTHH3ayap且且oBHq oBH

10、q UHOaKOBCKHfiUHOaKOBCKHfi) )，R R戈達(dá)德戈達(dá)德(Robert Goddard)(Robert Goddard)，H H奧伯特奧伯特(Hermann Oberth(Hermann Oberth) )。 1.1.2 近代航天技術(shù)的發(fā)展近代航天技術(shù)的發(fā)展K3齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基R戈達(dá)德戈達(dá)德 前蘇聯(lián)科學(xué)家前蘇聯(lián)科學(xué)家齊奧爾齊奧爾科夫斯基科夫斯基一生從事利用火一生從事利用火箭技術(shù)進(jìn)行航天飛行的研箭技術(shù)進(jìn)行航天飛行的研究。在他的經(jīng)典著作中，究。在他的經(jīng)典著作中，對(duì)火箭飛行的思想進(jìn)行了對(duì)火箭飛行的思想進(jìn)行了深刻的論證，最早從理論深刻的論證，最早從理論上證明了用多級(jí)火

11、箭可以上證明了用多級(jí)火箭可以克服地心引力進(jìn)入太空的克服地心引力進(jìn)入太空的論點(diǎn)。論點(diǎn)?，F(xiàn)代宇航之父齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基的貢獻(xiàn)齊奧爾科夫斯基的貢獻(xiàn) 1 1、建立了火箭運(yùn)動(dòng)的基本數(shù)學(xué)方程，奠定航天學(xué)的基礎(chǔ)。、建立了火箭運(yùn)動(dòng)的基本數(shù)學(xué)方程，奠定航天學(xué)的基礎(chǔ)。 2 2、首先肯定了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是航天器最適宜的動(dòng)力裝置，、首先肯定了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是航天器最適宜的動(dòng)力裝置，論述了關(guān)于液氫一液氧作為推進(jìn)劑用于火箭的可能性，為運(yùn)載器論述了關(guān)于液氫一液氧作為推進(jìn)劑用于火箭的可能性，為運(yùn)載器的發(fā)展指出了方向，這些觀點(diǎn)僅僅幾十年就成為了現(xiàn)實(shí)。的發(fā)展指出了方向，這些觀點(diǎn)僅僅幾十年就成為了現(xiàn)實(shí)。 3 3、指出過用

12、新的燃料、指出過用新的燃料( (原子核分解的能量原子核分解的能量) )來作火箭的動(dòng)力；來作火箭的動(dòng)力；并具體地闡明了用火箭進(jìn)行航天飛行的條件，火箭由地面起飛的并具體地闡明了用火箭進(jìn)行航天飛行的條件，火箭由地面起飛的條件，以及實(shí)現(xiàn)飛向其他行星所必須設(shè)置中間站的設(shè)想。條件，以及實(shí)現(xiàn)飛向其他行星所必須設(shè)置中間站的設(shè)想。 4 4、提出過許多的技術(shù)建議，如他建議使用燃?xì)舛鎭砜刂苹鸺?，、提出過許多的技術(shù)建議，如他建議使用燃?xì)舛鎭砜刂苹鸺帽脕韽?qiáng)制輸送推進(jìn)劑到燃燒室中，以及用儀器來自動(dòng)控制火箭用泵來強(qiáng)制輸送推進(jìn)劑到燃燒室中，以及用儀器來自動(dòng)控制火箭等，都對(duì)現(xiàn)代火箭和航天飛行的發(fā)展起了巨大的作用。等，都對(duì)現(xiàn)

13、代火箭和航天飛行的發(fā)展起了巨大的作用。 美國的火箭專家、物理美國的火箭專家、物理學(xué)家和現(xiàn)代航天學(xué)奠基人學(xué)家和現(xiàn)代航天學(xué)奠基人之一之一戈達(dá)德博士戈達(dá)德博士在在19101910年年開始進(jìn)行近代火箭的研究開始進(jìn)行近代火箭的研究工作，他在工作，他在19191919年發(fā)表的年發(fā)表的達(dá)到極大高度的方法達(dá)到極大高度的方法的論文中，闡述了火箭飛的論文中，闡述了火箭飛行的數(shù)學(xué)原理，指出火箭行的數(shù)學(xué)原理，指出火箭必須具有必須具有7 79 km9 kms s的速的速度才能克服地球的引力，度才能克服地球的引力，并研究了利用火箭把有效并研究了利用火箭把有效載荷送至月球的幾種可能載荷送至月球的幾種可能方案。方案。美國科學(xué)

14、家戈達(dá)德（18821945） 德國的德國的奧伯特教授奧伯特教授在他在他19231923年出版的年出版的飛向星際飛向星際空間的火箭空間的火箭一書中不僅確立了火箭在宇宙空間真空一書中不僅確立了火箭在宇宙空間真空中工作的基本原理，而且還說明火箭只要能產(chǎn)生足夠中工作的基本原理，而且還說明火箭只要能產(chǎn)生足夠的推力，便能繞地球軌道飛行。同的推力，便能繞地球軌道飛行。同齊奧爾科夫斯基齊奧爾科夫斯基和和戈達(dá)德戈達(dá)德一樣，他也對(duì)許多推進(jìn)劑的組合進(jìn)行了廣泛的一樣，他也對(duì)許多推進(jìn)劑的組合進(jìn)行了廣泛的研究。研究。 在在19321932年德國發(fā)射年德國發(fā)射A2A2火箭，飛行高度達(dá)到火箭，飛行高度達(dá)到3 km3 km。1

15、9421942年年1010月月3 3日，德國首次成功地發(fā)射了人類歷史上第日，德國首次成功地發(fā)射了人類歷史上第一枚彈道導(dǎo)彈一枚彈道導(dǎo)彈V V2(A42(A4型型) )，并于，并于19441944年年9 9月月6 6日首日首次投入作戰(zhàn)使用。次投入作戰(zhàn)使用。德國彈道導(dǎo)彈德國彈道導(dǎo)彈發(fā)射升空的情景發(fā)射升空的情景 在第二次世界大戰(zhàn)中設(shè)計(jì)了在第二次世界大戰(zhàn)中設(shè)計(jì)了V2火箭火箭并為宇宙探索作出了重大貢獻(xiàn)的并為宇宙探索作出了重大貢獻(xiàn)的馮馮布勞恩布勞恩博士博士 V-2V-2的成功在工程上實(shí)現(xiàn)的成功在工程上實(shí)現(xiàn)了了1919世紀(jì)末、世紀(jì)末、2020世紀(jì)初航天技世紀(jì)初航天技術(shù)先軀者的技術(shù)設(shè)想，并培養(yǎng)術(shù)先軀者的技術(shù)設(shè)想

16、，并培養(yǎng)和造就了一大批有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的和造就了一大批有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的火箭專家，對(duì)現(xiàn)代大型火箭的火箭專家，對(duì)現(xiàn)代大型火箭的發(fā)展起到了繼往開來的作用。發(fā)展起到了繼往開來的作用。V-2V-2的設(shè)計(jì)雖不盡完善，但它的設(shè)計(jì)雖不盡完善，但它卻是人類擁有的第一件向地球卻是人類擁有的第一件向地球引力挑戰(zhàn)的工具，成為航天技引力挑戰(zhàn)的工具，成為航天技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。 V-2火箭 1957 1957年年1010月月4 4日，前蘇聯(lián)用日，前蘇聯(lián)用“衛(wèi)星衛(wèi)星”號(hào)運(yùn)載火箭把世號(hào)運(yùn)載火箭把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星送入太空，衛(wèi)星呈球形，外界上第一顆人造地球衛(wèi)星送入太空，衛(wèi)星呈球形，外徑徑O O

17、58 m58 m，外伸，外伸4 4根條形天線，質(zhì)量根條形天線，質(zhì)量83836 kg6 kg，衛(wèi)星，衛(wèi)星在天上正常工作了在天上正常工作了3 3個(gè)月。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)衡量，前蘇個(gè)月。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)衡量，前蘇聯(lián)的第一顆衛(wèi)星只不過是一個(gè)伸展開發(fā)射機(jī)天線的圓聯(lián)的第一顆衛(wèi)星只不過是一個(gè)伸展開發(fā)射機(jī)天線的圓球，但它卻是世界上第一個(gè)人造天體，把人類幾千年球，但它卻是世界上第一個(gè)人造天體，把人類幾千年的夢想變成了現(xiàn)實(shí)，為人類開創(chuàng)了航天新紀(jì)元，標(biāo)志的夢想變成了現(xiàn)實(shí)，為人類開創(chuàng)了航天新紀(jì)元，標(biāo)志著人類活動(dòng)范圍的又一飛躍。著人類活動(dòng)范圍的又一飛躍。 1.1.3 現(xiàn)代航天的里程碑現(xiàn)代航天的里程碑 1960 1960年年3

18、 3月月1111日，美國日，美國發(fā)射了發(fā)射了“先先驅(qū)者驅(qū)者5 5號(hào)號(hào)”探探測器測器，它成，它成為人類第一為人類第一個(gè)深空探測個(gè)深空探測器，從器，從3.6510km3.6510km遠(yuǎn)遠(yuǎn)處發(fā)回了探處發(fā)回了探測數(shù)據(jù)。測數(shù)據(jù)?！跋闰?qū)者號(hào)先驅(qū)者號(hào)”探測器探測器19611961年年2 2月月2121日，前蘇日，前蘇聯(lián)發(fā)射了聯(lián)發(fā)射了“金星金星1 1號(hào)號(hào)”探測器探測器，開，開始了人類對(duì)始了人類對(duì)太陽系行星太陽系行星的探測。的探測?！敖鹦翘?hào)金星號(hào)”探測器探測器 19611961年年4 4月月1212日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘“東方號(hào)東方號(hào)”載人飛船載人飛船，尤里尤里. .加加林加加

19、林成為人類第一位航天員，揭開成為人類第一位航天員，揭開了人類進(jìn)入太空的序幕，開始了世界載人航天的新時(shí)了人類進(jìn)入太空的序幕，開始了世界載人航天的新時(shí)代。代。尤里加加林 1962年年8月月27日，日，美國發(fā)射美國發(fā)射的的“水手水手2號(hào)號(hào)”探測探測器器第一次第一次成功飛越成功飛越金星。金星?！八?號(hào)”探測器 1964年年11月月28日，日，美國發(fā)射美國發(fā)射的的“水手水手4號(hào)號(hào)”探測探測器器第一次第一次成功飛越成功飛越火星。火星。“水手4號(hào)”探測器1965年年3月，月，前蘇聯(lián)航天員前蘇聯(lián)航天員從從“上升號(hào)上升號(hào)”載人飛船載人飛船上走上走出艙外，實(shí)現(xiàn)出艙外，實(shí)現(xiàn)了人類第一次了人類第一次太空行走。太空行

20、走?！吧仙?hào)上升號(hào)”載人飛船載人飛船1966年年1月，月，前蘇聯(lián)兩艘前蘇聯(lián)兩艘“聯(lián)盟號(hào)聯(lián)盟號(hào)”飛飛船船第一次在軌第一次在軌道上成功交會(huì)道上成功交會(huì)對(duì)接，并實(shí)現(xiàn)對(duì)接，并實(shí)現(xiàn)了兩位航天員了兩位航天員從一艘飛船向從一艘飛船向另一艘飛船的另一艘飛船的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移?！奥?lián)盟號(hào)聯(lián)盟號(hào)”飛船 1969 1969年年7 7月月2020日，美國日，美國N NA A阿姆斯特朗阿姆斯特朗和和E EE E奧奧爾德林爾德林乘坐乘坐“阿波羅阿波羅1111號(hào)號(hào)”飛船飛船登月成功，在月球靜登月成功，在月球靜海西南角著陸，成為涉足地球之外另一天體的首批人海西南角著陸，成為涉足地球之外另一天體的首批人員。他們?cè)谠虑蛏习卜帕丝茖W(xué)實(shí)驗(yàn)裝

21、置，拍攝了月面員。他們?cè)谠虑蛏习卜帕丝茖W(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，拍攝了月面照片，搜集了照片，搜集了2222虹月球巖石與土壤樣品，然后自月面虹月球巖石與土壤樣品，然后自月面起飛，與指揮艙會(huì)合，返回地球。首次實(shí)現(xiàn)了人類登起飛，與指揮艙會(huì)合，返回地球。首次實(shí)現(xiàn)了人類登上月球的理想。上月球的理想。 NA阿姆斯特朗阿姆斯特朗EE奧爾德林 19711971年年4 4月月1919日，前蘇聯(lián)日，前蘇聯(lián)“禮炮禮炮1 1號(hào)號(hào)”空間站空間站人軌成功，人軌成功，其質(zhì)量約其質(zhì)量約18 t18 t，總長，總長14 m14 m，軌道高度，軌道高度200200250 km250 km，軌，軌道傾角道傾角51516 6。，成為人類第一個(gè)空間

22、站，完成了有關(guān)。，成為人類第一個(gè)空間站，完成了有關(guān)天體物理學(xué)、航天、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等方面的科研計(jì)劃，天體物理學(xué)、航天、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等方面的科研計(jì)劃，考察地球資源和進(jìn)行長期失重條件下的技術(shù)實(shí)驗(yàn)?？疾斓厍蛸Y源和進(jìn)行長期失重條件下的技術(shù)實(shí)驗(yàn)。 19721972年年3 3月月2 2日，美國發(fā)射了木星和深遠(yuǎn)空間探測器日，美國發(fā)射了木星和深遠(yuǎn)空間探測器“先驅(qū)者先驅(qū)者1010號(hào)號(hào)”。它攜有表明人類信息的鍍金鋁板，。它攜有表明人類信息的鍍金鋁板，經(jīng)過經(jīng)過1111年飛行，于年飛行，于19831983年年6 6月越過海王星軌道，而后成月越過海王星軌道，而后成為飛離太陽系的第一個(gè)人造天體。為飛離太陽系的第一個(gè)人造天體

23、。 19751975年年6 6月月8 8日，前蘇聯(lián)發(fā)射了日，前蘇聯(lián)發(fā)射了“金星金星9 9號(hào)號(hào)”探測器探測器，實(shí)，實(shí)現(xiàn)了在金星表面著陸?，F(xiàn)了在金星表面著陸。 1975 1975年年7 7月月1818日，美國日，美國“阿波羅號(hào)阿波羅號(hào)”飛船飛船與前蘇聯(lián)與前蘇聯(lián)“聯(lián)盟聯(lián)盟1919號(hào)號(hào)”飛船飛船在大西洋上空在大西洋上空對(duì)接成功對(duì)接成功( (視頻資料視頻資料) )。 1975 1975年年8 8月月2020日，美國發(fā)射了日，美國發(fā)射了“海盜海盜1 1號(hào)號(hào)”探測器探測器，第一次在火星表面第一次在火星表面著陸成功著陸成功( (視頻資料視頻資料) )。 1977 1977年年9 9月，美國發(fā)射了月，美國發(fā)射了

24、“旅行者旅行者2 2號(hào)號(hào)”探測器探測器，對(duì)，對(duì)天王星、海王星進(jìn)行探測。天王星、海王星進(jìn)行探測?！鞍⒉_號(hào)阿波羅號(hào)”飛船與前蘇聯(lián)飛船與前蘇聯(lián)“聯(lián)盟聯(lián)盟19號(hào)號(hào)”飛船在大西洋上空對(duì)接記錄片飛船在大西洋上空對(duì)接記錄片 19811981年年4 4月，世界上第一架垂直起飛、水平著陸、可重月，世界上第一架垂直起飛、水平著陸、可重復(fù)使用的美國航天飛機(jī)復(fù)使用的美國航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)哥倫比亞號(hào)”試飛成功，標(biāo)試飛成功，標(biāo)志著航天運(yùn)載器由一次性使用的運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)向重復(fù)使志著航天運(yùn)載器由一次性使用的運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)向重復(fù)使用的航天運(yùn)載器的新階段，是航天史上一個(gè)重要的里用的航天運(yùn)載器的新階段，是航天史上一個(gè)重要的里程碑，標(biāo)志

25、著人類在空間時(shí)代又上了一層樓，進(jìn)入了程碑，標(biāo)志著人類在空間時(shí)代又上了一層樓，進(jìn)入了航天飛機(jī)時(shí)代。至航天飛機(jī)時(shí)代。至20002000年年1010月，航天飛機(jī)已成功飛行月，航天飛機(jī)已成功飛行100100次。次。 “哥倫比亞號(hào)哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)首飛記錄片航天飛機(jī)首飛記錄片 19861986年年2 2月，前蘇聯(lián)月，前蘇聯(lián)“和平號(hào)和平號(hào)”軌道空間站軌道空間站發(fā)射成功，發(fā)射成功，它成為目前人類發(fā)射的在軌運(yùn)行時(shí)間最長的載人航天它成為目前人類發(fā)射的在軌運(yùn)行時(shí)間最長的載人航天器，在軌運(yùn)行超過器，在軌運(yùn)行超過1515年。年。20012001年年3 3月月2323日，日，“和平號(hào)和平號(hào)”軌道空間站軌道空間站被引入

26、大氣層銷毀，完成了其輝煌的歷史被引入大氣層銷毀，完成了其輝煌的歷史使命。使命。 “和平號(hào)和平號(hào)”軌道空間站軌道空間站 目前，更大規(guī)模的目前，更大規(guī)模的國際空間站國際空間站在美國、俄羅斯、加拿在美國、俄羅斯、加拿大、日本、意大利和歐洲空間局的合作下，正在進(jìn)行大、日本、意大利和歐洲空間局的合作下，正在進(jìn)行在軌組裝建設(shè)在軌組裝建設(shè)人類就是以如此快速的步伐沖擊著宇宙大門人類就是以如此快速的步伐沖擊著宇宙大門! ! 不難看出，從不難看出，從公元公元1010世紀(jì)的中國火箭世紀(jì)的中國火箭到第二次世界大到第二次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)的V V一一2 2導(dǎo)彈導(dǎo)彈，人類是出于軍事需求發(fā)展了火箭技術(shù)，人類是出于軍事需求發(fā)展了火

27、箭技術(shù)，而這恰恰為航天技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自而這恰恰為航天技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代至今，航天技術(shù)以驚人的速度發(fā)展著并日年代至今，航天技術(shù)以驚人的速度發(fā)展著并日臻完善。我們可以堅(jiān)信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)臻完善。我們可以堅(jiān)信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)基礎(chǔ)的不斷增強(qiáng)，航天技術(shù)將會(huì)有更大的突破并更趨基礎(chǔ)的不斷增強(qiáng)，航天技術(shù)將會(huì)有更大的突破并更趨完善。完善。 航天技術(shù)從航天技術(shù)從2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代末期的研究試驗(yàn)階段到年代末期的研究試驗(yàn)階段到7070年年代中期，發(fā)展到了廣泛實(shí)際應(yīng)用階段。其中代中期，發(fā)展到了廣泛實(shí)際應(yīng)用階段。其中6060年代以年代以來

28、，為科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)和軍事服務(wù)的各種科學(xué)衛(wèi)來，為科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)和軍事服務(wù)的各種科學(xué)衛(wèi)星與應(yīng)用衛(wèi)星得到了很大發(fā)展。至星與應(yīng)用衛(wèi)星得到了很大發(fā)展。至7070年代，軍、民用年代，軍、民用衛(wèi)星已全面進(jìn)入應(yīng)用階段。一方面向偵察、通信、導(dǎo)衛(wèi)星已全面進(jìn)入應(yīng)用階段。一方面向偵察、通信、導(dǎo)航、預(yù)警、氣象、測地、海洋、天文觀測和地球資源航、預(yù)警、氣象、測地、海洋、天文觀測和地球資源等專門化的方向發(fā)展，同時(shí)另一方面，各類衛(wèi)星亦向等專門化的方向發(fā)展，同時(shí)另一方面，各類衛(wèi)星亦向多用途、長壽命、高可靠性和低成本的方向發(fā)展。多用途、長壽命、高可靠性和低成本的方向發(fā)展。 1.1.4 1.1.4 現(xiàn)代航天技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代航

29、天技術(shù)的應(yīng)用北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星定位原理圖 回顧近回顧近5050年來航天技術(shù)應(yīng)用的歷程，具有代表性的大年來航天技術(shù)應(yīng)用的歷程，具有代表性的大事列舉如下：事列舉如下： 1958 1958年年1212月，美國發(fā)射了世界上第一顆通信衛(wèi)星月，美國發(fā)射了世界上第一顆通信衛(wèi)星“斯科爾號(hào)斯科爾號(hào)”； 1960 1960年年4 4月，美國先后發(fā)射了月，美國先后發(fā)射了世界上第一顆氣象衛(wèi)世界上第一顆氣象衛(wèi)星星“泰羅斯泰羅斯1 1號(hào)號(hào)”和和導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星“子午儀子午儀1B1B號(hào)號(hào)”； 1963 1963年年7 7月，美國發(fā)射了世界上第一顆地球同步軌月，美國發(fā)射了世界上第一顆地球同步軌道通信衛(wèi)星；道通信衛(wèi)星； 1964

30、 1964年年8 8月，美國發(fā)射了世界上第一顆地球靜止軌月，美國發(fā)射了世界上第一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星；道通信衛(wèi)星； 1965 1965年年4 4月，美國成功地發(fā)射了月，美國成功地發(fā)射了世界上第一顆商用通世界上第一顆商用通信衛(wèi)星信衛(wèi)星“國際通信衛(wèi)星國際通信衛(wèi)星1 1號(hào)號(hào)”，正式為北美與歐洲之間，正式為北美與歐洲之間提供通信業(yè)務(wù)，它標(biāo)志著通信衛(wèi)星進(jìn)入了實(shí)用階段；提供通信業(yè)務(wù)，它標(biāo)志著通信衛(wèi)星進(jìn)入了實(shí)用階段； 1972 1972年年7 7月，美國發(fā)射了月，美國發(fā)射了世界上第一顆地球資源衛(wèi)世界上第一顆地球資源衛(wèi)星星“陸地衛(wèi)星陸地衛(wèi)星1 1號(hào)號(hào)”； 1982 1982年年1111月，月，美國航天飛機(jī)美

31、國航天飛機(jī)開始商業(yè)性飛行；開始商業(yè)性飛行；19841984年年1111月，月，美國航天飛機(jī)美國航天飛機(jī)成功地施放了兩顆衛(wèi)星并回收成功地施放了兩顆衛(wèi)星并回收了兩顆失效的通信衛(wèi)星，第一次實(shí)現(xiàn)了雙向運(yùn)載任務(wù)；了兩顆失效的通信衛(wèi)星，第一次實(shí)現(xiàn)了雙向運(yùn)載任務(wù)； 世界上第一顆陸地資源衛(wèi)星是美國1972年7月23日發(fā)射的，名為陸地衛(wèi)星1號(hào) 19831983年年4 4月，美國發(fā)射了世界上第一顆跟蹤和數(shù)據(jù)中繼月，美國發(fā)射了世界上第一顆跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星；衛(wèi)星； 19991999年，由年，由6666顆小型衛(wèi)星組網(wǎng)形成的美國顆小型衛(wèi)星組網(wǎng)形成的美國“銥銥”星全星全球電話通訊系統(tǒng)建成并投入使用。球電話通訊系統(tǒng)建成并投

32、入使用。 目前，美國的目前，美國的GPSGPS系統(tǒng)系統(tǒng)和和俄羅斯的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)俄羅斯的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成為已成為全世界各領(lǐng)域普遍應(yīng)用的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，發(fā)揮著巨大全世界各領(lǐng)域普遍應(yīng)用的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，發(fā)揮著巨大的作用。的作用。我國風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星我國風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星 在我國，繼在我國，繼19701970年年4 4月月2424日首顆衛(wèi)星日首顆衛(wèi)星“東方紅一號(hào)東方紅一號(hào)”發(fā)發(fā)射成功以來，航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也取得了巨大的射成功以來，航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用也取得了巨大的成就成就：東方紅一號(hào) 19751975年年1111月，我國第一顆返回式遙感衛(wèi)星發(fā)射成功，月，我國第一顆返回式遙感衛(wèi)星發(fā)射成功，并順利回收；并順

33、利回收； 19841984年年4 4月，我國第一顆靜止軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成月，我國第一顆靜止軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成功；功； 19861986年年2 2月，我國第一顆靜止軌道實(shí)用通信衛(wèi)星發(fā)射成月，我國第一顆靜止軌道實(shí)用通信衛(wèi)星發(fā)射成功；功； 19881988年年9 9月，月，我國第一顆氣象衛(wèi)星我國第一顆氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號(hào)風(fēng)云一號(hào)”發(fā)射成發(fā)射成功；功； 至至20002000年年1010月，月，我國我國“長征長征”系列運(yùn)載火箭系列運(yùn)載火箭已成功發(fā)已成功發(fā)射射6262次。次。 進(jìn)入進(jìn)入2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，我國航天技術(shù)應(yīng)用的步伐進(jìn)一步年代，我國航天技術(shù)應(yīng)用的步伐進(jìn)一步加快，大容量通信衛(wèi)星加快

34、，大容量通信衛(wèi)星“東方紅三號(hào)東方紅三號(hào)”、氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號(hào)風(fēng)云一號(hào)”和和“風(fēng)云二號(hào)風(fēng)云二號(hào)”以及以及資源衛(wèi)星資源衛(wèi)星先后發(fā)射先后發(fā)射成功。成功。 東方紅三號(hào) 19991999年年1111月月2020日我國成功發(fā)射了第一艘試驗(yàn)飛船日我國成功發(fā)射了第一艘試驗(yàn)飛船“神神舟號(hào)舟號(hào)”，在載人航天領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，在載人航天領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步風(fēng)云二號(hào) 綜上可見，從綜上可見，從19571957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功算起，迄今僅發(fā)射成功算起，迄今僅4040余年，航天技術(shù)取得了如此余年，航天技術(shù)取得了如此巨大的成就是前所未有的，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益與巨大的成

35、就是前所未有的，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益。 總之，隨著航天技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，航天活動(dòng)已越總之，隨著航天技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，航天活動(dòng)已越來越顯示出其巨大的軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益，已成為國來越顯示出其巨大的軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益，已成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。反過來，這民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。反過來，這種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益又進(jìn)一步推動(dòng)著航天技術(shù)日新月異種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益又進(jìn)一步推動(dòng)著航天技術(shù)日新月異的發(fā)展。的發(fā)展。 航天技術(shù)是一門研究和實(shí)現(xiàn)如何把航天器送人空間，航天技術(shù)是一門研究和實(shí)現(xiàn)如何把航天器送人空間，并在那里進(jìn)行活動(dòng)的工程技術(shù)。它主要包括航天器、并在那里進(jìn)行活動(dòng)的工程技

36、術(shù)。它主要包括航天器、運(yùn)載工具和地面測控三大部分。為了便于了解，我們運(yùn)載工具和地面測控三大部分。為了便于了解，我們首先對(duì)航天器進(jìn)行分類。首先對(duì)航天器進(jìn)行分類。 同一個(gè)航天器可兼有數(shù)種任務(wù)，故機(jī)械地、絕對(duì)地分同一個(gè)航天器可兼有數(shù)種任務(wù)，故機(jī)械地、絕對(duì)地分類，是不可能的。同一類航天器，往往包括了幾種系類，是不可能的。同一類航天器，往往包括了幾種系列，而每一系列又可分成數(shù)種不同的衛(wèi)星系統(tǒng)或型號(hào)。列，而每一系列又可分成數(shù)種不同的衛(wèi)星系統(tǒng)或型號(hào)。1.2 航天器的分類與系統(tǒng)組成 航天器可分為無人航天器與載人航天器兩大類。無人航天器可分為無人航天器與載人航天器兩大類。無人航天器按是否繞地球運(yùn)行又可分為人造地

37、球衛(wèi)星和宇航天器按是否繞地球運(yùn)行又可分為人造地球衛(wèi)星和宇宙探測器兩類。它們又可以進(jìn)一步按用途分類，如圖宙探測器兩類。它們又可以進(jìn)一步按用途分類，如圖1.31.3所示。所示。 1.2.1 按載人與否分類科學(xué)衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星 應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星無人航天器月球探測器宇宙探測器 行星探測器恒星探測器衛(wèi)星載人飛船載人飛船登月載人飛船載人航天器空間站航天飛機(jī)航天器圖1.3 簡稱人造衛(wèi)星，是數(shù)量最多的航天器簡稱人造衛(wèi)星，是數(shù)量最多的航天器( (占占9090以上以上) )。它們的軌道長度由它們的軌道長度由i00i00多公里到幾十萬公里。按用途它多公里到幾十萬公里。按用途它們又可分為：們又可分為： 1 1人造

38、地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星 (1) (1)科學(xué)衛(wèi)星科學(xué)衛(wèi)星 (2) (2)應(yīng)用衛(wèi)星應(yīng)用衛(wèi)星 (3) (3)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星俄羅斯新研制的GLONASSM導(dǎo)航衛(wèi)星 目前的載人航天器只在近地軌道飛行和從地球到月球目前的載人航天器只在近地軌道飛行和從地球到月球的登月飛行。今后將出現(xiàn)可以到達(dá)各種星球的載人飛的登月飛行。今后將出現(xiàn)可以到達(dá)各種星球的載人飛船，以及供人類長期在空間生活和工作的永久性空間船，以及供人類長期在空間生活和工作的永久性空間站。載人航天器按飛行和工作方式可分為：站。載人航天器按飛行和工作方式可分為：2 2、載人航天器、載人航天器神舟飛船神舟飛船(1)(1)載人飛船：載人飛船： 能保

39、障航天員在外層空間生活和工作，以執(zhí)能保障航天員在外層空間生活和工作，以執(zhí)行航天任務(wù)并能返回地面的航天器行航天任務(wù)并能返回地面的航天器(2)(2)空間站：空間站： 可供多名航天員巡訪、長期工作和居住的載人航天可供多名航天員巡訪、長期工作和居住的載人航天器；器；(3)(3)航天飛機(jī)：航天飛機(jī)： 可以重復(fù)使用的，往返于地面和高度在可以重復(fù)使用的，往返于地面和高度在1000 km1000 km以下的近地軌道之間，運(yùn)送有效載荷的航天器。以下的近地軌道之間，運(yùn)送有效載荷的航天器。 3 3宇宙探測器宇宙探測器 飛出地球軌道的探測器，有行星際探測器和恒飛出地球軌道的探測器，有行星際探測器和恒星際星際( (飛出

40、太陽系飛出太陽系) )探測器兩種。其中行星際探測器探測器兩種。其中行星際探測器按探測目標(biāo)又可分為月球和行星按探測目標(biāo)又可分為月球和行星( (金星、火星、水金星、火星、水星、木星、土星等星、木星、土星等) )探測器。如探測器。如2020世紀(jì)世紀(jì)60607070年代，年代，前蘇聯(lián)發(fā)射的前蘇聯(lián)發(fā)射的“月球月球”、“金星金星”、“火星火星”、“水星水星”等系列探測器，美國發(fā)射的等系列探測器，美國發(fā)射的“水手水手”、“海盜海盜”、“先驅(qū)者先驅(qū)者”、“旅行者旅行者”等系列探測器。等系列探測器。 旅行者旅行者1 1號(hào)號(hào) 旅行者旅行者2 2號(hào)號(hào) 按航天器在軌道上的功能來進(jìn)行分類，就人造地球衛(wèi)按航天器在軌道上的

41、功能來進(jìn)行分類，就人造地球衛(wèi)星而言，可分為觀測站、中繼站、基準(zhǔn)站和軌道武器星而言，可分為觀測站、中繼站、基準(zhǔn)站和軌道武器四類。每一類又包括了各種不同用途的航天器。四類。每一類又包括了各種不同用途的航天器。1.2.2 1.2.2 按人造地球衛(wèi)星的功能分類按人造地球衛(wèi)星的功能分類 衛(wèi)星處在軌道上，對(duì)地球來說，它站得高，看得衛(wèi)星處在軌道上，對(duì)地球來說，它站得高，看得遠(yuǎn)遠(yuǎn)( (視場大視場大) )，用它來觀察地球是非常有利的。此外，用它來觀察地球是非常有利的。此外，由于衛(wèi)星在地球大氣層以外不受大氣的各種干擾和影由于衛(wèi)星在地球大氣層以外不受大氣的各種干擾和影響，所以用它來進(jìn)行天文觀測也比地面天文觀測站更響

42、，所以用它來進(jìn)行天文觀測也比地面天文觀測站更加有利。屬于這種功能的衛(wèi)星有下列幾種典型的用途。加有利。屬于這種功能的衛(wèi)星有下列幾種典型的用途。1 1、觀測站、觀測站 在各類應(yīng)用衛(wèi)星中偵察衛(wèi)星發(fā)射得最早在各類應(yīng)用衛(wèi)星中偵察衛(wèi)星發(fā)射得最早(1959(1959年發(fā)年發(fā)射射) )，發(fā)射的數(shù)量也最多。偵察衛(wèi)星有照相偵察和電子，發(fā)射的數(shù)量也最多。偵察衛(wèi)星有照相偵察和電子偵察衛(wèi)星兩種。偵察衛(wèi)星兩種。 （1）偵察衛(wèi)星：(2)氣象衛(wèi)星： 氣象衛(wèi)星利用所攜帶的各種氣象遙感器，接收和測量來自地球、海洋和大氣的可見光輻射、紅外線輻射和微波輻射信息，再將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面接收站。風(fēng)云二號(hào) 資源衛(wèi)星是在偵察衛(wèi)星和氣

43、象衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展資源衛(wèi)星是在偵察衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。利用星上裝載的多光譜遙感器獲取地面目標(biāo)而來的。利用星上裝載的多光譜遙感器獲取地面目標(biāo)輻射和反射的多種波段的電磁波，然后把它傳送到地輻射和反射的多種波段的電磁波，然后把它傳送到地面，再經(jīng)過處理，變成關(guān)于地球資源的有用資料。它面，再經(jīng)過處理，變成關(guān)于地球資源的有用資料。它們包括地面的和地下的，陸地的和海洋的等等。們包括地面的和地下的，陸地的和海洋的等等。(3)(3)地球資源衛(wèi)星：地球資源衛(wèi)星：中巴資源衛(wèi)星(4)(4)海洋衛(wèi)星海洋衛(wèi)星： 海洋衛(wèi)星海洋衛(wèi)星的任務(wù)是海洋環(huán)境預(yù)報(bào)，包括遠(yuǎn)洋船舶的任務(wù)是海洋環(huán)境預(yù)報(bào)，包括遠(yuǎn)洋船舶的最佳航線選

44、擇，海洋漁群分析，近海與沿岸海洋資的最佳航線選擇，海洋漁群分析，近海與沿岸海洋資源調(diào)查，沿岸與近海海洋環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)視，災(zāi)害性海源調(diào)查，沿岸與近海海洋環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)視，災(zāi)害性海況預(yù)報(bào)和預(yù)警，海洋環(huán)境保護(hù)和執(zhí)法管理，海洋科學(xué)況預(yù)報(bào)和預(yù)警，海洋環(huán)境保護(hù)和執(zhí)法管理，海洋科學(xué)研究，以及海洋浮標(biāo)、臺(tái)站、船舶數(shù)據(jù)傳輸，海上軍研究，以及海洋浮標(biāo)、臺(tái)站、船舶數(shù)據(jù)傳輸，海上軍事活動(dòng)等。事活動(dòng)等。 當(dāng)然，作為觀測站的衛(wèi)星遠(yuǎn)不止以上幾種，預(yù)警衛(wèi)星、當(dāng)然，作為觀測站的衛(wèi)星遠(yuǎn)不止以上幾種，預(yù)警衛(wèi)星、核爆炸探測衛(wèi)星、天文預(yù)測衛(wèi)星核爆炸探測衛(wèi)星、天文預(yù)測衛(wèi)星( (如如美國的美國的“哈勃哈勃”太太空望遠(yuǎn)鏡空望遠(yuǎn)鏡) )等均屬于這

45、一類。雖然它們的功能各有側(cè)重，等均屬于這一類。雖然它們的功能各有側(cè)重，但基本觀測原理都是相似的。但基本觀測原理都是相似的。美國的“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡2 2中繼站中繼站 中繼站是一種在軌道上對(duì)信息進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)發(fā)中繼站是一種在軌道上對(duì)信息進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星。具體分為兩類：一類用于傳輸?shù)孛嫔舷喔舻男l(wèi)星。具體分為兩類：一類用于傳輸?shù)孛嫔舷喔艉苓h(yuǎn)的地點(diǎn)之間的電話、電報(bào)、電視和數(shù)據(jù)；另一很遠(yuǎn)的地點(diǎn)之間的電話、電報(bào)、電視和數(shù)據(jù)；另一類用于傳輸衛(wèi)星與地面之間的電視和數(shù)據(jù)。這種衛(wèi)類用于傳輸衛(wèi)星與地面之間的電視和數(shù)據(jù)。這種衛(wèi)星有下列幾種：星有下列幾種：美國新一代跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 利用衛(wèi)星進(jìn)行通信和平常的地面通信

46、相比較，具有下利用衛(wèi)星進(jìn)行通信和平常的地面通信相比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)：列優(yōu)點(diǎn)： 通信容量大；通信容量大； 覆蓋面積廣；覆蓋面積廣； 通信距離遠(yuǎn)；通信距離遠(yuǎn)； 可靠性高；可靠性高； 靈活性好；靈活性好； 成本低。成本低。 (1)(1)通信衛(wèi)星：通信衛(wèi)星：中國新一代通信衛(wèi)星東方紅三號(hào) 廣播衛(wèi)星廣播衛(wèi)星是一種主要用于電視廣播的通信衛(wèi)星。是一種主要用于電視廣播的通信衛(wèi)星。這種廣播衛(wèi)星不需要經(jīng)過任何中轉(zhuǎn)就可向地面轉(zhuǎn)播或這種廣播衛(wèi)星不需要經(jīng)過任何中轉(zhuǎn)就可向地面轉(zhuǎn)播或發(fā)射電視廣播節(jié)目，供公眾團(tuán)體或者個(gè)人直接接收，發(fā)射電視廣播節(jié)目，供公眾團(tuán)體或者個(gè)人直接接收，因此又稱為直播衛(wèi)星。目前普通的家庭電視機(jī)配一架因此又

47、稱為直播衛(wèi)星。目前普通的家庭電視機(jī)配一架直徑不到直徑不到1m1m的天線就可以直接接收直播衛(wèi)星的電視廣的天線就可以直接接收直播衛(wèi)星的電視廣播節(jié)目。播節(jié)目。 (2)(2)廣播衛(wèi)星：廣播衛(wèi)星： 跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星是通信衛(wèi)星技術(shù)的一個(gè)重大跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星是通信衛(wèi)星技術(shù)的一個(gè)重大發(fā)展。它是利用衛(wèi)星來跟蹤與測量另一顆衛(wèi)星的位置，發(fā)展。它是利用衛(wèi)星來跟蹤與測量另一顆衛(wèi)星的位置，其基本思想是把地球上的測控站搬到地球同步軌道上，其基本思想是把地球上的測控站搬到地球同步軌道上，形成星地測控系統(tǒng)網(wǎng)。形成星地測控系統(tǒng)網(wǎng)。 (3)(3)跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星：跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星：美國新一代跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 3 3基準(zhǔn)站

48、基準(zhǔn)站 這種衛(wèi)星是軌道上的測量基準(zhǔn)點(diǎn)，所以要求它測這種衛(wèi)星是軌道上的測量基準(zhǔn)點(diǎn)，所以要求它測軌非常準(zhǔn)確。屬于這種功能的衛(wèi)星有：軌非常準(zhǔn)確。屬于這種功能的衛(wèi)星有：(1)(1)導(dǎo)航衛(wèi)星導(dǎo)航衛(wèi)星(2)(2)測地衛(wèi)星測地衛(wèi)星 這種衛(wèi)星發(fā)出一對(duì)頻率非常穩(wěn)定的無線電波，海上船這種衛(wèi)星發(fā)出一對(duì)頻率非常穩(wěn)定的無線電波，海上船只、水下的潛艇和陸地上的運(yùn)動(dòng)體等都可以通過接收衛(wèi)星只、水下的潛艇和陸地上的運(yùn)動(dòng)體等都可以通過接收衛(wèi)星發(fā)射的電波信號(hào)來確定自己的位置。發(fā)射的電波信號(hào)來確定自己的位置。 由于地面上的測量站是固定的，所以測量精度比對(duì)由于地面上的測量站是固定的，所以測量精度比對(duì)艦船導(dǎo)航定位的精度高。衛(wèi)星測地目前達(dá)

49、到的精度比艦船導(dǎo)航定位的精度高。衛(wèi)星測地目前達(dá)到的精度比常規(guī)大地測量的精度高幾十倍以上。常規(guī)大地測量的精度高幾十倍以上。北斗一號(hào)導(dǎo)航衛(wèi)星 4 4軌道武器軌道武器 這是一種積極進(jìn)攻的航天器，具有空間防御和空這是一種積極進(jìn)攻的航天器，具有空間防御和空間攻擊的職能。它主要包括：間攻擊的職能。它主要包括：(1)(1)攔截衛(wèi)星攔截衛(wèi)星(2)(2)軌道轟炸系統(tǒng)軌道轟炸系統(tǒng) 衛(wèi)星作為一種武器在軌道上接近，識(shí)別并摧毀敵衛(wèi)星作為一種武器在軌道上接近，識(shí)別并摧毀敵方空間系統(tǒng)，這種衛(wèi)星被稱為反衛(wèi)星衛(wèi)星。方空間系統(tǒng)，這種衛(wèi)星被稱為反衛(wèi)星衛(wèi)星。 軌道轟炸系統(tǒng)是一種空間對(duì)地的進(jìn)攻型武器。軌道轟炸系統(tǒng)是一種空間對(duì)地的進(jìn)攻型

50、武器。美國研制的空間 攔截衛(wèi)星 不同類型的航天器，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、外型和功能不同類型的航天器，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、外型和功能干差萬別，但是它們的基本系統(tǒng)組成都是一致的。典干差萬別，但是它們的基本系統(tǒng)組成都是一致的。典型航天器都是由不同功能的若干分系統(tǒng)組成的，其基型航天器都是由不同功能的若干分系統(tǒng)組成的，其基本系統(tǒng)一般分為有效載荷和保障系統(tǒng)兩大類。本系統(tǒng)一般分為有效載荷和保障系統(tǒng)兩大類。1.2.3 航天器的基本系統(tǒng)組成航天器的基本系統(tǒng)組成美空天飛機(jī)計(jì)劃 1 1有效載荷有效載荷 用于直接完成特定的航天飛行任務(wù)的部件、儀用于直接完成特定的航天飛行任務(wù)的部件、儀器或分系統(tǒng)。器或分系統(tǒng)。有效載荷種類很多，隨著飛

51、行任務(wù)即航天器功能的不有效載荷種類很多，隨著飛行任務(wù)即航天器功能的不同而異。例如，科學(xué)衛(wèi)星上的粒子探測器，天文觀測同而異。例如，科學(xué)衛(wèi)星上的粒子探測器，天文觀測衛(wèi)星上的天文望遠(yuǎn)鏡，偵察衛(wèi)星上的可見光相機(jī)、衛(wèi)星上的天文望遠(yuǎn)鏡，偵察衛(wèi)星上的可見光相機(jī)、CCDCCD相機(jī)、紅外探測器、無線電偵察接收機(jī)，氣象衛(wèi)星上相機(jī)、紅外探測器、無線電偵察接收機(jī)，氣象衛(wèi)星上的可見光和紅外掃描輻射儀，地球資源衛(wèi)星上的電視的可見光和紅外掃描輻射儀，地球資源衛(wèi)星上的電視攝像機(jī)、攝像機(jī)、CCDCCD攝像機(jī)、主題測繪儀、合成孔徑雷達(dá)，通攝像機(jī)、主題測繪儀、合成孔徑雷達(dá)，通信衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器和通信天線，生物科學(xué)衛(wèi)星上的種信衛(wèi)星上的

52、轉(zhuǎn)發(fā)器和通信天線，生物科學(xué)衛(wèi)星上的種子和培養(yǎng)基等，均屬有效載荷。子和培養(yǎng)基等，均屬有效載荷。 單一用途的衛(wèi)星裝有一種類型的有效載荷，而多用途單一用途的衛(wèi)星裝有一種類型的有效載荷，而多用途的衛(wèi)星可以裝有幾種類型的有效載荷。的衛(wèi)星可以裝有幾種類型的有效載荷。 2 2保障系統(tǒng)保障系統(tǒng) 用于保障航天器從火箭起飛到工作壽命終止，星用于保障航天器從火箭起飛到工作壽命終止，星上所有分系統(tǒng)的正常工作。各種類型航天器的保障系上所有分系統(tǒng)的正常工作。各種類型航天器的保障系統(tǒng)一般包括下列分系統(tǒng)：統(tǒng)一般包括下列分系統(tǒng)： (1) (1)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：用于支承和固定航天器上各種儀器設(shè)備，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：用于支承和固定航天器上各種儀

53、器設(shè)備，使它們構(gòu)成一個(gè)整體，以承受地面運(yùn)輸、運(yùn)載器發(fā)射使它們構(gòu)成一個(gè)整體，以承受地面運(yùn)輸、運(yùn)載器發(fā)射和空間運(yùn)行時(shí)的各種力學(xué)環(huán)境和空間運(yùn)行時(shí)的各種力學(xué)環(huán)境( (振動(dòng)、過載、沖擊、噪振動(dòng)、過載、沖擊、噪聲聲) )以及空間運(yùn)行環(huán)境。對(duì)航天器結(jié)構(gòu)的基本要求是重以及空間運(yùn)行環(huán)境。對(duì)航天器結(jié)構(gòu)的基本要求是重量輕、可靠性高、成本低等，因此航天器的結(jié)構(gòu)大多量輕、可靠性高、成本低等，因此航天器的結(jié)構(gòu)大多采用鋁、鎂、鈦等輕合金和碳纖維復(fù)合材料等制造。采用鋁、鎂、鈦等輕合金和碳纖維復(fù)合材料等制造。通常用結(jié)構(gòu)質(zhì)量比，即結(jié)構(gòu)重量占航天器總重量的比通常用結(jié)構(gòu)質(zhì)量比，即結(jié)構(gòu)重量占航天器總重量的比例來衡量航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造

54、水平。例來衡量航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造水平。 (2)(2)熱控制系統(tǒng)：用來保障各種儀器設(shè)備在復(fù)雜的環(huán)境熱控制系統(tǒng)：用來保障各種儀器設(shè)備在復(fù)雜的環(huán)境中處于允許的溫度范圍內(nèi)。熱控制分為被動(dòng)熱控制和中處于允許的溫度范圍內(nèi)。熱控制分為被動(dòng)熱控制和主動(dòng)熱控制兩類。熱控制的措施主要有表面處理主動(dòng)熱控制兩類。熱控制的措施主要有表面處理( (拋光、拋光、鍍金或噴刷熱控涂層鍍金或噴刷熱控涂層) )，包敷多層隔熱材料，使用旋轉(zhuǎn)，包敷多層隔熱材料，使用旋轉(zhuǎn)盤、相變材料、百葉窗、熱管和電加熱器等。盤、相變材料、百葉窗、熱管和電加熱器等。 (3) (3)電源系統(tǒng)：用來為航天器所有儀器設(shè)備提供所需的電源系統(tǒng)：用來為航天器所有

55、儀器設(shè)備提供所需的電能。現(xiàn)代航天器大多采用太陽電池和蓄電池聯(lián)合供電能?，F(xiàn)代航天器大多采用太陽電池和蓄電池聯(lián)合供電系統(tǒng)。電系統(tǒng)。 (4) (4)姿態(tài)控制系統(tǒng)：用來保持或改變航天器的運(yùn)行姿姿態(tài)控制系統(tǒng)：用來保持或改變航天器的運(yùn)行姿態(tài)。常用的姿態(tài)控制方式有重力梯度穩(wěn)定、自旋穩(wěn)定態(tài)。常用的姿態(tài)控制方式有重力梯度穩(wěn)定、自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定。和三軸穩(wěn)定。 (5)(5)軌道控制系統(tǒng)：用來保持或改變航天器的運(yùn)行軌道。軌道控制系統(tǒng)：用來保持或改變航天器的運(yùn)行軌道。軌道控制往往與姿態(tài)控制配合，它們構(gòu)成航天器控制軌道控制往往與姿態(tài)控制配合，它們構(gòu)成航天器控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。 (6)(6)測控系統(tǒng)：包括遙測、遙控和跟蹤三部

56、分。遙測部測控系統(tǒng)：包括遙測、遙控和跟蹤三部分。遙測部分主要由傳感器、調(diào)制器和發(fā)射機(jī)組成，用于測量并分主要由傳感器、調(diào)制器和發(fā)射機(jī)組成，用于測量并向地面發(fā)送航天器的各種儀器設(shè)備的工程參數(shù)向地面發(fā)送航天器的各種儀器設(shè)備的工程參數(shù)(212(212作作電壓、電流、溫度等電壓、電流、溫度等) )和其他參數(shù)和其他參數(shù)( (環(huán)境參數(shù)和姿態(tài)參環(huán)境參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)等數(shù)等) )。遙控部分一般由接收機(jī)和譯碼器組成，用于接。遙控部分一般由接收機(jī)和譯碼器組成，用于接收地面測控站發(fā)來的遙控指令，傳送給有關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行。收地面測控站發(fā)來的遙控指令，傳送給有關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行。跟蹤部分主要是信標(biāo)機(jī)和應(yīng)答機(jī)，它們不斷發(fā)出信號(hào)，跟蹤部分主要

57、是信標(biāo)機(jī)和應(yīng)答機(jī)，它們不斷發(fā)出信號(hào)，以便地球測控站跟蹤航天器并測量其軌道位置和速度。以便地球測控站跟蹤航天器并測量其軌道位置和速度。 除了以上基本系統(tǒng)組成外，航天器根據(jù)其不同的除了以上基本系統(tǒng)組成外，航天器根據(jù)其不同的飛行任務(wù)，往往還需要有一些不同功能的專用系統(tǒng)。飛行任務(wù)，往往還需要有一些不同功能的專用系統(tǒng)。例如，返回式衛(wèi)星有回收系統(tǒng)，載人飛船有乘員系統(tǒng)、例如，返回式衛(wèi)星有回收系統(tǒng)，載人飛船有乘員系統(tǒng)、環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)、交會(huì)與對(duì)接系統(tǒng)，航天飛環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)、交會(huì)與對(duì)接系統(tǒng)，航天飛機(jī)有著陸系統(tǒng)等。機(jī)有著陸系統(tǒng)等。 通常，航天器的各部分系統(tǒng)分別安裝在不同的艙通常，航天器的各部分系統(tǒng)分

58、別安裝在不同的艙段中，一般航天器按艙段劃分可以分為有效載荷艙和段中，一般航天器按艙段劃分可以分為有效載荷艙和公用艙兩部分，或者分為有效載荷艙、公用艙和推進(jìn)公用艙兩部分，或者分為有效載荷艙、公用艙和推進(jìn)艙三部分。有效載荷放置于有效載荷艙中，保障系統(tǒng)艙三部分。有效載荷放置于有效載荷艙中，保障系統(tǒng)安裝在公用艙和推進(jìn)艙中。而對(duì)于返回式衛(wèi)星和載人安裝在公用艙和推進(jìn)艙中。而對(duì)于返回式衛(wèi)星和載人飛船一類返回式航天器而言，它們還必須包含一個(gè)相飛船一類返回式航天器而言，它們還必須包含一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的返回艙，放置需要再度返回的有效載荷對(duì)獨(dú)立的返回艙，放置需要再度返回的有效載荷( (人員人員和物資和物資) )和相應(yīng)的

59、保障系統(tǒng)。和相應(yīng)的保障系統(tǒng)。 一個(gè)剛體航天器的運(yùn)動(dòng)可以由它的位置、速度、一個(gè)剛體航天器的運(yùn)動(dòng)可以由它的位置、速度、姿態(tài)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)來描述。其中位置和速度描述航天器姿態(tài)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)來描述。其中位置和速度描述航天器的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，這屬于航天器的軌道問題；姿態(tài)和姿態(tài)的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，這屬于航天器的軌道問題；姿態(tài)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)描述航天器繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，屬于姿態(tài)問題。從運(yùn)運(yùn)動(dòng)描述航天器繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，屬于姿態(tài)問題。從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)來說，一個(gè)航天器的運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)來說，一個(gè)航天器的運(yùn)動(dòng)具有6 6個(gè)自由度，個(gè)自由度，其中其中3 3個(gè)位置自由度表示航天器的軌道運(yùn)動(dòng)，另外個(gè)位置自由度表示航天器的軌道運(yùn)動(dòng)，另外3 3個(gè)個(gè)繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)

60、自由度表示航天器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度表示航天器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。1.3 航天器控制的基本概念航天器控制的基本概念 航天器的控制可以分為兩大類，即軌道控制和姿態(tài)控制。航天器的控制可以分為兩大類，即軌道控制和姿態(tài)控制。 姿態(tài)控制姿態(tài)控制對(duì)航天器的質(zhì)心施以外力，以有目的地改變其運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)航天器的質(zhì)心施以外力，以有目的地改變其運(yùn)動(dòng)軌跡的技術(shù)。的技術(shù)。對(duì)航天器繞質(zhì)心施加力矩，以保持或按需要改變其在對(duì)航天器繞質(zhì)心施加力矩，以保持或按需要改變其在空間的定向的技術(shù)?？臻g的定向的技術(shù)。軌道控制軌道控制 1 1軌道控制軌道控制 軌道控制包括軌道確定和軌道控制兩方面的內(nèi)容。軌道控制包括軌道確定和軌道控制兩方面的