空間環(huán)境及其對航天活動(dòng)的影響PPT課件(20張)

1、空間飛行器總體設(shè)計(jì)第2章 空間環(huán)境及其對航天活動(dòng)的影響李 爽內(nèi)容大綱概述太陽電磁輻射及其對航天活動(dòng)的影響地球大氣地球電離層及其對導(dǎo)航定位的影響地磁場及其對航天器姿態(tài)的影響其他環(huán)境因素對航天活動(dòng)的影響太陽及日地環(huán)境預(yù)報(bào)和預(yù)警2.1 概述外層空間環(huán)境對航天器的運(yùn)動(dòng)和各系統(tǒng)工作有明顯的影響，這些環(huán)境包括電磁輻射、真空、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、空間碎片、行星大氣、磁場和引力場等。根據(jù)各種空間環(huán)境的時(shí)間和空間分布特性，太陽系內(nèi)的空間環(huán)境大致可以分為：行星際空間環(huán)境、地球空間環(huán)境和其他行星空間環(huán)境。 行星際空間環(huán)境太陽電磁輻射太陽宇宙線太陽風(fēng)行星際磁場銀河宇宙線微流星體和空間碎片空間環(huán)境與航天范

2、艾倫：美國著名的天文學(xué)家，地球物理學(xué)家 ，地球輻射帶（范艾倫輻射帶）發(fā)現(xiàn)者，通過探險(xiǎn)者一號與探險(xiǎn)者三號發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證了近地空間存在輻射帶。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，16.5%航天故障是由于空間環(huán)境造成的。近地空間：一般指距離地球9065000km（10個(gè)地球半徑）以內(nèi)的范圍。地球引力場對低地球軌道上的航天器軌道和姿態(tài)控制影響最大，引力加速度及重力梯度力矩直接影響總體方案的選擇和控制方案的選取，重力梯度力矩大小與航天器的特征長度五次冪成正比。地球大氣對天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)在進(jìn)入和返回時(shí)產(chǎn)生氣動(dòng)加熱。在500km以下，大氣是僅次于引力的第二大因素，大氣阻力對軌道維持、氣動(dòng)力及其力矩、推進(jìn)劑消耗量影響十分重要，直接影響著

3、空間站運(yùn)營管理的控制策略，對于大型空間站氣動(dòng)力矩正比于特征尺度的三次方，姿控推進(jìn)劑消耗量正比于特征尺寸度的四次方，軌道阻力補(bǔ)償量正比于特征尺寸度的平方。太陽光輻射和反照是空間站熱設(shè)計(jì)中的外熱源的環(huán)境依據(jù)，是太陽能電池光源的提供者，另外，太陽光壓引力的阻力和力矩對空間站的影響不可忽略。地球磁場與空間站剩余磁矩相互作用產(chǎn)生磁力矩，產(chǎn)生感應(yīng)電位，影響環(huán)境參數(shù)的測量和實(shí)驗(yàn)。等離子體對太陽能電池帆板產(chǎn)生主動(dòng)充電，并且使電磁波的折射指數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而改變電磁波傳播路徑?？焖賻щ娏Ｗ訉υ骷a(chǎn)生電離、輻射損傷，導(dǎo)致軟錯(cuò)誤，硬錯(cuò)誤，部分或永久失效。流星、人造殘骸對航天器結(jié)構(gòu)撞擊、磨蝕導(dǎo)致機(jī)械損傷?？臻g環(huán)境最大

4、特點(diǎn)是其參數(shù)隨時(shí)間和空間不斷變化而變化，所以，一成不變的環(huán)境模型（式）對航天活動(dòng)而言是沒有任何價(jià)值的，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ)充和更新。在軌運(yùn)行的航天器處于十分復(fù)雜的空間環(huán)境包圍之中。大氣密度對低地球軌道上的航天器的軌道壽命的影響很大，空間帶電粒子輻射對航天材料、儀器設(shè)備和航天員都有損害作用。電離層影響著無線電波的傳播，因而影響通訊、導(dǎo)航與定位。太陽電磁輻射及其反照影響航天器的環(huán)境的外熱源。地磁場對航天器姿態(tài)控制方法有很大的影響。近地空間的微流星和空間碎片對航天器的結(jié)構(gòu)存在潛在損害。2.2 太陽電磁輻射及其對航天活動(dòng)的影響 太陽是日地空間主要的輻射源，輻射類型包括：太陽黑子和11年周期 黑子活動(dòng)有11

5、年周期，稱為太陽黑子周。太陽耀斑太陽射電發(fā)射太陽電磁輻射太陽輻射對航天活動(dòng)的影響在軌運(yùn)行的航天器建立自身熱平衡的主要熱源就是太陽能，它是航天器設(shè)計(jì)尤其是熱設(shè)計(jì)的主要環(huán)境條件。地球反照和地球及其大氣系統(tǒng)的紅外輻射也是在進(jìn)行航天器熱設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素。太陽的紫外輻射會(huì)使熱控表明深層和熱控材料、器件的潛能退化，可能導(dǎo)致航天器失去熱平衡。此外，紫外輻射對絕緣材料、光學(xué)材料和高分子材料也十分有害。太陽電池方陣功率的精確計(jì)算與太陽光譜數(shù)據(jù)相關(guān)。太陽光壓對航天器的姿態(tài)控制力矩估計(jì)及航天器軌道保持能力都有影響。2.3 地球大氣 大氣模式指大氣狀態(tài)和變化過程的模式，它是以數(shù)學(xué)方程組表示的理論模型。大氣模式是對真

6、實(shí)大氣的某種應(yīng)用的初步近似，找出某一過程的主要因子。統(tǒng)計(jì)模式以大量的觀測資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理后給出一定的公式或計(jì)算程序?？梢圆榈讲煌瑮l件下各種大氣結(jié)構(gòu)參數(shù)的時(shí)間和空間分布。所謂大氣結(jié)構(gòu)是指其物理和化學(xué)狀態(tài)的基本參數(shù)，如溫度、壓力、密度、成分，以及大氣運(yùn)動(dòng)的空間分布和隨時(shí)間的變化。標(biāo)準(zhǔn)大氣和參考大氣的異同？（地理?xiàng)l件和季節(jié)條件）航天領(lǐng)域內(nèi)常用的大氣模式主要包括Jacchia模式和Msis模式。 Jacchia模式主要有J65、J70、J77，使用了19581975年間17年的衛(wèi)星阻力數(shù)據(jù)，用該模式進(jìn)行軌道跟蹤測量與設(shè)計(jì)時(shí)與真實(shí)大氣擬合的最好。任何模式都力圖根據(jù)要求盡可能的反應(yīng)大氣隨季節(jié)、晝夜

7、、太陽活動(dòng)和緯度的變化。實(shí)際上，真實(shí)的大氣包括的物理過程很復(fù)雜，要從理論上得到大氣主要物理量的分布是不現(xiàn)實(shí)的，完全從實(shí)測資料發(fā)現(xiàn)規(guī)律也是很困難的，所以現(xiàn)有的大氣模式絕大部分都是半經(jīng)驗(yàn)半理論的。2.4 地球電離層及其對導(dǎo)航定位的影響大氣層包括了兩部分：中性大氣和部分電離大氣，后者對應(yīng)于低溫的等離子體。電離層對在其中傳播的電磁波產(chǎn)生折射、反射、散射、吸收和色散的現(xiàn)象。電離層改變電波傳播路徑，導(dǎo)致時(shí)延和到達(dá)角改變；電離層內(nèi)的不規(guī)則體是經(jīng)過的信號產(chǎn)生聚焦或散焦，造成波能損失，信號失真甚至丟失。局部電離層還可能產(chǎn)生噪聲，改變天線的阻抗特性；航天系統(tǒng)涉及到很多電波傳播問題，比如測控系統(tǒng)的定軌問題，制導(dǎo)導(dǎo)航

8、系統(tǒng)的定位問題。電離層對通訊和航天活動(dòng)的影響電離層對無線電波的吸收（電子從無線電波獲得的能量通過碰撞轉(zhuǎn)移給大氣的中性成分）多普勒頻移（由于電離層的運(yùn)動(dòng)或電離層特性隨時(shí)間變化，導(dǎo)致電波在電離層中傳播的路徑隨時(shí)間變化，接收到的電波信號的頻率發(fā)生了偏移）航天器與電離層的相互作用等離子體鞘對航天器的不等量充電400600km高度上航天器上的電流泄漏2.5 地球磁場及其對航天器姿態(tài)影響 在近地空間環(huán)境中對航天活動(dòng)有危害的帶電粒子有三個(gè)來源，即地球輻射帶（范艾倫帶），主要成分是質(zhì)子和電子，被地球磁場所捕獲，經(jīng)常穩(wěn)定地存在，強(qiáng)度大。太陽宇宙線，主要指太陽發(fā)生耀斑時(shí)射出的帶電粒子，持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度大。銀河宇宙

9、線，來自銀河系，單個(gè)粒子能量很高，強(qiáng)度卻很小。地球磁場與航天器剩余磁矩相互作用產(chǎn)生磁力矩，有用的磁力線圈是控制系統(tǒng)的一部分。由于有磁場影響改天了航天器本體表面的電磁狀態(tài)，并產(chǎn)生感應(yīng)電位，影響對環(huán)境參數(shù)的測量和實(shí)驗(yàn)。地磁場對航天器姿控已經(jīng)環(huán)控方案設(shè)計(jì)造成一定的影響。2.6 其他環(huán)境因素及其對航天活動(dòng)的影響微流星，空間高速運(yùn)動(dòng)的、天然的微小顆粒?？臻g碎片主要由在軌工作和已經(jīng)停止工作的空間飛行器及其爆炸殘骸、火箭的排放物組成。1.認(rèn)真執(zhí)行安全技術(shù)措施及安全操作規(guī)程，負(fù)責(zé)對施工班組人員及分包方人員進(jìn)行有針對性的安全技術(shù)交底，履行簽字手續(xù)，并對規(guī)程、措施及交底執(zhí)行情況經(jīng)常檢查，隨時(shí)糾正違章作業(yè)；2.負(fù)責(zé)

10、檢查督促每項(xiàng)工作的開展和接口的落實(shí)，有權(quán)拒絕不符合安全操作的施工任務(wù)，除及時(shí)制止外，有責(zé)任向項(xiàng)目經(jīng)理匯報(bào)；3.參與對分包方評價(jià)，制訂與分包的安全、治安、消防和環(huán)境衛(wèi)生等協(xié)議書，并對分包合同、協(xié)議的履行實(shí)施全過程控制，并做好記錄；4.對安全部門或上級提出的事故隱患整改要求，按照糾正和預(yù)防措施要求，落實(shí)人員實(shí)施整改；5.負(fù)責(zé)對重點(diǎn)、危險(xiǎn)部位和過程的監(jiān)控，落實(shí)監(jiān)控人員，組織對監(jiān)控人員素質(zhì)和技能的培訓(xùn)及上崗前的交底；6.對已發(fā)生的事故隱患落實(shí)整改，并向項(xiàng)目副經(jīng)理反饋整改情況。發(fā)生工傷事故，應(yīng)立即采取措施，協(xié)同安全部門開展事故的應(yīng)急救援，并保護(hù)現(xiàn)場，迅速報(bào)告。7.施工中確因作業(yè)需要拆除各類防護(hù)設(shè)施的，應(yīng)由作業(yè)班組向項(xiàng)目副經(jīng)理提出申報(bào)，經(jīng)采取