航天技術(shù)概論第9章(哈工大版)

6.1遙測(cè)遙測(cè)：將航天器上的各種信息（被測(cè)物理量）變成電信號(hào)，并以無(wú)線電波的形式傳到地面接收站，經(jīng)接收、解調(diào)處理后還原成各種信息，為人們提供飛行中衛(wèi)星的各種狀況和數(shù)據(jù)。第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站遙測(cè)過程多路信息傳輸

定義：一條信息傳輸通道傳輸多個(gè)參數(shù)。

(1)頻分制：利用頻率范圍的不同而區(qū)分不同的信號(hào)。采用微波的L波段（1~2GHz）、S波段（2~4GHz）無(wú)線電規(guī)則：1525~1535MHz（地到星）

2025~2110MHz（地到星，星到星）

2200~2290MHz（星到地，星到星）

(2)時(shí)分制：利用時(shí)段的不同而區(qū)分不同的信號(hào)。第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站6.2遙控遙控過程遙控與遙測(cè)的聯(lián)系

遙控與遙測(cè)的不同點(diǎn)（1）信息的傳輸方向不同（2）信息形式不同（3）設(shè)備上的區(qū)別第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站USB測(cè)控系統(tǒng)

統(tǒng)一S波段（USB，UnifiedS-Band）航天測(cè)控網(wǎng)是指使用S波段的微波統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)。這里的微波統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)是指利用公共射頻信道，將航天器的跟蹤測(cè)軌、遙測(cè)、遙控和天地通信等功能合成一體的無(wú)線電測(cè)控系統(tǒng)。

微波統(tǒng)一系統(tǒng)的基本工作原理是：將各種信息先分別調(diào)制在不同頻率的副載波上﹐然后相加共同調(diào)制到一個(gè)載波上發(fā)出；在接收端先對(duì)載波解調(diào)﹐然后用不同頻率的濾波器將各副載波分開：解調(diào)各副載信號(hào)使得到發(fā)送時(shí)的原始信息。微波統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)一般由天線跟蹤/角測(cè)量系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、遙測(cè)終端、遙控終端、測(cè)距/測(cè)速終端、時(shí)/頻終端、監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控或數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及其它附屬設(shè)備組成。6.3測(cè)軌原理

軌道測(cè)量：測(cè)量飛行器與觀測(cè)站間的相對(duì)速度，角度、距離，并將測(cè)量值和觀測(cè)時(shí)間一起記錄下來。

軌道測(cè)量方法：光學(xué)測(cè)軌和無(wú)線電測(cè)軌。測(cè)速原理

多普勒效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)發(fā)出某一穩(wěn)定頻率的波的物體與觀測(cè)者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者觀測(cè)到該物體發(fā)出的波動(dòng)頻率是變化的。波動(dòng)源與觀測(cè)者的徑向速度第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站測(cè)角原理方位角A：航天器在地面上的投影S’

與地面站的連線GS’與通過地面站正北方向的夾角。仰角Z：航天器與地面站的連線GS與地平面之間的夾角。測(cè)量方法：（1）干涉儀法；（2）定向天線測(cè)角法第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站a干涉儀法

在相距l(xiāng)的兩點(diǎn)R1，R2配置無(wú)線電波接收站，飛行器

S發(fā)出的無(wú)線電波由于R1和R2兩點(diǎn)的距離不一樣，即到達(dá)R2時(shí)多走d

距離，兩點(diǎn)上接收的時(shí)間有差△t，可算出d=C△t。由此可求出OS與R1，R2連線間的夾角β。

這個(gè)β角并不仰角，而是飛行器與地面連線和基線的夾角，是與方位角、仰角、以及基線方向有關(guān)的夾角。b定向天線測(cè)角法

把地面接收天線的方向圖做得尖銳，它只能在很窄的束狀范圍內(nèi)接收到飛行器發(fā)射的無(wú)線電波。當(dāng)天線的波束做得很窄，可以根據(jù)天線波束的軸線所對(duì)準(zhǔn)的方向來確定方位角和仰角。這種方法可以快速、實(shí)時(shí)、直接測(cè)出飛行器的角度；但是測(cè)量精度不如干涉儀法。第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站

測(cè)距原理

測(cè)量波動(dòng)信號(hào)運(yùn)行時(shí)間。信號(hào)—電磁波；激光。脈沖信號(hào)—收，發(fā)脈沖的時(shí)間差Δt；

連續(xù)信號(hào)—載有低頻信號(hào)脈沖測(cè)距連續(xù)波測(cè)距

第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站6.4地面測(cè)控站

地面站是地面和空間飛行器進(jìn)行信息聯(lián)系的場(chǎng)所，要確保信息交換的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。故根據(jù)飛行任務(wù)及軌道情況合理布站是必須的。

1布站原則

任務(wù)、軌道、國(guó)情

美國(guó)水星和雙子星計(jì)劃：由于軌道傾角小，在赤道附近布置了十多個(gè)地面站以及測(cè)量船隊(duì)，組成全球跟蹤網(wǎng)；即使這樣也只能保證70%的實(shí)時(shí)聯(lián)系的時(shí)間。

我國(guó)中、低軌道衛(wèi)星，飛經(jīng)領(lǐng)土的軌道最多只能有三圈，而且每圈所能測(cè)控制的弧段也最多為整個(gè)園軌道的六分之一。

7+5站，3心，4船，2星第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站a軌道傾角；b飛行器入軌點(diǎn)的星下點(diǎn)附近；c飛行器返回段星下點(diǎn)附近；d移動(dòng)測(cè)控站：活動(dòng)地面站和測(cè)控船。

神舟任務(wù)：16個(gè)測(cè)控站=12個(gè)地面站+4艘“遠(yuǎn)望”；天宮，一艘；神8，三艘

2通訊方式

a實(shí)時(shí)：工作時(shí)間短；b延時(shí)重發(fā)：數(shù)據(jù)量大，不實(shí)時(shí)；c跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星：全軌測(cè)控。3控制中心

管理測(cè)控網(wǎng)。匯集各站測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算分析，報(bào)告飛行情況，并根據(jù)需要命令有關(guān)地面站對(duì)飛行器實(shí)施控制。

控制中心由大型計(jì)算機(jī)，視頻設(shè)備，記錄，通訊，后勤等設(shè)備組成。設(shè)有飛行器監(jiān)控大廳，可使各級(jí)測(cè)控人員及時(shí)了解飛行器情況，發(fā)出對(duì)飛行器的控制命令和指令。

(西安衛(wèi)星測(cè)控中心，北京航天指揮控制中心)

第6章航天器的遙測(cè)遙控及測(cè)控站4通信、授時(shí)間勤務(wù)系統(tǒng)

通信勤務(wù)系統(tǒng)是連接各站之間與中心站的通信聯(lián)系。包括有測(cè)量和通信數(shù)據(jù)的傳遞，通信和調(diào)度電話，其方式通常是有線通信和無(wú)線通信兩種。

時(shí)間統(tǒng)一勤務(wù)系統(tǒng)是保證各站之間及各站與計(jì)算控制中心之間的時(shí)間統(tǒng)一；這是計(jì)算精確的衛(wèi)星軌道以及各種數(shù)據(jù)的相應(yīng)精確時(shí)刻的需要。

地面站采用本國(guó)授時(shí)臺(tái)發(fā)布的定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)；這些信號(hào)是經(jīng)過短波或長(zhǎng)波播送的。短波誤差大，所以目前大部分采用長(zhǎng)波播送。

第7章航天器的返回從運(yùn)行軌道到達(dá)稠密大氣層，稱為“再入”、“進(jìn)入”返回——飛行器再入，并安全著擊的全過程。返回式飛行器——照像偵察，生物，載入飛船，航天飛機(jī)，探測(cè)器高難度——精確再入，防熱，過載，安全回收7.1返回方案第7章航天器的返回1）反推力減速；2）大氣阻力減速ρ—大氣密度，v—速度，C0—阻力系數(shù)，S—迎面面積

從大于7km/s，在幾倍至幾十倍重力的阻力作用下減速到200m/s左右(15km高)，然后用降落傘減速或滑翔者陸。7.2返回式航天器的分類彈道式返回飛行器升力式返回飛行器純彈道式半彈道式

升力體式有翼飛行器返回式航天器第7章航天器的返回按動(dòng)力學(xué)特征來分：

升阻比=升力系數(shù)/阻力系數(shù)

a.彈道式升阻比為零的飛行器，只有阻力，升力為可忽略，一般為鈍頭旋轉(zhuǎn)體，我國(guó)返回式衛(wèi)星，蘇“東方號(hào)”、美“水星”。特點(diǎn)：以彈道式路徑返回，落點(diǎn)不可調(diào)，散布大，過載大，簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。b.半彈道式升阻比大于零小于0.5，控制飛行器滾轉(zhuǎn)角，可改變升力方向，調(diào)整落點(diǎn)，美“雙子星座”，蘇“聯(lián)盟”飛船，中“神舟”特點(diǎn)：落點(diǎn)準(zhǔn)確，過載小，4-5gc.升力式升阻比在0.5-1.3間—升力體，大于1.3—有翼飛行器，有翼飛行器可滑翔飛行，水平著陸，過載1-2g，升力體式性能介于有翼式與半彈道式之間。美“航天飛機(jī)”第7章航天器的返回第7章航天器的返回7.3返回的四個(gè)階段a.離軌段A點(diǎn)處，調(diào)姿(轉(zhuǎn)動(dòng)100多度)，起旋，制動(dòng)火箭點(diǎn)火，進(jìn)入過渡軌道。b.大氣層外自由下降段AB段，沿過渡軌道(近地點(diǎn)在大氣層內(nèi))飛行，衛(wèi)星消旋，飛至100km左右高的大氣層邊緣。c.再入大氣層段BC段，以一定再入角θ，進(jìn)入稠密大氣，高溫，高過載，3000℃，表面溫度，15km高，速度小于200m/s第7章航天器的返回d.著陸段15km以下，二級(jí)減速，9km處開減速傘，降至80m/s左右，7km處開主傘減至所需?；虿捎没璺绞?，水平著陸。再入走廊對(duì)于彈道式、半彈道式飛行器，再入角θ有限制，太大過載大，氣動(dòng)熱大；太小，阻力小，穿越大氣，返回太空。適合的再入角θ，組成的返回軌道集合稱再入走廊。第7章航天器的返回7.4回收系統(tǒng)1．著陸(垂直)15km以下時(shí)，采用降落傘減速——體積小，質(zhì)量輕，阻力大，可靠性高，無(wú)法控制（可操縱翼傘研制中），減速傘在9km時(shí)開，速度到80m/s，7km開主傘，至著陸。著地速度：載人6m/s(地)，10m/s(水)，無(wú)人15m/s。載人可用緩沖火箭，1.5m高時(shí)工作(先拋底蓋)，可接近零速度著陸，陸地返回均采用。2．回收彈道式/半彈道式飛行器落點(diǎn)散布面大，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)，航天器采用標(biāo)位裝置，天線電信標(biāo)機(jī)，海水染色劑，發(fā)煙，閃光，金屬絲云，供地面機(jī)載（或車、船）設(shè)備搜索。7.5防熱結(jié)構(gòu)

返回的關(guān)鍵技術(shù)—防熱（中國(guó)第一顆，高溫?zé)龎膫闩?，無(wú)傘著陸，航天飛機(jī)：美式1600℃，“暴風(fēng)雪”1200℃，）1．幾何外形短粗，鈍頭——球形、鐘形，形成脫體激波，使98%的熱量散在空氣中。(500kg質(zhì)量返回，動(dòng)能全部為熱時(shí)，3%即可將0℃500kg鋼熔化)2.防熱方法

——限制艙內(nèi)溫升a.熱沉法利用非消融性高熱容量材料防熱。采用鋼、鈹?shù)取弑葻幔瑢?dǎo)熱性好，熔點(diǎn)高，指標(biāo)—單位面積熱容量第7章航天器的返回第7章航天器的返回

b.輻射法耐熱高輻射率材料，鎳、鈮、鉬