《航天器飞行原理》课件

航天器飞行原理本课程将深入探讨航天器飞行的基本原理从牛顿定律到火箭推进，我们将会学习理解航天器如何在太空中运动课程简介课程目标内容安排

11.

22.深入理解航天器飞行原理掌包含航天器基本概念、推进原握基础知识和技能，并学习相理、轨道设计、控制技术、环关理论和技术境适应性等多个方面学习方法课程价值

33.

44.结合课堂讲授、案例分析、课为学生提供航天器飞行原理方后练习等多种方式进行学习，面的专业知识，培养未来航天并鼓励学生积极思考和实践人才航天器是什么航天器是一种专门为在宇宙空间执行任务而设计的飞行器它们可以被发射到地球轨道或更远的太空，执行各种任务，例如探测行星、观测地球、进行科学实验以及提供通信服务航天器包括人造卫星、探测器、宇宙飞船、空间站等，它们都有独特的结构和功能，并为人类探索宇宙做出了重要贡献航天器的组成通信系统电源系统推进系统控制系统通信系统用于接收地面指令，电源系统为航天器提供电能，推进系统负责航天器的轨道调控制系统负责航天器的姿态控发送飞行数据和科学观测数通常使用太阳能电池板或核能整，姿态控制，以及最终的着制，轨道控制，以及对其他子据电池陆或返回系统的管理航天器的分类按用途分类按轨道分类•人造卫星•地球轨道航天器•宇宙飞船•太阳同步轨道航天器•空间站•极地轨道航天器•探测器•深空探测器•运载火箭航天器的特点太空环境适应性高可靠性高性能高技术含量航天器需在极端恶劣的太空环航天器运行任务复杂，要求高航天器需具备高性能的动力系航天器设计制造和运行需要涉境下运行，包括真空、极低可靠性，故障率极低，保障安统、控制系统和信息系统，以及众多尖端技术，是科技发展温、高能粒子辐射等全性和任务完成实现复杂的任务目标的重要体现航天器的动力系统能量来源1航天器动力系统主要利用化学能，如燃料燃烧产生推力能量转换2化学能通过推进系统转换为动能，推动航天器在太空中飞行控制系统3动力系统与控制系统协同工作，精确控制航天器的飞行轨迹和姿态航天器的控制系统姿态控制1稳定飞行姿态，确保有效执行任务轨道控制2调整飞行轨道，实现预定目标动力控制3调节发动机推力，控制速度和方向热控制4控制内部温度，保护敏感设备航天器控制系统是确保其安全运行和完成任务的核心系统通过精确控制，航天器能够稳定飞行姿态，调整轨道，控制速度和方向，以及保持合适的内部温度航天器的信息系统数据采集数据处理传感器收集有关航天器运行状态数据被处理和分析，以便识别趋和周围环境的信息，例如温度、势、模式和异常情况，并生成用压力、速度等于控制和决策的输出数据传输数据存储通过无线电、激光或光纤等通信数据被存储在航天器上，以备将系统，将数据传输到地面站或其来分析或传输到地面站他航天器航天器的推进原理牛顿第三定律航天器推进基于牛顿第三定律，即作用力与反作用力发动机向后喷出高速气体，产生反作用力，推动航天器前进火箭发动机火箭发动机利用燃烧推进剂产生高温高压气体，通过喷管加速排出，产生推力推进剂类型推进剂包括固体推进剂和液体推进剂固体推进剂易于储存，液体推进剂可调节推力推力与质量推力是推进系统对航天器施加的力，质量是航天器自身的重量推力大于质量时，航天器加速前进牛顿运动定律惯性定律加速度定律物体在不受外力作用下保持静止物体的加速度与作用力成正比，或匀速直线运动状态这说明了与物体的质量成反比该定律描物体具有保持运动状态的趋势述了力和运动之间的关系作用力与反作用力定律当一个物体对另一个物体施加力时，后者会同时对前者施加大小相等、方向相反的力航天器的推进方式离子推进化学推进太阳帆推进核动力推进利用电场加速离子，产生推利用燃料燃烧产生推力，是目利用太阳光的光压产生推力，利用核反应产生的热量产生推力，适用于深空探测任务前最常用的推进方式适用于长时间的深空航行力，适用于长距离航行火箭发动机的工作原理燃烧室1燃料和氧化剂燃烧，产生高温高压燃气喷管2燃气加速膨胀，产生推力推进剂系统3储存、输送和控制燃料和氧化剂火箭发动机利用燃烧推进剂产生的高温高压燃气来产生推力，推动航天器前进火箭推进剂的选择能量密度推进剂的稳定性

11.

22.推进剂的能量密度越高，火箭推进剂的稳定性决定了火箭的的推力越大，飞行速度越快安全性，稳定性差的推进剂容易发生爆炸或燃烧推进剂的成本环境友好

33.

44.推进剂的成本是影响火箭发射推进剂的排放物会对环境造成成本的重要因素，成本越低越污染，因此选择环境友好的推好进剂非常重要航天器的制导与控制飞行轨迹控制保证航天器按照预定的轨道飞行，并能根据需要进行轨道机动姿态控制保持航天器在飞行过程中姿态稳定，例如使天线指向目标方向导航系统为航天器提供实时位置、速度和姿态等信息，以用于制导和控制地面控制地面站对航天器进行遥控操作，例如调整轨道、改变姿态航天器的飞行轨道轨道的概念轨道的种类航天器飞行轨道是指航天器在引力场作用下运动的路径常见轨道类型包括圆形轨道、椭圆轨道、抛物线轨道和双曲线轨道轨道形状和大小由航天器初始速度和方向决定不同类型轨道具有不同的速度、周期和形状特征轨道的种类和特点地球轨道太阳轨道月球轨道星系轨道绕地球运行的轨道，例如地球绕太阳运行的轨道，例如地球绕月球运行的轨道，例如月球绕银河系中心运行的轨道，例同步轨道、极地轨道轨道、火星轨道同步轨道、极地轨道如太阳系轨道轨道参数的确定轨道倾角1轨道倾角是指卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角，决定了卫星的覆盖范围和运行区域轨道半长轴2轨道半长轴是卫星轨道椭圆的长轴的一半，决定了卫星的轨道高度和运行周期轨道偏心率3轨道偏心率决定了卫星轨道的形状，偏心率为0表示圆形轨道，偏心率越大表示轨道越扁升交点赤经4升交点赤经是指卫星轨道升交点所在的经度，决定了卫星轨道在赤道上的位置近地点幅角5近地点幅角是指卫星轨道近地点与升交点的夹角，决定了卫星轨道在轨道平面上的位置轨道转移的计算初始轨道1确定航天器当前轨道参数目标轨道2设定航天器需要转移到的轨道参数转移方案3根据轨道参数差异设计最佳转移方案计算4使用轨道力学公式计算转移所需的燃料和时间轨道转移计算需要综合考虑多种因素，包括航天器当前位置、目标轨道参数、发动机性能以及燃料消耗等精确的计算可以确保航天器安全高效地完成轨道转移任务航天器的姿态控制航天器的姿态控制是航天器在飞行过程中保持其正确方向和角度的过程姿态控制系统通过调整航天器的姿态，使其能够完成预定的任务，例如指向目标、保持稳定等等姿态测量1使用传感器测量航天器的姿态姿态控制算法2计算所需的姿态控制指令姿态控制执行3通过执行机构调整航天器的姿态姿态控制系统通常包括传感器、控制器和执行机构三个部分传感器用来测量航天器的姿态，控制器根据测量数据计算所需的控制指令，执行机构则执行控制指令，调整航天器的姿态航天器的动力学分析运动规律轨道参数姿态控制航天器在宇宙空间中的运动受到万有引轨道参数的确定，是航天器动力学分析航天器需要保持稳定姿态，并进行姿态力、太阳光压、地球磁场等因素影响中一项重要任务机动，才能完成预定任务航天器的热控制热量控制热量调节温度监测热控制技术航天器在太空中会受到太阳辐热控制系统通过散热、吸热、热控制系统需要对航天器内部热控制技术包括被动热控制和射、地球辐射和其他热源的影辐射等方式来调节航天器的温和外部的温度进行监测，确保主动热控制，被动热控制利用响，导致温度过高或过低度，使其保持在正常工作范围温度在安全范围内材料的热性能来调节温度，主内动热控制则利用机械设备来调节温度航天器的重返大气层航天器重返大气层是整个太空任务的最终阶段，也是最具挑战性的部分之一减速1通过大气摩擦减速，降低速度热防护2保护航天器免受高温损坏姿态控制3维持稳定姿态，安全着陆着陆4精准着陆，完成任务在重返大气层过程中，航天器会面临巨大的热量和气动压力航天器的静载荷和动载荷静载荷动载荷静载荷是指在航天器飞行过程中，不发生运动的物体动载荷是指在航天器飞行过程中，会发生运动的物体通常指安装在航天器上的科学仪器、实验设备、通讯设备等通常指航天器的推进系统、控制系统、热控制系统等航天器的着陆方式降落伞着陆反推火箭着陆软着陆水陆两用降落伞是一种减速装置，用于反推火箭利用喷射发动机产生软着陆是指航天器在着陆过程水陆两用航天器可以安全地降降低航天器在着陆时的速度的推力来减速航天器，使它安中，以较小的速度和冲击力着落在水面上或陆地上，例如一全着陆陆，例如月球车软着陆些返回式卫星航天器的故障诊断与维修故障检测故障诊断

11.

22.航天器故障检测需要多种传感器和数据分析技术，以便及时根据故障现象，工程师们需要运用专业知识进行故障诊断，发现问题定位故障源故障维修测试验证

33.

44.维修方案需要根据具体情况制定，包括更换部件、修复线路维修完成后，需要进行测试验证，确保故障彻底排除等航天器的环境适应能力真空环境辐射环境温度变化振动冲击航天器需要耐受极低的压力和航天器需要防范来自太阳和其航天器在太空中会经历极端的发射和着陆过程中的振动和冲温度，并能保持内部气压稳他天体的辐射，保护内部系统温度变化，需要特殊的材料和击，需要坚固的结构和减震措定和人员设计来适应施航天器的可靠性设计冗余设计材料选择关键部件采用备份系统，提高可使用耐高温、耐腐蚀、耐辐射的靠性例如，双引擎或多重控制材料，保证部件在极端环境下正系统常工作严格测试持续监测地面模拟和飞行测试确保航天器实时监控航天器运行状态，及时设计和制造的可靠性发现潜在问题并采取措施航天器的测试与验证地面测试数据分析模拟太空环境，检验航天器功能，包括结构强度、热控性能分析测试数据，评估航天器性能，识别潜在问题，改进设计等123飞行试验将航天器发射到太空，进行实际飞行验证，收集数据，验证设计和性能航天器的未来发展趋势可重复使用智能化降低发射成本，促进空间探索可重复使用航天器可以像飞机一自动驾驶、自主决策，提高飞行效率智能化航天器可以自主完样重复使用，降低发射成本，推动太空旅游和空间资源开发成任务，提高飞行效率，减少人为错误课程小结航天器飞行原理航天器设计与应用

11.

22.本课程介绍了航天器飞行原理课程涵盖了航天器设计与应用的基础知识，包括航天器组的各个方面，例如推进原理、成、动力系统、控制系统、飞轨道计算、热控制、可靠性设行轨道、姿态控制等计等航天器未来发展

33.课程最后展望了航天器未来发展趋势，包括可重复使用航天器、深空探测、空间站建设等。