研究生试卷-航天技术概论-最新

一、名词解释（每题5分，从以下题目中选择4-5个）

（1）二体运动

在初步分析中，往往可以把天体运动简化并抽象为两个m、M的质点(位于天体质心)在相互引力作用下的运动。这就是“二体运动”。

（2）星下点轨迹

航天飞行器运行时，它和地心连线与地球表面交点的集合叫做星下点轨迹。

（3）等离子鞘

再入体以超高速进入大气层时会产生激波。再入体表面与周围部分气体呈粘滞状态，表面热量散发速度降低。在激波与再入体之间形成一个温度高达几千度的高温区。高温气体和再入体表面材料的分子分解、电离和重新复合的结果，形成一个等离子区。它像鞘套一样包围着再入体，故称等离子鞘。（4）轨道控制与姿态控制

对卫星的质心施加外力，以改变质心运动轨迹的技术称为轨道控制；姿态控制包括姿态稳定和姿态机动两方面，前者是保持已有姿态的过程，后者是把卫星从一种姿态转变为另一种姿态的再定向过程。（5）章动

当陀螺的自转角速度w 不够大时，则除了自转和进动外，陀螺的对称轴还会在铅垂面内上下摆动，即q 角会有大小波动，称为章动。

（6）姿态捕获

是各类卫星一种需要经常执行的控制模式，其捕获方式可分为全自动、半自动和地面控制，根据姿态捕获的目的和星上能源情况确定。

（7）比冲

比冲是发送机每秒钟消耗1kg推进剂所得到的推力值。比冲记为Ie,其大小表示了发动机性能的好坏，是火箭发送机最重要的性能参数。

（8）平动点

在由飞行器m、小天体M2及天质量天体M1构成的三体问题中，若M2相对于M1作圆周运动(如月球和地球)，则在M2的运动平面上有不同的5个点。若飞行器m进入这些点时相对于M1的运动速度与M1至M2的向径垂直，并且角速度与M2相对M1运动的角速度相等，则此后m在M1与M2的引力作用下，将继续保持这种运动状态。即m与M2以相同角速度绕M1作圆周运动。因此，在以M1为原点，以M1和M2的连线为坐标轴的旋转坐标系中，m处于静止状态。这5个点称为“平动点”。

（9）微重力

在实际的航天飞行中，航天器除受引力作用外，不时还会受到一些非引力的外力作用。例如，在地球附近有残余大气的阻力，太阳光的压力，进入有大气的行星时也有大气对它的作用力。根据牛顿第二定律，力对物体作用的结果，是使物体获得加速度。航天器在引力场中飞行时，受到的非引力的力一般都很小，产生的加速度也很小。这种非引力加速度通常只有地面重力加速度的万分之一或更小。为了与正常的重力对比，我们就把这种微加速度现象叫做“微重力”。

（10）遥控、遥测、遥感

遥控是一种上行信号，有时也称为前向链路信号，它是根据下行(或返回链路)中的遥测信号分析、判断、决策后作出的一种响应，响应变为命令，发送给过境的航天器，航天器上有相应的遥控接收机、解调器和译码器，译码器恢复出来的命令，用来启动执行机构干预航天器的轨道、姿态、调整内部分系统的工作状态、运动参数或更换备份分机。

二、简答题（每题5分，从以下题目中任选择12-13个）

（1）分包遥测基本思想？

答：分包遥测和常规IRIG遥测相反，每个参数采用一个测量过程完成之后以应用过程为单位的方式，再传送标准化业务和数据结构，CCSDS已定义了一组数据格式和信道编码方案。

（2）什么是空间测控和通信系统，其主要功能为何？

答：在航天器和地球基地之间建立一条交换信息的渠道，统称为空间测控和通信系统。其主要功能有跟踪，遥测，遥控，通信四种功能。

（3）按卫星轨道高度人造地球卫星可分为哪些种类？

答：可以分为近地轨道卫星（1000km以下）、中高轨道卫星（1000~10000km）、高轨道卫星（36000km）、大椭圆轨道卫星（近地点300~500km，远地点40000km以上）。

（4）GPS主要技术思想，位置计算原理和主要定位能力如何。

答：技术思想：1.星座位置采用倾角 i=63.4度，轨道高H=19652km，周期为12h的圆形轨道；2.共发射21-24颗星，分布在3个轨道面上，轨道面在赤道上相距120度，每个轨道面上8颗星，其中一颗备用，7颗工作星；3.定位原理采用“甚长基线同步测距三角定位法”利用三个球面相交于一点求出目标位置；

4.将原子钟搬上天，保证GPS的高精度；

5.每个GPS星用L波段的两个载波同时发射导航电，每个包含卫星星历表和时钟性能数据。

6.采用伪码序列 P码、C/A码、M码。

位置计算原理：1.以具有普通晶振时钟多通道的用户设备为例，令B为导航星时间系统和GPS接收机时钟之间的始终误差。2. p1, p2, p3, p4为GPS接收机测出的四个伪距离；3.R1, R2, R3, R4为四颗导航星至GPS接收机之间的真实距离；4.ui, vi, wi为第i颗导航星在惯性直角地心坐标系中的坐标位置；5. x，y，z为用户星在惯性地心直角坐标系中的位置；6. 4个未知数x、y、z、B，需四个方程式求解。解出x，y，z后再换算成用户所在位置的经纬度和高程。

主要定位能力：1.全球、全天候；2.用户数量不受限制；3.无源测距、用户隐蔽性好，海陆空天目标都可使用；4.P码能提供小于10m的精度，C/A码定位精度在100m左右。

（5）我国航天技术取得了哪些重要进展？

答：1.先后研制了12种不同型号的“长征”系列运载火箭，建成了酒泉、西昌、太原三大航天发射场，先后成功地实施了63次各种类型的发射，并将27颗国外制造的卫星送入太空，产生了深远的国际影响和较好的经济效益。2.自行研制和发射了47颗不同类型的人造地球卫星(飞行成功率达到90%以上)，初步形成了中国4个卫星系列——返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫

星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列(即将形成“资源”地球资源卫星系列)。中国成为世界上第三个掌握卫星回收技术和第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。3.建成了中国完整的航天测控网，包括陆地测控站和海上测控船，圆满完成了从近地轨道卫星到地球静止轨道卫星及试验飞船的航天测控任务。实现了载人航天。在研制高可靠性运载火箭与航天医学、生命科学试验研究方面取得了重要进展。4.为适应航天事业需要而发展起来的航天综合性技术，推动了我国冶金、材料、能源、机械加工、化工和超大规模集成电路、各种新型电子元器件、箭载与星载计算机等现代基础工业的兴起与发展。5.建成了中国完整的航天测控网，包括陆地测控站和海上测控船，圆满完成了从近地轨道卫星到地球静止轨道卫星及试验飞船的航天测控任务。在载人航天领域，已经突破了飞船研制试验的基本技术，在研制高可靠性运载火箭与航天医学、生命科学试验研究方面取得了重要进展。

（6）空间技术系统由哪几部分组成？简要说明各部分的主要功能。

答：空间技术系统由运载系统、发射系统、测控系统、卫星系统、应用系统5部分组成。（7）地球引力区和月球外层空间领域的资源包括哪些？

答：地球引力区和月球外层空间领域的资源：1航天器相对于地面的高远位置资源；2高真空和高洁净环境资源；3航天器微重力资源环境；4太阳能资源；5超低温热沉资源；6月球及其他行星资源。

（8）简述卫星控制系统的组成。

答：卫星控制系统即控制卫星轨道和姿态控制的整套设备，它包括姿态控制系统和轨道控制系统。

姿态控制系统用来保持或改变卫星的运行姿态。控制方式有两类：被动姿态控制（利用卫星本身的动力学特性和环境力矩来实现姿态稳定的方法），如自旋稳定、重力梯度稳定、磁稳定、气动稳定、太阳辐射压力稳定等；主动姿态控制（根据姿态误差形成控制指令，产生控制力矩来实现姿态控制的方法）。系统由姿态敏感器、控制器和执行机构组成。常用的姿态控制方式有重力梯度稳定、自旋稳定和三轴稳定。

轨道控制系统用来保持或改变卫星的运行轨道。轨道控制按应用方式分为4类：变轨控制和轨道机动、轨道保持、交会和对接、再入和着陆控制。按工作原理分为两类：非自主导航和自主导航。轨道控制往往和姿态控制配合，共同构成卫星控制系统。

（9）什么是双自旋卫星的消旋控制，简述其基本原理。

答：一般双自旋卫星的消旋控制是为卫星的有效载荷提供一个稳定平台，并根据自旋轴的姿态控制使定向天线指向地面给定区域。这一控制部件通常称为消旋平台控制系统。消旋平台控制系统是采样锁相伺服系统，在工作时由位置磁编码器产生的天线位置脉冲与某一基准（一般为地中脉冲）相位锁定，从而保证天线精确指向，一个速度磁编码器提供测速反馈，保证伺服系统有极好的刚度。为了消除系统误差和按地面指令改变东西向波速指向而设置了东西向校正线路。

（10）如何实现返回式卫星的落点控制。

答：返回前卫星在原轨道上运行，当时间程序控制要求卫星返回时，与水平面成一角度（称制动角），这时的纵轴方向为制动方向，这时制动火箭按给定时间工作，使卫星在这一方向上获得附加速度△V，使卫星由原来的速度V1变成V2。由于卫星运行方向和速度的变化使其脱离原轨道，进入一条新轨道。若姿态

指令未执行或姿态为达到预期要求，则地面站可以根据卫星提供的姿态不正常标志，而发全姿态捕获指令，实现重新捕获原运动姿态，卫星继续在原轨道运行，直至适时在再次进行返回调姿，精确控制制动方向和制动火箭的冲量可使卫星过渡轨道保证卫星安全进入大气层。对于没有再入机动能力的卫星，为了建校制动火箭自旋，制动火箭点火，返回舱沿过渡轨道下降，直至进入大气层，此时旋转稳定的返回舱需要消旋，以便返回舱利用其动力稳定在防热层逆流的状态，由于返回舱以一定的速度在空气中飞行，受到大气阻力作用，逐渐减速，最后将落到预定地点。

（11）简述卫星运行的三种轨道。

答：①卫星是由火箭发射入轨，在轨道上执行任务。火箭从地面起飞到航天飞行器入轨，这段轨道称为卫星的发射轨道。②发射轨道中火箭发动机的工作阶段称为主动段，从火箭发动机停机到航天飞行器入轨的这段轨道称为自由飞行段。卫星进入设计好的轨道执行任务，这个轨道称为运行轨道。③卫星完成在轨任务后，有的要回收，脱离运行轨道回到地面的轨道称为返回轨道。

（12）什么是卫星的轨道摄动？卫星运行期间，主要受到哪些摄动的影响？

答：由于外力的作用、卫星自身发出的姿态控制力的作用，导致卫星的实际运动轨迹偏离二体运动椭圆轨道，这种偏离称为“轨道摄动”。卫星运行期间，主要受到的摄动有：地球形状摄动、大气阻力摄动、太阳光压摄动和日月引力摄动等。

（13）简述近地轨道LEO航天器的发射过程。

答：运载火箭由发射场的发射架点火起飞到把航天器送入预定轨道，一般需要经历三个阶段：加速飞行段、滑行段和再加速段。初始加速段的任务是利用的一级缓建的发动机先点火，在强大推力的作用下离开发射台垂直向上缓慢上升，穿过稠密大气层后，按程序控制命令在预定时间令第一级发动机熄火，并自动分离脱落，紧接着第二级发动机点火工作，推动二三级火箭和航天器继续加速前进，这时火箭的运行轨道按程度转弯，由垂直逐渐变得向地面弯曲，第二级火箭工作一段时间后，也在预定时间熄火并自行与第三级航天器分离后脱落，此时运载火箭已经熄火，推力等于零，第三级火箭和航天器即进入滑行阶段，依靠已经获得的能量在地球引力作用下用惯性飞行滑行，经过一段时间，当达到与预定轨道相切的位置时，即进入再加速阶段，按照指令使得第三级发动机点火，继续加速使航天器带到所需的环绕速度，然后在预定点把航天器弹出，航天器进入预定轨道做惯性飞行。

（14）什么是空间平台，它有什么功能和特点？空间平台和空间站有什么关系？

答：空间平台是卫星技术和载人飞行技术相结合的产物。空间平台是一种可接受在轨定期维修、补给和有效载荷替换及产品回收的大型组合式航天器。它具有自主的运行能力，有时亦称为“自由飞行平台”。空间平台可为多种有效载荷集中提供结构、电源、通信、热控制、数据管理、姿态和轨道控制、机动等功能。

空间平台的特点是：能适应多种学科、多种技术、多种任务空间有效载荷需要；可进行多种组合；适应大型有效载荷和不同仪器、设备需要；能提供大功率电源；高数据率；定期接受在轨服务；工作寿命从几个月、几年到永久性；研制操作成本低；能同时进行多科学相关观测；理想的空间材料加工、生产工作，研制平台投资省、风险小、周期短、见效快。

空间平台和空间站的关系

空间平台和空间站在未来的天基系统里都是独立的基本单元，它们协同工作，互相补充。空间平台不但可以完成空间站的许多任务，而且发展空间平台较空间站技术成熟，因而投资省、难度小、风险少、研

制周期短、效益高，优先发展空间平台更有充分的理由和依据。

（15） 什么是地球的电离层？其有哪些反常现象？简述其对航天活动的影响。

答：地球电离层是由太阳电磁辐射、宇宙线和沉降粒子作用于地球高层大气，使之电离而生成的由电子、离子和中性粒子构成的能量很低的准中性等离子体区域。电离层除了具有正常的结构背景以及不均匀结构以外，还有伴随着太阳耀斑、磁暴等全球性扰动过程而出现的电离层突然骚扰、电离层暴以及极区反常现象等反常现象。

电离层对航天活动的影响有：

1.对航天器通信系统的影响。

2.对航天器定轨系统的影响。

3.对航天器轨道和姿态的影响。

4.航天器充电效应。

5.对航天器电源系统的影响。

（16） 简述卫星有哪些轨道要素及其物理意义。

答：确定卫星空间位置的参数叫轨道要素。包括（1）确定轨道平面在空间位置的参数：Ω——升交点赤经，从春分点到升交点的角度；i ——轨道倾角，是轨道面与赤道面的夹角。（2）确定轨道在轨道面内位置的参数：ω——近地点角距，在轨道平面上，升交点和近地点矢径之间的夹角。（3）确定轨道形状及地点矢径的夹角：a ——轨道半长轴；e 轨道偏心率。（4）确定卫星在轨道上位置的参数：f ——真近点角，近地点和卫星所在位置矢径之间的夹角。

（17） 分别简述三轴稳定卫星、自旋卫星、双自旋卫星的定义、功能与特点。

答：双自旋卫星一般由自旋体和消旋体（平台）组成，两者用轴承联接起来，通过电机产生相对运动。（不全）

（18） 什么是统一载波测控系统？简述其技术思想。

答：统一载波系统是指，系统只需使用一副天线及天线座、一套伺服系统、一套收发装置，即系统内的卫星本体和地面站公用一个载波就能完成跟踪、测角、测距、测速、遥测和遥控六项任务。这种技术刚出现时采用的是S 频段，因而也称为统一S 频段（USB ）测控系统。

USB 的技术思想为：将星地间的信息交换渠道划分为上行链路和下行链路。所谓链路是指一台发射机、一台接收机和发收天线共同组成的通信路径。一条链路可包括多个信道，上行链路指由地面跟踪站向航天器发送信息所建立的多个信道，下行链路指航天器向地面观测站传送信息所建立的信道。上行、下行载波频率也保持一定的比例关系，国际上规定：240/221/ 下上f f 。

（19） 简述航天器电源系统的定义与功能。

答：电源系统是产生、储存、变换、调节和分配电能的航天器分系统。其基本功能是通过耨中物理变化或化学变化，将光能（太阳辐射能）、核能或化学能转换成电能，根据需要进行储存、调节和变换，然后向航天器各系统供电。

（20） 简述航天器热控系统的任务。

答：航天器热控系统的任务是，通过组织和合理调配航天器各部分之间热量的吸收、贮存与传递，对航天器内外能量进行管理与控制；并实现航天器上废热朝向外部空间的排散。以满足在飞行各阶段（包括地面待涉段、上升段、轨道段、再入着陆段）星、船各舱段、仪器设备、舱内壁及结构部件所要求的温度条件；对于载人航天器还需保证人在空间生活所必需的空气温度、空气湿度和通风环境。