空间飞行器设计-第1讲

是举世闻名的科学家、科幻作家，被誉为“航天之 父”。
1883年早春，写成了第一篇论文《自由空间》，其中首次 提出宇宙飞船的运动必须利用喷气原理。论文《利用喷气式器 械探测宇宙空间》阐述火箭飞行理论，论述了将火箭用于星际 交通的可能性，首创液体燃料火箭的设想和原理图，说明了火 箭在星际空间飞行和从地面起飞的条件。提出为实现飞往其他 行星的设想，必须设置地球卫星式的中间站。
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由航天器(专用系统、保障系统)、航天运输系统、 航天器发射场、航天测控网和应用系统组成。
航天器
专用系统
保障系统
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航天器(contd.)
专用系统：
有效载荷，执行特定的航天任务。
保障系统：
保障专用系统的正常工作。如结构系统、热 控系统、电源系统、姿态控制系统、轨道控制 系统、无线电控制系统、返回着陆系统、生命 保障系统、应急救生系统、计算机系统。
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继苏联之后，美国于1958年1月31日成功地发 射了其第一颗人造地球卫星 “探险者1号”。
(Explorer 1)
卫星运行轨道: 近地点360km、远地点2531km、倾角33.34°,周期为
114.8min。带有盖革计数器、微流星撞击计数器、测温感应元件，
进行了宇宙线和微流星测量，还测量了卫星内部和外壳的温度，
1958年5月23日停止工作。
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内、外辐射带
“探险者”1号的主要成果是首次发现地球辐射带,后来被人们称为 范爱伦辐射带。这个辐射带内的高能带电粒子对载人空间飞行和卫 星材料、仪器都有一定的危害性。
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“Explorer 1”背后的功臣
Wernher von Braun (1912-1977)
James Van Allen (1914-2006)
William Hayward Pickering (1910-2004)
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1.1 航天与航天技术
1.1.1 航天
航天是载人与不载人的航天器在太空（外层 空间）的航行活动。又称空间飞行或宇宙航行。 钱学森先生将其按活动范围分为航天和航宇。
目的：探索、开发和利用太空以及地球以外 的天体。
技术关键：克服地球引力，达到足够的速度。
(Icarus)
《梦幻》[德/开普勒]; 《从地球到月球》[法/儒勒·凡尔纳] 等。
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零的突破
以1957年10月4 日前苏联利用多级液 体运载火箭成功发射 的世界上第一颗人造 地球卫星为标志，人 类进入了太空时代。
卫星运行92天， 绕地球飞行约1400圈， 于1958年1月4日再入 大气层时烧毁。
空间飞行器设计
南京航空航天大学
CoLeabharlann Baidulege of Aerospace Engineering
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B.E.,BUAA,1985 M.E.,NUAA,1991 Ph.D.,NUAA,2001
主讲人: 许 锋
飞行器先进设计技术国防重点学科实验室
Address: Building A18-419#, Minggugong Campus Tel:84896252
“人造地球卫星1号”
(Спутник-1)
外径0.58米，重83.6kg,由壳体、卫星 设备和天线组成。
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幕后人物
Сергей Павлович Королев
（1906～1966）
Михаил Клавдиевич Тихонравов
(1900.7.16~1974.3.4)
火箭总设计师: 科罗廖夫(Sergei Pavlovich Korolev); 卫星总设计师:吉洪拉沃夫
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1.1.2 航天技术
航天技术（空间技术）是探索、开发和利 用太空以及地球以外天体的综合性工程技术， 是用于航天系统，特别是航天器和航天运输系 统的设计、制造、试验、发射、运行、返回、 控制、管理和使用的综合性工程技术，其理论 基础是航天学。
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航天技术包括：
喷气推进技术、火箭制导和控制、火箭设计 与制造、航天器轨道控制、航天器姿态控制、航 天器热控制、航天器电源、遥测遥控、生命保障、 航天器设计与制造、火箭与航天器试验、飞行器 环境模拟、航天器发射、航天器返回、航天器测 控与安控、航天器地面测试、航天器信息获取和 处理、航天系统工程等。
发射场: 拜科努尔发射场(Baikonur Cosmodrome, Launching Site)。
“人造地球卫星1号”(Спутник-1) 卫星的初始轨道参 数：近地点215km，远地点947km，轨道倾角65°,运行周期 96.2min。主要任务包括测量200km～500km高度的大气密 度、压力、磁场、紫外线和X射线等数据。
Email: feng_xu@nuaa.edu.cn
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课程名称：空间飞行器设计 教 材： 航天工程学
郑荣跃,王克昌,鄢小清 编. 长沙：国防科技大学出版社，1999.2
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课程安排与要求：
1. 根据学时、学生知识内容和专业特点，对 原书中电类相关章节不作讲解或略讲；
2. 教材中没有习题，在讲授航天器轨道运行 原理一章时会增添部分习题；
3. 考试为三结合形式，笔试部分为闭卷形式。
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引言
第一讲 概论
К.З.Циолковский（1857-1935）
地球是人类的摇篮。人类绝不会永远躺在这 个摇篮里，而会不断探索新的天体和空间。
人类首先将小心翼翼地穿过大气层，然后再 去征服太阳系空间。
——康斯坦丁.齐奥尔科夫斯基
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К.З.Циолковский（1857-1935）
1927年发表气垫列车理论和方案。1932年发表喷气式飞机 在平流层的飞行原理和一些高超音速飞机构造的方案。1929年
又提出多级火箭的结构。他还写出了许多科普、科幻著作， 《宇宙的召唤》和《在地球之外》是他的代表作。
《在地球之外》大约是在1896年开始写的——写的是2017年
发生的事。 《在月球上》则借一名少年的梦境，用第一人称详
细描绘了月面上的种种奇妙景象。
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神话与传说
自古以来，飞离地球 是人类始终的渴望。 在中国： “始祖黄帝骑龙升天”； “禹驾龙遨游天空”； “嫦娥奔月”； “为余驾飞龙兮，杂瑶象 以为车”[屈原《离骚》句]， “火箭” ; [《三国志.魏略》] “万户飞天”等。
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神话与传说
在国外： “代达罗斯、伊卡罗斯父 子的传说” ; [古希腊.AegeanSea]