第二讲 航天器的分类与系统组成
航天基础知识简介
N．A．阿姆斯特朗
E．E．奥尔德林
世界上第一个空间站
“礼炮1号”空间站
时间：1971年4月19日 国家：前苏联
1975年6月8日，前苏联发射了“金星9号”探测器，实 现了在金星表面着陆。
1975年7月18日，美国“阿波罗号”飞船与前苏联 “联盟19号”飞船在大西洋上空对接成功。 1975年8月20日，美国发射了“海盗1号”探测器， 第一次在火星表面着陆成功。
2 航天器的分类与系统组成
航天技术是一门研究和实现如何把航天器送入空间，并在 那里进行活动的工程技术。它主要包括航天器、运载工具 和地面测控三大部分。为了便于了解，我们首先对航天器 进行分类。
同一个航天器可兼有数种任务，故机械地、绝对地分类， 是不可能的。同一类航天器，往往包括了几种系列，而每 一系列又可分成数种不同的卫星系统或型号。
便携式生命保障系统 脐带式生命保障系统
“上升号”载人飞船
• 时间：1965年3月18日 • 国家：前苏联 • 人物：列昂诺夫
1966年1月，前 苏联两艘“联 盟号”飞船第 一次在轨道上 成功交会对接， 并实现了两位 航天员从一艘 飞船向另一艘 飞船的转移。
“联盟号”飞船
1969年7月20日，美国N．A．阿姆斯特朗和E．E．奥 尔德林乘坐“阿波罗11号”飞船登月成功，在月球静 海西南角着陆，成为涉足地球之外另一天体的首批人 员。他们在月球上安放了科学实验装置，拍摄了月面 照片，搜集了22虹月球岩石与土壤样品，然后自月面 起飞，与指挥舱会合，返回地球。首次实现了人类登 上月球的理想。
2.1 按载人与否分类
航天器可分为无人航天器与载人航天器两大类。无人航天 器按是否绕地球运行又可分为人造地球卫星和宇宙探测器 两类。它们又可以进一步按用途分类，如图1.3所示。
航天器控制原理
1.1 世界航天技术发展的概况航天技术发展是当今世界上最引人注目的事业之一，它推动着人类科学技术的进步，使人类活动的领域由大气层内扩展到宇宙空间。
航天技术是现代科学技术的结晶，是基础科学和技术科学的集成，力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电子技术、自动控制、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、喷气推进、制造工艺学等学科，以及这些科学技术在航天应用中相互交叉、渗透而产生的大量新学科，都对航天技术的发展起了重要作用。
所以，航天技术是一个国家科学技术水平的重要标志。
航天技术是一门综合性的工程技术，主要包括：制导与控制技术，热控制技术，喷气推进技术，能源技术，空间通信技术，遥测遥控技术，生命保障技术，航天环境工程技术，火箭及航天器的设计、制造和试验技术，航天器的发射、返回和在轨技术等。
由多种技术融于一体的航天系统是现代高技术的复杂大系统，不仅规模庞大，技术高新、尖端，而且人力、物力耗费巨大，工程周期长。
时至今日，航天技术已被广泛应用到政治、军事、经济和科学探测等领域，已成为一个国家综合国力的象征。
.1.2 近代航天技术的发展19世纪末20世纪初，火箭才又重新蓬勃地发展起来。
近代的火箭技术和航天飞行的发展，涌现出许多勇于探索的航天先驱者，其中代表人物K．3．齐奥尔科夫斯基，R．戈达德(Robert Goddard)，H．奥伯特(Hermann Oberth)。
航天技术从20世纪50年代末期的研究试验阶段到70年代中期，发展到了广泛实际应用阶段。
其中60年代以来，为科学研究、国民经济和军事服务的各种科学卫星与应用卫星得到了很大发展。
至70年代，军、民用卫星已全面进入应用阶段。
一方面向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋、天文观测和地球资源等专门化的方向发展，同时另一方面，各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本的方向发展。
这两种趋势相互补充，取得了显著的效益。
80年代中后期，基于模块化和集成化设计思想的新型微、小卫星崛起，成为航天技术发展中的一个新动向。
航天器概论(西工大)2、第二章 运载火箭
激光和红外光跟踪测量技术 激光和红外光跟踪测量技术也常用于运载火 箭的跟踪测轨。其传播特性与无线电波相同，跟 踪测量的原理、设备组成也与无线电雷达相近， 因此称为激光雷达和红外雷达。该跟踪测量方法 由于受到电磁波直线传播的限制，要通过多个地 面站“接力”，才能完成对运载火箭的跟踪测量。
飞行安全控制系统
无线电跟踪测量工作原理
地面发射机产生的无线电信号由天线定向辐射到目标所在的 空间， 飞行器上的信号接收装置收到信号后经过变频和放大后转发 地面。 再由地面接收天线接收飞行器转发或发送的下行信号，经接 收机检测,比较上、下行信号或下行信号的变化,即可测出飞行器 相对于地面测控站的角度、距离和距离变化率等参数，确定飞行 器的空间位置和速度。 连续进行这样的跟踪测量即可得出飞行器的弹道或轨道。
飞行安全的判断过程
计算机对各种测量设备提供的实时弹道数据进行实时处理，将得出 的计算值与预先贮存在计算机内的理论数据和安全管道进行比较，并将 落点显示等结果用显示设备显示。当偏差值在故障线范围内时，认为火 箭飞行正常； 当实际参数值达到或超出故障线范围时，表示火箭已处于故障状态, 这时计算机通过音响或光电装置向发射指挥控制中心发出告警信号； 当实际参数值达到允许炸毁线，且预示的故障火箭落点已进入保护 区边界线，则发出炸毁指令； 一般先使航天员脱离火箭，解除保险，接通延时装置，以便地面安 全分系统选择炸毁时机或落点，而在预定的迟滞时间内,即使地面没有 发出炸毁指令，延迟时间一到便自动起动爆炸装置将火箭炸毁。
1、结构系统 使火箭的各部分称为一个整体。包括：维持火箭的外 形，承受火箭地面运输、发射操作和在飞行中作用在火箭 上的各种载荷，承载火箭各系统的仪器、设备。 2、动力装置系统 是推动火箭飞行并获得一定速度的装置。对液体火箭 来说，动力装置系统由推进剂输送、增压系统和液体火箭 发动机两大部分组成。固体火箭的动力装置系统比较简 单，主要部分是固体火箭发动机，推进剂直接装在发动机 的燃烧室壳体内。
事业编航天知识点总结
事业编航天知识点总结一、航天器的种类航天器是指进入地球大气圈以外空间的载人或无人飞行器，包括宇宙飞船、人造卫星、探测器等。
根据用途和使用环境的不同，航天器可以分为地球轨道飞行器、深空探测器和载人飞行器三种类型。
1.地球轨道飞行器地球轨道飞行器是指在地球近地轨道上飞行的卫星和飞船，包括通信卫星、气象卫星、导航卫星、空间站等。
它们主要用于地球观测、通信、导航、科学实验等任务。
2.深空探测器深空探测器是指在地球轨道以外的太阳系内进行科学研究和探测的航天器，包括行星探测器、小行星探测器、彗星探测器等。
它们可以对行星、月球、彗星等进行科学探测和观测，为人类对太阳系的认识提供宝贵的数据。
3.载人飞行器载人飞行器是指能够搭载宇航员进行太空飞行和执行任务的航天器，包括宇宙飞船、空间飞机、航空飞船等。
它们主要用于执行载人太空飞行任务，如载人登月、载人飞向火星等。
二、航天器的设计航天器的设计是航天工程中最为重要的环节之一，其涉及多个学科领域，包括力学、热工、材料、电子、通信等。
航天器的设计需要考虑多个因素，如结构强度、热控制、动力系统、通信系统等。
在设计过程中，需要充分考虑航天器的使用环境和任务要求，确保其在太空环境中能够正常工作并完成任务。
1.结构设计航天器的结构设计是航天器设计的重要组成部分，它需要考虑航天器在发射过程中的受力情况、在轨运行中的稳定性和耐久性等。
为了确保航天器的结构稳定和安全，设计师需要对航天器的结构材料、连接方式、布局等方面进行合理设计，并进行结构分析和仿真验证。
2.热控设计航天器在太空中会面临极端的温度条件，容易受到太阳辐射的影响，并且在进入大气层再入过程中会受到高温的影响。
因此，航天器的热控设计是非常重要的。
设计师需要考虑航天器的热保护材料、热控结构、热辐射等问题，确保航天器在各种温度条件下能够正常工作。
3.动力系统设计航天器的动力系统设计涉及到推进系统、能源系统等多个方面。
推进系统是航天器进行轨道调整、姿态变换、离轨等任务的关键，设计师需要考虑推进剂的选择、推进系统的稳定性和可靠性等问题。
航天工程系统课件
建设月球基地需要解决一系列技术难题，如月面环境适应、能源供 应、物资补给等，这些问题的解决可以为未来深空探索提供技术积 累。
国际合作
月球基地建设需要国际合作，可以促进国际间的科技交流和合作，推 动人类航天事业的发展。
火星探索与殖民化
科学探索
火星是太阳系中与地球最为相似的行星之一，探索火星有 助于了解地球以外的生命可能性，推动科学的发展。
中国计划在未来继续实施嫦娥探月工程，开展更深入的月球探 测和科学研究。
美国火星勘测轨道飞行器
任务目标
美国火星勘测轨道飞行器 的任务目标是探测火星大 气、地形、磁场等，了解 火星气候和地质特征，寻 找火星生命的迹象。
实施过程
美国火星勘测轨道飞行器 经历了多次发射和轨道调 整，成功进入火星轨道， 并开展了高精度探测和科 学实验。
中国嫦娥探月工程
工程目标 实施过程 科学成果 未来计划
嫦娥探月工程的目标是实现月球软着陆、月面巡视、月背探测 等任务，获取月球表面的详细信息，开展科学实验和技术试验
。
嫦娥探月工程经历了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号等多个阶 段，成功实现了对月球的探测和巡视，获取了大量科学数据。
嫦娥探月工程在月球地质、磁场、重力场等方面取得了重要科 学成果，为人类深入了解月球提供了宝贵数据。
详细描述
地球观测卫星在多种轨道上运行，搭载各种遥感器，如多光谱相机、红外光谱仪 和雷达等，观测地球的地形地貌、资源分布、环境变化等信息。这些数据广泛应 用于地理信息系统建设、资源调查、环境保护等领域。
深空探测
总结词
深空探测用于探测宇宙空间，研究天体 物理和宇宙演化。
VS
详细描述
深空探测器在地球发射后，通过行星转移 轨道或太阳逃逸轨道进入深空，搭载各种 科学仪器，如望远镜、光谱仪和粒子探测 器等，观测和研究宇宙中的天体、星系和 暗物质等。这些探测任务有助于人类深入 了解宇宙的起源、演化和终极命运。
航天器姿态控制系统组成与分类
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4.1.4 陀螺 陀螺是利用一个高速旋转的质量来敏感其自旋轴在
惯性空间定向的变化。
陀螺具有两大特性，即定轴性和进动性。
定轴性就是当陀螺不受外力矩作用时，陀螺旋转轴 相对于惯性空间保持方向不变；
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4.1.1 太阳敏感器
太阳敏感器是通过对太阳辐射的敏感来测量太阳视 线与航天器某一体轴之间夹角的敏感器。
太阳敏感器之所以有这样广泛的通用性是因为:
1.在大多数应用场合，可以把太阳近似看作是点光 源，因此就可简化敏感器的设计和姿态确定的算法；
2.太阳光源很强，从而使敏感器结构简单，其功率 要求也很小；
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模拟式太阳敏感器视场在几十度时，精度可达到0 . 5 ；
当视场很小，仅为1 ～2 时，精度可达到秒级。
模拟式太阳敏感器工作原理
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单轴模拟式太阳敏感器: 只能测量航天器相对于太阳光线的一个姿态角
单脉冲比幅方法需要形成两个互相叠交的天线方向
图，当目标与天线轴不重合(成 角)时(见图4．15)，
下面的方向图收到的信号 E 1 将大于上面的方向图收到的
信而号振幅E 2 差。的两符个号信则号表的示振幅偏差离的表示方目向标。与当天目线标轴与之天间线夹轴角重，
合时，由上、下方向图收到的信号振幅相等，其差值就 等于零。
姿态敏感器按不同的基准方位，可分为下列5类。 (1)以地球为基准方位：红外地平仪，地球反照敏感 器； (2)以天体为基准方位：太阳敏感器，星敏感器； (3)以惯性空间为基准方位：陀螺，加速度计； (4)以地面站为基准方位：射频敏感器； (5)其他：例如磁强计(以地磁场为基准方位)，陆 标敏感器(以地貌为基准方位)。
航空知识
• 随着中国古代四大发明之一的火药出现，火药便取代 了易燃物，使火箭迅速应用到军事中。公元lO世纪唐 末宋初就已经有了火药用于火箭的文字记载，这时的 火箭虽然使用了火药，但仍须由弩弓射出。真正靠火 药喷气推进而非弩弓射出的火箭的外形被记载于明代 茅元仪编著的《武备志》中，见图1.1。
这种原始火箭虽然没有现代火 箭那样复杂，但已经具有了战 斗部(箭头)、推进系统(火药 筒)、稳定系统(尾部羽毛)和箭 体结构(箭杆)，完全可以认为 是现代火箭的雏形。
1.1.4 现代航天技术的应用
• 航天技术从20世纪50年代末期的研究试验阶段到70年代中 期，发展到了广泛实际应用阶段。其中60年代以来，为科 学研究、国民经济和军事服务的各种科学卫星与应用卫星 得到了很大发展。至70年代，军、民用卫星已全面进入应 用阶段。一方面向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、 海洋、天文观测和地球资源等专门化的方向发展，同时另 一方面，各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成 本的方向发展。
这是航天员在谈到从航天飞机上 看地球的情景时的一段描述。
1.1 世界航天技术发展的概况
航天技术发展是当今世界上最引人注目的事业之一，它 推动着人类科学技术的进步，使人类活动的领域由大气层内 扩展到宇宙空间。航天技术是现代科学技术的结晶，是基础 科学和技术科学的集成，航天技术是一个国家科学技术水平 的重要标志。
美国科学家戈达德（1882－1945）
德国的奥伯特教授在他1923年出版的《飞向星际 空间的火箭》一书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空 中工作的基本原理，而且还说明火箭只要能产生足够
的推力，便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和
戈达德一样，他也对许多推进剂的组合进行了广泛的 研究。
在1932年德国发射A2火箭，飞行高度达到3 km。 1942年10月3日，德国首次成功地发射了人类历史上第 一枚弹道导弹——V—2(A4型)，并于1944年9月6日首 次投入作战使用。
航天器
第六章 航天系统
6.1 航天器
6.1.1人造卫星（低轨道）
我国于 1970 年 4 月 24 日发射 的第一颗人造地球卫星东方红一 号卫星。按当时时间先后，我国 是继苏、美、法、日之后，世界 上第五个用自制火箭发射国产卫 星的国家。 由于东方红一号卫星的近地 点高度较高，因此东方红一号卫 星至今仍在近地点 430 千米、远 地点2075千米的轨道上运行。
东方红一号卫星第六章 航天系统6 Nhomakorabea1 航天器
6.1.1人造卫星（低轨道）
2008 年 4 月 25 日 23 时 35 分，中国 首颗数据中继卫星“天链一号”在西昌 卫星发射中心由“长征三号丙”运载火 箭成功发射升空。 目的：为中国神舟载人飞船及后续 载人航天器提供数据中继和测控服务。 同时，为中国中、低轨道资源卫星提供 数据中继服务，为航天器发射提供测控 支持。
慧眼天文卫星
第六章 航天系统
6.1 航天器
6.1.1人造卫星（低轨道）
2017年3月3日7时53分，在酒泉卫 星发射中心，天鲲1号卫星发射成功。 天鲲 1 号卫星是由中国航天科工集 团公司独立自主研制的首颗新技术试验 卫星，主要目的是开展遥感、通信和小 卫星平台技术试验。 意义：卫星的成功发射，拓展了我国小 型低轨通用卫星平台型谱。 提升了我国 在快速发射、多功能集成应用方法的支 持能力以及应急救灾等空间信息获取的 快速响应能力。
实践十号
第六章 航天系统
6.1 航天器
6.1.1人造卫星（低轨道）
实践十号开展实验涉及的领域： 微重力流体物理、微重力燃烧、空 间材料科学、空间辐射效应、微重 力生物效应、空间生物技术。 我国在实践十号上开展6大领域内 的 19 项空间科学实验，是国际上迄 今为止单次空间微重力和生命科学 实验项目及种类最多的卫星任务。 其中卫星留轨舱将进行8项流体物 理实验，其他 11 项实验将在回收舱 进行。回收舱的设计在轨运行寿命 为 12 天， 12 天后回收舱返回地球， 而留轨舱将继续在轨工作3天，卫星 总计设计寿命为15天。