下载文档原格式
航天器控制原理（ppt课件）：8 8.1 航天器导航的概念与分类8.2 航天器的自主导航系统8.3 航天器的轨道机动与轨道保持8.4 航天器的交会与对接8.5 航天器的再入返回控制8.6 星际飞行的导航与制导第八章航天器的导航与制导航天器导航就是轨道确定。
航天器轨道确定基本上可分为两大类：自主和非自主。
非自主测轨由地面站设备, 例如雷达,对航天器进行跟踪测轨, 并且在地面上进行数据处理, 最后获得轨道位置信息。
相反, 若航天器的位置和速度等运动参数用星上测轨仪器 (或称导航仪器 )来确定, 而该仪器的工作不依赖于位于地球或其他天体的导航和通信设备, 那么轨道确定 (空间导航 )则是自主的。
8.1 航天器导航的概念与分类自主导航存在两种方式：被动或主动。
被动方式意味着与航天器以外的卫星或地面站没有任何合作, 例如空间六分仪；而主动方式意味着与航天器以外的地面站或卫星 (例如数据中继卫星 )有配合, 例如全球定位系统。
另外还存在一个问题需要考虑, 即航天器自主轨道确定与姿态确定是相互关联或者互相独立的。
一般说来由于轨道比姿态变化缓慢的原因, 希望轨道确定和姿态确定互相分开, 特别在精度要求很高的场合。
但是有许多敏感器, 例如空间六分仪, 陆标跟踪器, 惯性测量部件, 太阳和星敏感器等, 既可以作轨道确定系统的敏感器, 同样地也可作姿态确定系统的敏感器。
根据这些敏感器所得到的信息, 设计相应软件, 经过计算机进行数据处理和计算, 就可以得到有关轨道和姿态的数据。
在这种情况下, 姿态和轨道确定是相关联的。
空间自主导航系统按它的工作原理可分为五大类,(1)测量对于天体视线的角度来确定航天器的位置(2)测量地面目标基准来确定航天器的位置和姿态(3)对已知信标测距(4)惯性导航方法(5)组合导航方法猎兔犬 2”号登陆器脱离“火星快车”探测器的效果图基于上节介绍的自主导航原理的实际航天器导航系统有很多种, 本节将首先着重介绍全球定位系统 (GPS)和(天文 )惯性导航两种自主导航系统。
航空航天工程师的航天器轨道控制航天工程师的任务之一是设计和控制航天器的轨道。
航天器的轨道控制是确保航天器按计划进行正确运行的关键环节。
本文将介绍航天器轨道控制过程中的关键要素和技术。
一、航天器轨道控制的重要性航天器的轨道控制决定了其在太空中的位置和速度，对于实现任务目标至关重要。
航天器的轨道需要精确计算和控制，以满足以下要求：1. 实现轨道转移：航天器需要从发射轨道转移到最终目标轨道，比如地球轨道到月球轨道。
2. 保持稳定轨道：一旦进入预定轨道，航天器需要保持稳定，以防止因轨道变化而影响太空任务。
3. 躲避碰撞：在拥挤的太空环境中，航天器需要通过轨道控制来避免与其他航天器发生碰撞，确保太空安全。
二、航天器轨道控制的关键要素在实施航天器轨道控制过程中，以下要素是至关重要的：1. 动力系统：航天器需要搭载适当的动力系统，如推进器，以实现轨道控制。
推进器的选择和设计应根据任务需求来确定。
2. 燃料和能源：推进器需要燃料和能源来提供动力。
在规划航天器的轨道控制任务时，需要合理规划燃料和能源的供应，以确保轨道控制的可持续性。
3. 导航系统：航天器轨道控制需要准确的导航系统来获取位置和速度信息，以便进行精确的轨道计算和控制。
4. 系统控制：航天器的轨道控制需要详细的系统控制策略和算法，以确保航天器按计划运行。
这包括姿态控制、推力调整和导航修正等方面。
三、航天器轨道控制的关键技术在航天器轨道控制中，以下技术起着重要作用：1. 轨道计算：通过数学模型和计算方法，准确计算航天器的轨道参数，如高度、速度和倾角等。
2. 推力控制：根据轨道计算结果，调整推进器提供的推力大小和方向，实现航天器轨道的精确控制。
3. 姿态控制：航天器需要保持特定的姿态，以实现所需轨道，这就需要精确的姿态控制系统和技术。
4. 纠偏修正：由于外界因素或误差的影响，航天器可能会偏离预定轨道，这就需要进行纠偏修正，以保证航天器按计划运行。
四、案例分析：国际空间站的轨道控制国际空间站是一个复杂的航天器系统，其轨道控制是航天工程师面临的一个重要挑战。
航空航天工程师的航天器轨道控制航空航天工程师是航天事业中不可或缺的重要角色，他们致力于设计、开发和维护航天器及相关系统。
在航天器的轨道控制方面，航空航天工程师的专业知识和技能发挥着至关重要的作用。
本文将介绍航天器轨道控制的基本原理和相关技术。
一、航天器轨道控制的基本原理航天器的轨道控制主要包括轨道设计、轨道转移、姿态控制和遥测遥控等方面。
轨道设计是确定航天器在太空中轨道参数的过程，它直接影响着航天器的飞行性能和任务目标的实现。
轨道转移是实现航天器从一个轨道到另一个轨道的过程，其中包括轨道提升、轨道调整和轨道捕获等环节。
姿态控制是指通过控制航天器的姿态，实现航向控制和航天器的稳定性。
遥测遥控则是通过地面站与航天器之间的数据传输，实现对航天器运行状态的监测与控制。
二、航天器轨道控制的技术手段1. 推进系统技术推进系统是航天器轨道控制的核心技术之一，它主要通过推进剂的喷射来实现轨道控制目标。
推进系统可以分为化学推进系统和电推进系统两类。
化学推进系统利用化学反应产生的推力来改变航天器的速度和轨道，具有推力大、工作时间短的特点；电推进系统则是通过电离或电子加速等方式产生推力，具有长工作时间和精密控制的优势。
2. 轨道动力学控制技术航天器轨道动力学控制技术旨在保持航天器在给定轨道上的运行状态。
其中最常用的方法是利用航天器自身的姿态运动和推进系统的工作来调整航天器的轨道。
通过控制航天器的姿态、推力大小和方向等参数，可以实现航天器在轨道上的精确控制。
3. 光学导航技术光学导航技术是一种基于光学设备的轨道控制手段，通过利用星体的光信号进行定位和导航。
通过测量星体的位置和轨道运动信息，可以更精确地确定航天器的位置和速度，实现轨道控制的目标。
4. 遥测遥控技术遥测遥控技术是航天器轨道控制的重要手段之一，它通过地面站与航天器之间的数据交互，实现对航天器运行状态的监测与控制。
地面站通过接收航天器发送的遥测数据，并分析处理这些数据，可以实时监测航天器的位置、姿态、推进系统状态等信息。
航天器的轨道保持与控制技术当我们仰望星空，想象着那些在太空中穿梭的航天器时，可能很少有人会想到，要让它们在预定的轨道上稳定运行，并准确地完成各种任务，背后需要依靠一系列复杂而精妙的轨道保持与控制技术。
这些技术就像是无形的大手，精准地掌控着航天器的每一次飞行轨迹，确保它们能够安全、高效地完成使命。
首先，让我们来了解一下什么是航天器的轨道。
简单来说，航天器的轨道就是它在太空中飞行的路径。
这个路径受到多种因素的影响，比如地球的引力、太阳的引力、月球的引力，甚至是大气阻力等。
为了让航天器能够按照我们的期望在太空中运行，就需要对它的轨道进行精确的计算和设计。
在轨道保持方面，航天器面临着诸多挑战。
其中一个重要的因素就是大气阻力。
当航天器在近地轨道运行时，尽管太空环境看似真空，但仍然存在着极其稀薄的大气。
这些稀薄的大气会对航天器产生阻力，导致它的速度逐渐降低，轨道高度也随之下降。
如果不加以控制，航天器最终可能会坠入大气层烧毁。
为了克服这个问题，航天器通常会配备推进系统，定期进行轨道提升，以保持在预定的轨道高度上。
除了大气阻力，太阳活动也会对航天器的轨道产生影响。
太阳会不断地释放出高能粒子和电磁辐射，这些都会对航天器的轨道产生微小但不可忽视的干扰。
例如，在太阳活动高峰期，太阳的磁场会发生变化，从而影响地球周围的引力场，导致航天器的轨道发生偏移。
为了应对这种情况，地面控制中心会密切监测太阳活动，并根据预测的结果及时调整航天器的轨道。
在控制航天器的轨道时，精确的测量和计算是至关重要的。
地面测控站会通过各种手段，如雷达、光学望远镜等，对航天器的位置、速度和姿态进行测量。
这些测量数据会被传输回地面控制中心，经过复杂的计算和分析，制定出相应的轨道控制策略。
然后，地面控制中心会向航天器发送指令，控制其推进系统的工作，实现轨道的调整。
推进系统是实现轨道控制的关键部件。
目前，航天器常用的推进系统包括化学推进系统和电推进系统。
化学推进系统具有推力大、响应快的优点，但燃料消耗较大，适用于短时间内需要较大推力的轨道调整。
第九章卫星轨道的调整与转移9.1 概述9.1.1 航天器的轨道机动航天器在中心引力场中的运动，即Kepler轨道运动及在非理想条件下航天器的摄动运动，都属于被动运动，即在初始条件给定后完全由环境条件决定的运动。
但是现代航天器的运动并不是完全被动的。
有时航天器要利用火箭发动机推力或者有意利用环境提供的力（例如空气动力、太阳光压力）主动地改变飞行轨道，这就是航天器的主动运动，称为轨道机动(orbit maneuver)。
航天器的轨道机动可以人为地分成以下三个类型（但这些并没有绝对的界限，而且没有实质的差别）：（1）轨道保持或轨道调整(orbit keeping or orbit correction)。
这是为了克服轨道要素的偏差而进行的小冲量的调整。
可以利用轨道摄动方程进行分析。
（2）轨道改变或轨道转移(orbit change or orbit transfer)：这是指大幅度改变轨道要素，例如从低轨道转移到高轨道，从椭圆轨道转移到圆轨道，改变轨道平面。
这种转移的特点是需要大冲量的火箭发动机。
（3）空间交会(space rendezvous)：即主动航天器通过一系列的机动动作达到与被动航天器会合。
这里主要控制航天器的相对运动。
按照持续时间，航天器轨道机动可以分为：（1）脉冲式机动：发动机在非常短暂的时间内产生推力，使航天器获得脉冲速度。
分析时可以认为速度变化是在一瞬间完全成的，当然这是对实际问题的抽象化。
（2）连续式机动：在持续的一段时间内依靠小的作用力改变轨道。
例如利用电离子火箭发动机、利用空气动力、太阳光压力等进行的机动。
9.1.2 轨道机动所需的推进剂消耗为了实现任何一种轨道机动，都必须使航天器获得附加的速度矢量。
排除利用235空气动力和太阳压力等特殊方式外，为此必须开动某种形式的火箭发动机。
对于仅在火箭发动机推力作用下的飞行器，运动方程为dvmP dt= (dmP w dt =−式中 为飞行器质量，m /dm dt −为推进剂消耗率，w 为燃烧产物的有效排出速度。
航空航天工程师的航天器轨道动力学航天工程是现代科技领域中最为复杂和挑战性的领域之一。
而在航天工程中，轨道动力学是十分重要的学科之一。
作为航空航天工程师，了解航天器的轨道动力学是必不可少的。
本文将探讨航天器轨道动力学的基本概念和应用。
一、轨道动力学的基本概念航天器的轨道动力学是研究航天器在空间中运动的学科。
它涉及到航天器的运行状态、运行路径以及运动参数等方面的理论与计算。
在轨道动力学中，常用的概念有轨道、轨道高度、轨道倾角等。
1.1 轨道轨道是航天器绕行星体（如地球）运行的路径。
根据轨道的形状和特性，轨道可以分为圆轨道、椭圆轨道、偏心轨道等。
通过设定不同的轨道，航天器可以实现不同的任务目标，如通信卫星通过地球同步轨道可以实现全球通信覆盖。
1.2 轨道高度轨道高度是指航天器距离地球表面的垂直距离。
通常以海平面为基准点，可以分为低地球轨道、中地球轨道、高地球轨道等。
轨道高度的选择与航天器的任务和设计要求密切相关，不同的高度对应着不同的应用场景。
1.3 轨道倾角轨道倾角是指轨道平面与地球赤道面之间的夹角。
轨道倾角的大小直接影响着航天器与地球的相对位置和轨道运动形式。
通常情况下，轨道倾角为0°的轨道被称为赤道轨道，而倾角较大的轨道则会呈现出椭圆形的轨道运动。
二、航天器轨道动力学的应用轨道动力学对于航天器的设计、运行和任务实施都有着重要的指导意义。
航天工程师在进行航天器设计和任务规划时需要充分考虑轨道动力学的相关因素。
2.1 轨道设计与控制航天工程师需要根据不同任务的需求，合理选择适当的轨道参数，确保航天器能够按照预定轨道进行运行。
同时，在航天器运行过程中，轨道控制也是一个关键问题。
通过调整姿态、推进系统等手段，航天工程师可以实现对航天器轨道的精确控制和调整。
2.2 轨道机动与转移航天器在任务实施过程中，可能需要进行轨道机动和转移，以满足不同的任务需求。
轨道机动是指改变航天器轨道的运动，包括姿态调整、轨道升降、轨道平面变换等。
