1、会计学1航天技术概论第航天技术概论第7章章(哈工大版哈工大版第二章 航天器的轨道1cospree=0 园轨道园轨道 0 e 1 双曲线轨道双曲线轨道21/(1),(1)paeb araerae第1页/共24页230rrGMr其中()const.dr rr rr r0dt hr r=r vp 2r22vr2a第二章 航天器的轨道第2页/共24页第二章 航天器的轨道2.2 开普勒(1571-1630)三定律 开普勒，德天文学、物理学家，开普勒，德天文学、物理学家，1609-1618年发现了行星运动年发现了行星运动的三大定律的三大定律 行星绕太阳运行的行星绕太阳运行的轨道为以太阳为一个焦轨道为以太阳
2、为一个焦点的椭圆。点的椭圆。轨道方程：轨道方程：22221cos1prexyab或第3页/共24页212dAr d由动量矩守恒，从而：FPVrdr ddt时间内扫过的面积dA第二章 航天器的轨道开普勒第二定律开普勒第二定律 行星矢径在相同时间内扫过的面积相等（面积速度为常值）行星矢径在相同时间内扫过的面积相等（面积速度为常值），r越大，越大，v越小。越小。矢径扫过的面积为矢径扫过的面积为21122dAdrhdtdt第4页/共24页对椭圆轨道来讲，其面积为ab,则轨道周期为：2234eTa第二章 航天器的轨道2222222(1),(1),12(1)2.min/2(1)ee3seehpaehaeb
3、aeaeAabaT84 5vhae第5页/共24页第一宇宙速度第一宇宙速度第二宇宙速度第二宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度地球静止轨道卫星发射速度地球静止轨道卫星发射速度环绕速度和轨道周期环绕速度和轨道周期第二章 航天器的轨道第6页/共24页定义：忽略大气阻力的情况下，一个物体沿地球表面飞行的速度一个物体沿地球表面飞行的速度。222/1cos1cos1cosEEr vhpreee由可以得到:17.905 km/sEvvR第一宇宙速第一宇宙速度度Rv1地球第一宇宙速度第一宇宙速度第二章 航天器的轨道5326378 km,3.986 10 km/sEEr第7页/共24页定义：在地球表面上发射空间飞
4、行器，使它脱离 地球引力场地球引力场所需要的最小速度。因为 r=R,e=1,=0，所以e=1v2R地球222/1cos1cos1cosEEr vhpreee212211.18 km/sEvvR第二宇宙速第二宇宙速度度第二宇宙速度第二宇宙速度第二章 航天器的轨道成为人造太阳卫星成为人造太阳卫星(行星行星)第8页/共24页第三宇宙速度第三宇宙速度：地球上发射一个空间飞行器，使它脱离太阳引力场太阳引力场所需要的最小速度。232/216.65 km/sESEvvR1.从地球轨道上脱离太阳引力场所需的从地球轨道上脱离太阳引力场所需的 最小速度最小速度vs22.地球公转速度地球公转速度vE3.航天器脱离太
5、阳引力场，相对地球需要航天器脱离太阳引力场，相对地球需要 增加的速度增加的速度S2/E=vs2vE地球太阳22SSSvR2232/22SEEvvR由能量方程：第二章 航天器的轨道第9页/共24页地球r4R地球静止轨道卫星v4c34224 360086400sErT442CrvT2244422CEEvvRr24444()210.77 km/s2CEvrRvRr地球静止轨道卫星发射速度地球静止轨道卫星发射速度轨道高度35786 km第二章 航天器的轨道第10页/共24页航天器的环绕速度Vc 高度为h的圆轨道上卫星的飞行速度。1cospre22()cERh vRh111/cvvh R322ETa23
6、)1(223RhRTE轨道周期T第二章 航天器的轨道第11页/共24页 确定卫星的空间位置所需要的参数。6个轨道根数个轨道根数(要素要素)确定轨道平面的位置 轨道倾角轨道倾角i、升交点赤经升交点赤经确定轨道形状 半长轴半长轴 a、偏心率偏心率e 确定轨道在轨道面内的位置 近地点角距近地点角距确定卫星在轨道上的位置 真近点角真近点角轨道根数第二章 航天器的轨道第12页/共24页赤道轨道，卫星轨道在赤道赤道轨道，卫星轨道在赤道平面内，地球同步轨道卫星平面内，地球同步轨道卫星的轨道属于这种轨道。的轨道属于这种轨道。顺行轨道，多数卫星采用这种轨道，因为它利用地顺行轨道，多数卫星采用这种轨道，因为它利用
7、地球自转速度，从而节省发射需要的能量。球自转速度，从而节省发射需要的能量。极轨道，在极轨道上，卫星可以观测整个地球，因极轨道，在极轨道上，卫星可以观测整个地球，因此地球资源卫星、全球侦察卫星采用这种轨道。此地球资源卫星、全球侦察卫星采用这种轨道。逆行轨道，由于地球自转速度起负作用，发射需要逆行轨道，由于地球自转速度起负作用，发射需要的能量增加，因此一般不采用这种轨道。的能量增加，因此一般不采用这种轨道。第二章 航天器的轨道i=0o0o i 90o太阳同步轨道，轨道面进动与平太阳的周年视运太阳同步轨道，轨道面进动与平太阳的周年视运动同步动同步在同一时刻经过同一地方。在同一时刻经过同一地方。96o
8、 i 110o第13页/共24页轨道控制的含义1.轨道修正 由于受月球、太阳、行星的引力月球、太阳、行星的引力，太阳风和辐射压力太阳风和辐射压力，稀薄大稀薄大气阻力等干扰力气阻力等干扰力的作用，使航天器偏离理论轨道。2.轨道机动(变轨)某些任务的需要，如返回、交会对接轨道控制的分类1.1.轨道面内轨道控制轨道面内轨道控制 2.2.轨道面的控制轨道面的控制轨道控制的实现 轨道控制是通过调节火箭发调节火箭发动机的推力方向动机的推力方向 和火箭发动机火箭发动机工作时间工作时间来实现。第二章 航天器的轨道第14页/共24页轨道面内轨道控制 航天器的原轨道和目标轨道在同一平同一平面内面内时，改变航天器的
9、飞行速度的大小和方向，由原轨道转移到目标轨道，称同轨道面内的轨道控制。ab地球原轨道目标轨道转移轨道霍曼轨道转移霍曼轨道转移第二章 航天器的轨道第15页/共24页轨道面的控制 当原飞行轨道和目标轨道 不在一不在一个平面内个平面内 时，则需要控制轨道面。轨道面的控制是在圆轨道和目标轨道的交点上，给空间飞行器加此点上 目标轨道速度和目标轨道速度和原轨道速度差值原轨道速度差值 而达到目的。控制前控制后1aV2aVaVa原轨道目标轨道轨道面控制第二章 航天器的轨道第16页/共24页 如空间站发射到其轨道上，过一段时间需要给空间站乘员如空间站发射到其轨道上，过一段时间需要给空间站乘员送食品等补给品和空间
10、站需要的燃料等其他补给品，同时需要送食品等补给品和空间站需要的燃料等其他补给品，同时需要把空间站里试验过的东西等带回地面。一般用飞船或航天飞机把空间站里试验过的东西等带回地面。一般用飞船或航天飞机执行此任务，为此空间站必需和飞船或航天飞机进行交会对接执行此任务，为此空间站必需和飞船或航天飞机进行交会对接。交会：两航天器，在空间某一点上会合两航天器，在空间某一点上会合 对接：两个航天器连接成一体两个航天器连接成一体为了对接需要先交会。三种交会方法：1.用运载火箭直接交会;2.用交会位置调节轨道交会；3.用等待轨道交会。第二章 航天器的轨道第17页/共24页第二章 航天器的轨道第18页/共24页第
11、二章 航天器的轨道第19页/共24页4轨道摄动（轨道摄动（Perturbation）a.椭球体摄动 地球的形状接近一椭球体，赤道隆起而两极间略短，由此影响卫星轨道产生微小的变化，这种变化称地球椭球体摄动。对轨道有力矩作用，引起进动，发生变化。b.稀薄大气摄动 轨道空间里大气很稀薄，但卫星飞行速度大，从而产生一定大气阻力，使卫星的动能不断损耗，因而轨道变小。在这一缩小过程中，远地点下降很快，而近地点下降较慢，这就使轨道形状逐渐接近于正园，同时最后坠入稠密大气层而陨灭。c.其他摄动 太阳，月球，行星，太阳风第二章 航天器的轨道第20页/共24页第二章 航天器的轨道航天器在什么时候经过什么地区：观测、预报。e360360360.9856(/d)365.25p0e0arcsinsin sin()arctancos tan()()iitt 星下点轨迹的经度，纬度3211sin2arctantan121cospaeeetee时间方程第21页/共24页第二章 航天器的轨道第22页/共24页第二章 航天器的轨道第23页/共24页感谢您的观看。感谢您的观看。第24页/共24页
