第一章 航天技术 知识 大学物理课件.pptx

航天技术与物理学;飞出地球，探索、开发宁宙， 是人类长期以来的梦想;用于航天的人造天体称“航天器”: 火箭、人造卫星、载人飞船、航天站、 航天飞机及行星际探测器等。;一．力学基本原理;（1）开普勒第一定律（轨道定律）;开普勒定律只在太阳不动的假定下成立。 事实上，讨论太阳系内某一行星绕太阳运动时， 如果不考虑其他行星的引力作用， 只考虑该行星与太阳之间的万有引力作用， 问题成为太阳与该行星组成一个孤立系统的二体问题。;;开普勒定律告诉我们: 所有在太空中飞行的星体都要遵守太空旅行的规则。;2.万有引力定律;3. 牛顿运动定律;4. 动量定理和动量守恒定律;5. 动能定理和机械能守恒定律;6. 角动量守恒定律;二．宇宙速度;1. 第一宇宙速度;2. 第二宇宙速度;3. 第三宇宙速度;由机械能守恒定律得;机械能守恒;近似地把地球绕太阳的运动看作是圆周运动， 因为太阳对地球的引力 等于地球绕太阳公转的向心力， 则有;得到能够使得航天器脱离太阳引力的束缚， 而要求航天器脱离地球时的最小速度;4. 航天器轨道;☆;;（3）当卫星的速度（指近地点速度） 大于该高度对应的圆轨道环绕速度，而小于脱离速度时，卫星的轨道不再是圆轨道，而是椭圆轨道。 且近地点的速度越大，椭圆的偏心率越大。;（4）前面的讨论假设不考虑大气阻力， 而实际上地面以上是有大气层的， 离地面愈近，大气密度愈大，对卫星的阻力也愈大。 卫星运转中受大气阻力的影响，速度会逐渐下降， 导致轨道高度逐渐下降，甚至进入稠密大气层，使卫星被烧毁。 故实用上发射圆轨道一般都在离地面150km~ 200km高度以上。高度愈高，卫星运行的寿命愈长。;（5）具有第二宇宙速度的人造天体的运动轨道， 相对于地球而言不是闭合轨道，而是一抛物线。;三 火箭技术中的物理学原理;1．火箭推进原理;（1）火箭的推力;（2）火箭的速度;;火箭在燃料耗尽以后增加的速度与喷出气体的速度成正比， 也与火箭的始末质量比的自然对数成正比;;2. 多级火箭;一个串联的三级火箭， 当一级火箭点火发动后， 整个火箭起飞， 等到该级燃料燃烧完后， 将自动脱落， 下一级再开始工作， 直到最后达到所需要的速度。;美国发射的“阿波罗”登月飞船的运载火箭———“土星5号”;四. 人造地球卫星技术;人造卫星的运动轨道可分成发射轨道、运行轨道和返回轨道。;;;☆;当然，实际情况中， 保证卫星在正常的轨道上完成预期的飞行任务， 是依靠地面控制系统实现的 ;2．人造卫星的轨道要素及轨道设计;若掌握有关卫星的上述6个轨道参数， 就可以根据开普勒定律计算出卫星在任何时刻所在的位置。;3．人造卫星与无线电通信技术;如果在赤道上空每隔120° 各放置这样一颗卫星， 则有三颗这样的卫星， 就能实现全球范围的24小时通信。;全球卫星定位系统;4．同步卫星的姿态稳定性;☆;☆;☆;5．人造卫星的电源;硅系太阳能电池主要是利用了半导体的光电效应。;由于半导体不是电的良导体， 电子在通过PN结半导体中流动时， 电阻非常大，损耗也就非常大。;五 载人航天技术;1．载人航天器;神州二号飞船;（2）航天飞机;（3）空间站;空间站可以是小型的空间实验室， 也可以是具有加工生产、对天地观测及星际飞行转运等综合功能的大型空间轨道基地。 在空间站上可以对卫星进行修复，也可利用轨道转移飞行器在空间站和其他航天器往返运送物资或航天员，甚至可以在空间站上组装并发射航天器。;☆;2. 登月技术中的物理学;目前有三种途径可以实现登月;第二种是地球轨道会合登月;第三种是月球轨道会合登月;优点： （1）在停泊轨道上可最后测试飞行器的各项性能，如控制、通信等，以减小飞行的危险； （2）当为进入地月转移轨道而加速时，可充分利用停泊轨道的轨道速度； （3）停泊轨道的轨道倾角可由地面发射站预先指定，而其轨道升交点经度与入轨参数密切相关。;3．宇宙航行中宇航员的超重与失重;（2）失重;4．飞行器的返回与返回时的热现象;飞行器的再入舱以很高的速度进入大气层， 在空气动力的作用下急剧减速， 同时其巨大的动能和势能转化为巨大的热能： 一个500kg的再入舱开始再入时的动能为1.43×1010J， 即使转化3%的热量，也足以将500kg的钢从0℃加热到熔化。 要使再入舱在再入时不至于会被加热焚毁， 需将大量的热与再入舱隔离，尽量减少再入舱的热量。 ;（1）热沉法;（2）辐射法;（3）烧蚀法;六 中国航天技术发展