空间飞行器设计-第3讲-文档资料.pptVIP

第三讲 近地空间环境; 航天器在空间飞行时所处的环境（包括自然的和人为的）称为空间环境。 太阳系内的空间环境可分为：;3.1 地球空间环境;表面重力加速度： 标准值 g0＝9.80665 m/s2 45纬度处 g45＝9.80612 m/s2 其他纬度处 g＝9.78031×(1+0.005302sin2? - 0.000006sin22?);3.1.2 近地空间（Near-earth Space);3.1.2 近地空间;3.2 地球大气;图3.1 地球大气层;3.2.1 地球大气的结构;3.中间层： → 80km，空气只有1/3000。50－53km之间，气温随高度上升，达282K0，以后下降，到80km处降为196.86K。 4. 热层： → 400km。80km以上，气温随高度上升，到150km处，达1000K。 在400km处，达1500－1600K。 5. 外层：400－1600km。 大气边界位于2000－3000km。;图3.2 地球大气温度随高度的变化关系;按大气被电离情况, 分为电离层和非电离层： 非电离层： H50km，大气处于中性原子状态； 电离层： 50km以上到大气层边缘，是电离介质区，由电子、正负离子及中性粒子组成。 电离层受地磁场影响，从而影响短波通讯。;图3.3 正常电离层结构示意图;(1).密度（表3－1） 海平面处 ?0＝1.225×10－3g/cm3＝1.2kg/m3。 密度随高度急剧下降。在100km高度，只有10－7 ?0。也随时间、纬度、季节、太阳活动和地磁活动影响而变化。;表3－1 不同海拔高度的大气密度;(2). 温度 海平面大气温度的标准为 T0＝15℃（288K）。 120－300km之间：;海拔300~1000km之间,接近等温; 海拔1000km以上,大气温度随高度增加。;空间大气的温度仅仅是大气的温度，而非物体在空间的热平衡温度。因为宇宙空间空气极为稀薄，不足以加热物体。 宇宙空间的能量密度在任何方向为10-5W/m2,相当于温度为3K的黑体（black body）发出的能量。【所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)】 太空只吸收、而不反射能量。这种环境称为空间冷黑环境，又称热沉(热汇)(heat sink)。;(3). 压力（表3－3） 海平面标准压力P0＝1.01325×105 Pa。 表3－3 不同海拔高度的大气密度（中纬度、春秋）;3.2.3 地球大气的成分 地球大气主要由C，N，O元素组成，从海平面到海拔80km高空，大气中各种气体的比例基本恒定，平均分子量为28.96。 大气密度随海拔高度增加而降低。如海拔100~200km处, N2: 1013→109~1010个/cm3; O2: 1012→(1~4) ×108个/cm3; O: (2~8)×1011→(1~5)×109个/cm3;3.2.3 地球大气的成分（续） 20km以下，主要是氧分子、氮分子； 20－50km，臭氧层, O3 80－120km，部分氧分子开始离解为氧原子。 120－300km，主要是氧原子、氧分子、氮分子。 600－700km以上是氦,He（表3－4）。;表3－4 某些海拔高度处大气的平均分子量;3.2.4 高层大气对航天器飞行的影响 高层大气对航天器的影响主要是气动阻力、升力、气动加热，及原子氧对航天器的腐蚀作用。 原子氧会与薄的有机涂层、先进的复合材料和金属表面发生反应。 [例如]:用于绝缘与密封的Kaptom，在1021个氧原子/m2的原子氧作用下，厚度将损失2.8?m。材料机械力学性能下降、光学和电性能改变。 ;;图3.6 原子氧密度;3.3 地球磁场; 人们普遍认为：地磁场起源于地核中熔融金属流动时所产生的电磁效应。另一说法是：地核在6000K的高温和360万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来，在地幔间形成负电层，因地球自转而产生地磁场。; 地磁场是变化的。其瞬时变化归因于两个因素： 电离层中的电流体变化； 太阳黑子活动。 引起“磁暴”