太空探索和开发_航空航天

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序　言

人们把陆地称为活动的第一空间，把海洋称为活动的第二空间，把大气层称为活动的第三空间，那么，大气层以外的太空就是人类活动的第四空间。航天技术的发展把人类的活动范围

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第1章　天体运行轨道

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1.1　天体运行基本定律

晴朗夜空，繁星点点，太阳月亮，东起西落，自古以来，人类遐想联翩，想要探个究竟，对星体运动进行了大量观察和记录。1957年第一颗人造卫星上天，开创了太空时代。一门

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1.1.1　开普勒行星运动定理

开普勒（1571—1630）根据第谷（1546—1601）对行星的观察结果，经过近10年对火星轨道的精确观测研究，发现了三个行星运动定律。 *开普勒第一行星运动

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1.1.2　牛顿运动定律和万有引力定律

牛顿运动三定律 *惯性定律：静止或做匀速直线运动的物体，如果没有外力作用，将保持静止或做匀速直线运动； *加速度定律：作用于物体的合外力不为零时，物体将产生加速

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1.2　宇宙速度

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1.2.1　第一宇宙速度v1-环绕速度

第一宇宙速度是指物体紧贴地球表面做环绕地球的圆周运动的速度（也是人造地球卫星的最小发射速度）。从万有引力定律我们知道两个物体间总有互相吸引的引力存在，那么为什么

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1.2.2　第二宇宙速度v2-脱离速度

第二宇宙速度v2是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球所需要的最小初始速度，也叫脱离速度。(https://www.daowen.com) 一旦物体在地面附近

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1.2.3　第三宇宙速度v3-逃逸速度

第三宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度，也叫逃逸速度。(https://www.daowen.com) 物体在地面附

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1.3　航天器轨道要素

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1.3.1　航天器轨道

半个多世纪来，人们向太空发射了各种人造飞行器，如卫星、飞船、航天飞机、太空站、人造月球卫星、登月舱、太空望远镜、行星探测器等，我们把所有这些人造太空飞行器统称为

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1.3.2　开普勒轨道要素

航天器是为人类服务的，要利用航天器，必须知道航天器在轨道上的位置以便获得它的信息。为此，要知道航天器的轨道要素。根据这些要素就可以计算航天器的位置和速度；反之，

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1.4　航天器轨道分类

按不同标准，航天器轨道有不同分类，有按轨道中心物体分类、按轨道高度分类、按轨道平面对赤道平面倾角分类、按轨道偏心率分类、按与中心体同步分类等。(https://

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1.4.1　按轨道中心体分类

按轨道中心体分类有： *银河中心轨道； *太阳中心轨道；(https://www.daowen.com) *地心轨道； *行星轨道； *月球轨道。

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1.4.2　按轨道离地球表面高度分类

按轨道离地球表面高度分类有： *近地轨道（LEO）：0–2，000公里； *中高度地球轨道（MEO）：2，000-35，786公里； *地球同步轨道（GEO）：

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1.4.3　按轨道平面对赤道平面倾角分类

按轨道平面对赤道平面倾角可以分为： *赤道轨道：轨道平面与地球赤道平面重合，倾角为零度； *倾斜轨道：倾角不为零；(https://www.daowen.com

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1.4.4　按轨道偏心率分类

按轨道偏心率可以分为： *圆轨道：偏心率e等于0； *椭圆轨道：偏心率e大于0，小于1； *抛物线轨道：偏心率e等于1，航天器将沿高速抛物线轨道飞行。其中(ht

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1.4.5　按与中心体同步分类

同步轨道，是指在轨道上运行的物体与被环绕物体有同样的平均环绕周期，并且方向一致。 *地球同步轨道：航天器轨道周期等于地球自转周期23小时56分4.091秒。这意

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1.5　航天器入轨

运载火箭从地面起飞到到达某一飞行高度把航天器送入运行轨道，这段飞行轨迹称为发射弹道。航天器进入运行轨道称为入轨，进入运行轨道的初始位置称为入轨点。入轨点也是运载

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1.5.1　直接入轨

航天器直接入轨是指发射弹道通过运载火箭各级发动机的接力工作，最后一级火箭发动机关机时，完成航天器入轨。这种入轨方式适合发射低轨道航天器（150公里～300公里高

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1.5.2　滑行入轨

航天器滑行入轨是指发射弹道由主动段（动力飞行）、自由飞行段（惯性滑行）和加速段组成，即有二个动力段和一个自由飞行段。最后一级火箭要求有二次启动功能。这种发射弹道

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1.5.3　过渡入轨

航天器过渡入轨是指发射弹道由主动段、停泊（驻留）轨道段、加速段、过度轨道段和远地点加速段组成。运载火箭各级发动机工作结束，脱离航天器后，航天器有一段时间处于“停

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1.6　轨道滑行

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1.6.1　能量守恒定律

发动机关机，星箭分离，航天器进入轨道后，不再有外部能量输入，航天器沿椭圆轨道自动滑行。自动滑行航天器的速度和高度的变化遵循能量守恒定律。航天器轨道滑行关系到三种

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1.6.2　航天器沿飞行轨道滑行

为了探讨航天器沿轨道滑行，有必要研究飞行路经角。飞行路经角是航天器在轨道各点上的爬升或下降角。为了准确描述飞行路经角，需要一个坐标系。从地球中心到航天器中心画一

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1.7　轨道转移

轨道转移是指航天器从初始或停泊轨道过渡到工作轨道，其转移轨道又叫过渡轨道，航天器在火箭发动机的推力作用下实现轨道变换，简称变轨。发射航天器时，如果运载火箭无法直

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1.7.1　霍曼转移轨道

两条倾角相同、高度相异的同平面圆形轨道间最小能量变轨方法叫霍曼转移。霍曼转移所用的转移轨道是一条近地点在较低高度、远地点在较高高度的椭圆轨道。因为充分地利用了星

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1.7.2　双椭圆转移轨道

双椭圆转移轨道包括两个半椭圆转移轨道，如上图所示，将航天器从低轨道1送到较高轨道3。航天器首先在初始轨道1的近拱点瞬间加速ΔV1进入第一个半椭圆转移轨道，到达该

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1.7.3　地球同步转移轨道

地球同步转移轨道是指近地点在1000公里以下、远地点为地球同步轨道高度（约36000公里）的椭圆轨道。地球同步转移轨道也是一种霍曼转移轨道，为椭圆形轨道，经加速

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《太空探索和开发》简介

序　言

目录

第1章　天体运行轨道

1.1　天体运行基本定律

1.1.1　开普勒行星运动定理

1.1.2　牛顿运动定律和万有引力定律

1.2　宇宙速度

1.2.1　第一宇宙速度v1-环绕速度

1.2.2　第二宇宙速度v2-脱离速度

1.2.3　第三宇宙速度v3-逃逸速度

1.3　航天器轨道要素

1.3.1　航天器轨道

1.3.2　开普勒轨道要素

1.4　航天器轨道分类

1.4.1　按轨道中心体分类

1.4.2　按轨道离地球表面高度分类

1.4.3　按轨道平面对赤道平面倾角分类

1.4.4　按轨道偏心率分类

1.4.5　按与中心体同步分类

1.5　航天器入轨

1.5.1　直接入轨

1.5.2　滑行入轨

1.5.3　过渡入轨

1.6　轨道滑行

1.6.1　能量守恒定律

1.6.2　航天器沿飞行轨道滑行

1.7　轨道转移

1.7.1　霍曼转移轨道

1.7.2　双椭圆转移轨道

1.7.3　地球同步转移轨道