航天器制導(dǎo)與控制課后題答案西電

1、1.31.3航天器的基本系統(tǒng)組成及各部分作用？航天器的基本系統(tǒng)組成及各部分作用？航天器基本系統(tǒng)一般分為有效載荷和保障系統(tǒng)兩大類。有效載荷:用于直接完成特定的航天飛行任務(wù)的部件、儀器或分系統(tǒng)。保障系統(tǒng):用于保障航天器從火箭起飛到工作壽命終止星上所有分系統(tǒng)的正常工作。1.41.4航天器軌道和姿態(tài)控制的概念、內(nèi)容和相互關(guān)系各是什么航天器軌道和姿態(tài)控制的概念、內(nèi)容和相互關(guān)系各是什么概念：概念：軌道控制：對航天器的質(zhì)心施以外力以有目的地改變其運動

2、軌跡的技術(shù)姿態(tài)控制：對航天器繞質(zhì)心施加力矩以保持或按需要改變其在空間的定向的技術(shù)。內(nèi)容：軌道控制內(nèi)容：軌道控制包括軌道確定和軌道控制兩方面的內(nèi)容。軌道確定的任務(wù)是研究如何確定航天器的位置和速度有時也稱為空間導(dǎo)航簡稱導(dǎo)航軌道控制是根據(jù)航天器現(xiàn)有位置、速度、飛行的最終目標(biāo)對質(zhì)心施以控制力以改變其運動軌跡的技術(shù)有時也稱為制導(dǎo)。姿態(tài)控制姿態(tài)控制包括姿態(tài)確定和姿態(tài)控制兩方面內(nèi)容。姿態(tài)確定是研究航天器相對于某個基準(zhǔn)的確定姿態(tài)方法。姿態(tài)控制是航天器在

3、規(guī)定或預(yù)先確定的方向(可稱為參考方向)上定向的過程它包括姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)機動。姿態(tài)穩(wěn)定是指使姿態(tài)保持在指定方向而姿態(tài)機動是指航天器從一個姿態(tài)過渡到另一個姿態(tài)的再定向過程。關(guān)系：關(guān)系：軌道控制與姿態(tài)控制密切相關(guān)。為實現(xiàn)軌道控制航天器姿態(tài)必須符合要求。也就是說當(dāng)需要對航天器進(jìn)行軌道控制時同時也要求進(jìn)行姿態(tài)控制。在某些具體情況或某些飛行過程中可以把姿態(tài)控制和軌道控制分開來考慮。某些應(yīng)用任務(wù)對航天器的軌道沒有嚴(yán)格要求而對航天器的姿態(tài)卻有要求。1.

4、51.5闡述姿態(tài)穩(wěn)定的各種方式闡述姿態(tài)穩(wěn)定的各種方式比較其異同。比較其異同。姿態(tài)穩(wěn)定是保持已有姿態(tài)的控制航天器姿態(tài)穩(wěn)定方式按航天器姿態(tài)運動的形式可大致分為兩類。自旋穩(wěn)定自旋穩(wěn)定:衛(wèi)星等航天器繞其一軸(自旋軸)旋轉(zhuǎn)依靠旋轉(zhuǎn)動量矩保持自旋軸在慣性空間的指向。自旋穩(wěn)定常輔以主動姿態(tài)控制來修正自旋軸指向誤差。三軸穩(wěn)定三軸穩(wěn)定:依靠主動姿態(tài)控制或利用環(huán)境力矩保持航天器本體三條正交軸線在某一參考空間的方向。1.61.6主動控制與被動控制的主要區(qū)別是

5、什么主動控制與被動控制的主要區(qū)別是什么畫出星畫出星—地大回路控制的結(jié)構(gòu)圖。地大回路控制的結(jié)構(gòu)圖。主動控制與被動控制的主要區(qū)別是航天器的控制力和力矩的來源不同。被動控制被動控制:其控制力或力矩由空間環(huán)境和航天器動力學(xué)特性提供不需要消耗星上能源。例如利用氣動力或力矩、太陽輻射壓力、重力梯度力矩，磁力矩等實現(xiàn)軌道或姿態(tài)的被動控制而不消耗工質(zhì)或電能。主動控制動控制:包括測量航天器的姿態(tài)和軌道處理測量數(shù)據(jù)按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生控制指令并執(zhí)行指令產(chǎn)

6、生對航天器的控制力或力矩。需要消耗電能或工質(zhì)等星上能源由星載或地面設(shè)備組成閉環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)。（2）分析下表中的數(shù)據(jù)容易看出圍繞地球運行的航天器受到地球的引力占有主導(dǎo)地位因此進(jìn)一步簡化運動方程式簡化N體問題是可能和合理的，這就是簡化為二體相對運動的合理性。2.2.4比較航天器各種圓錐曲線軌道的參數(shù)比較航天器各種圓錐曲線軌道的參數(shù)aacceep的特點的特點分析它們與軌道常數(shù)分析它們與軌道常數(shù)h和E之間之間的關(guān)系。的關(guān)系。所有的圓錐曲線均有兩個

7、焦點F和F。主焦點F代表中心引力體所在的位置第二個焦點(或稱虛焦點)F′在軌道力學(xué)中沒有什么意義。兩個焦點間的距離以2c表示。對于圓兩個焦點重合所以2c為零對于拋物線可認(rèn)為虛焦點F′在無窮遠(yuǎn)處所以2c為無窮大對于雙曲線2c取負(fù)值。通過兩個焦點的弦長稱為圓錐曲線的長軸以2a表示參數(shù)a稱為長半軸或長半徑。對于圓2a就是直徑對于拋物線2a為無窮大對于雙曲線2a取負(fù)值。曲線在焦點處的寬度是一正值之量稱為正焦弦(通徑)以2p表示。除了拋物線之外所

8、有的圓錐曲線均有偏心率額e==(1?2)圓和橢圓軌道：aO，e1拋物線軌道：a=，e=1橢圓軌道:（橢圓的短半軸記作b）雙曲線軌道:拋物線軌道：c=∞h單獨決定了p而E單獨決定了a它們共同決定了e即確定了圓錐曲線軌道的具體形狀。2.2.5利用牛頓定律證明開普勒第三定律。利用牛頓定律證明開普勒第三定律。有牛頓萬有引力定理得有牛頓萬有引力定理得有圓周運動公式得有圓周運動公式得:由兩式相等得：由兩式相等得：==K(=K(常數(shù)常數(shù))2.2.6計

9、算第一宇宙速度和第二宇宙速度。計算第一宇宙速度和第二宇宙速度。航天器在圓周軌道上運行所必須具備的速度叫做圓周速度。GMmR^2=mv^2R，解得v=(GMR)^0.5地球半徑R=6371.02km計算得第一宇宙速度為7.9kms.同理設(shè)逃逸速度為由機械能守恒，E===0得到逃逸速度為由動能定理得12mV^2GMmr=0解得V=√(2GMr)這個值正好是第一宇宙速度的√2倍。計算得第二宇宙速度為11.2kms.2.82.8什么是軌道六要素