PPT Viaje histórico
“Sé que la Tierra es redonda porque veo un círculo; luego, veo que también es tridimensional. Cuando miro hacia abajo... veo barcos en el Océano Índico. A su paso, incendios forestales. Estalló en partes de África y una tormenta eléctrica arrasó Australia a 1.000 millas de distancia, presentando una vista tridimensional de la naturaleza".
Este es el astronauta que habla de mirar desde el transbordador espacial. Descripción de la llegada a Tierra.
El desarrollo de la tecnología espacial es una de las empresas más llamativas del mundo actual. Promueve el progreso de la ciencia y la tecnología humanas y amplía el campo de las actividades humanas desde la atmósfera al espacio. La tecnología espacial es la cristalización de la ciencia y la tecnología modernas y la integración de la ciencia básica y la ciencia técnica. La tecnología aeroespacial es un símbolo importante del nivel científico y tecnológico de un país.
La tecnología aeroespacial es una tecnología de ingeniería integral, que incluye principalmente: tecnología de guía y control, tecnología de control térmico, tecnología de propulsión a chorro, tecnología energética, tecnología de comunicación espacial, tecnología de telemetría y control remoto, tecnología de soporte vital, medio ambiente aeroespacial. tecnología de ingeniería, diseño de cohetes y naves espaciales, tecnología de fabricación y prueba, lanzamiento, retorno y tecnología en órbita de naves espaciales. El sistema aeroespacial integrado por múltiples tecnologías es un complejo sistema moderno de alta tecnología a gran escala. No solo es de gran escala, de alta tecnología y de vanguardia, sino que también consume enormes recursos humanos y materiales y tiene un largo ciclo de ingeniería. . Hoy en día, la tecnología espacial se ha utilizado ampliamente en los campos de la política, el ejército, la economía y la exploración científica, y se ha convertido en un símbolo de la fuerza nacional integral de un país.
El ser humano tiene desde hace mucho tiempo el ideal de viajar por el espacio y conquistar el universo. El universo siempre ha estado lleno de atracción y misterio para los humanos. Muchos hermosos mitos y leyendas reflejan el anhelo de los seres humanos por el universo y su deseo de explorar los misterios del espacio. Chang'e vuela a la luna, el pastor de vacas y la tejedora, y Sun Wukong vuela a través de las nubes y realiza saltos mortales.
La historia de los vuelos espaciales comienza con la historia de la tecnología de cohetes. Sin cohetes no habría vuelos espaciales. Si nos remontamos a sus raíces, China fue el primer país en inventar cohetes. La palabra "cohete" apareció en el período de los Tres Reinos (220-280 d.C.). Pero los cohetes en ese momento simplemente ataban materiales inflamables al extremo frontal del eje de la flecha y luego lo disparaban con una ballesta, por lo que también se le llamaba "flecha ardiente".
Con la aparición de la pólvora, uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China, la pólvora reemplazó a los materiales inflamables, lo que permitió que los cohetes se utilizaran rápidamente en el ejército. Al final de la dinastía Tang y principios de la dinastía Song, había registros escritos del uso de pólvora en cohetes. Aunque los cohetes en ese momento usaban pólvora, todavía tenían que dispararse con una ballesta. El "Military Bei Zhi" compilado por Mao en la dinastía Ming registró la forma de un cohete que en realidad era propulsado por pólvora en lugar de lanzado por una ballesta, como se muestra en la Figura 1.1.
Aunque este primitivo cohete no es tan complejo como los cohetes modernos, ya cuenta con una ojiva (flecha), un sistema de propulsión (barril de pólvora), un sistema estabilizador (aleta caudal) y una estructura de cuerpo de flecha (flecha). eje). Se puede considerar el prototipo de los cohetes modernos.
La nación china no sólo inventó el cohete, sino que también aplicó por primera vez tecnologías en serie (multietapa) y en paralelo (bundling) para mejorar la capacidad de carga del cohete. El "Cuervo Volador del Fuego Sagrado" registrado en la "Historia de la Dinastía Ming" es la encarnación de la tecnología paralela; el "Agua del Dragón de Fuego" es una aplicación específica de la tecnología de integración en serie paralela, como se muestra en la Figura 1.2.
El primer "astronauta" del mundo que intentó volar hacia el cielo en un cohete también apareció en China. Según la leyenda, a finales del siglo XIV d.C., había un hombre llamado "Wan Hu" en China. Sostenía una gran cometa en una mano y pidió a otros que lo ataran a un asiento especial. Detrás del asiento se encontraban 47 de los cohetes más grandes (también llamados "de fuego"). Intentó alcanzar el ideal de "despegar" utilizando el empuje de los cohetes y la sustentación aerodinámica de las cometas. Aunque el valiente intento de Wan Hu fracasó y sacrificó su vida, siguió siendo la primera persona en el mundo que quiso utilizar el poder de los cohetes para volar.
A finales de 1919 y principios del siglo XX, los cohetes volvieron a florecer. Con el desarrollo de la tecnología moderna de cohetes y los vuelos espaciales, surgieron muchos pioneros aeroespaciales que se atrevieron a explorar, entre ellos K.3 Tsiolkovsky (~OHCTAHTH3Yap y oBHq UHOaKOBCKHfi), R. Goddard y H. oberth es el representante.
El ex científico soviético Tsiolkovsky dedicó su vida a la investigación del uso de la tecnología de cohetes para vuelos espaciales. En sus obras clásicas, demostró profundamente la idea del vuelo de un cohete y fue el primero en demostrar teóricamente el argumento de que los cohetes de varias etapas pueden superar la gravedad y entrar en el espacio.
1. Estableció las ecuaciones matemáticas básicas del movimiento de los cohetes y sentó las bases de la ciencia aeroespacial.
2. En primer lugar, se confirmó que el motor de cohete líquido es el dispositivo de propulsión más adecuado para las naves espaciales, y se exploró la posibilidad de utilizar hidrógeno líquido-oxígeno líquido como propulsor de cohetes, lo que señaló la dirección para el desarrollo de vehículos de lanzamiento. Estas ideas se hicieron realidad en tan sólo unas pocas décadas.
3. Señale que se ha utilizado nuevo combustible (la energía de la descomposición nuclear) como potencia de los cohetes; Tierra, y el establecimiento que se debe establecer para volar a otros planetas. La idea de una estación intermedia.
4. Propuso muchas sugerencias técnicas, como el uso de timones de gas para controlar cohetes, el uso de bombas para presionar el propulsor en la cámara de combustión y el uso de instrumentos para controlar automáticamente los cohetes, etc., que desempeñaron un gran papel en el desarrollo de cohetes modernos y su papel aeroespacial.
El Dr. Goddard, un físico y experto en cohetes estadounidense y uno de los fundadores de la ciencia aeroespacial moderna, comenzó a investigar los cohetes modernos en 1910. En su artículo "Métodos para alcanzar altitudes extremadamente altas", publicado en 1919, desarrolló los principios matemáticos del vuelo de un cohete, señalando que el cohete debe tener una velocidad de 7,9 km/s para vencer la gravedad de la Tierra, y
El profesor alemán Austria En su libro "Rockets to Interstellar Space" publicado en 1923, Bate no sólo estableció los principios básicos de los cohetes que funcionan en el vacío del espacio, sino que también explicó que mientras puedan generar suficiente empuje, los cohetes pueden orbitar la tierra. Al igual que Tsiolkovsky y Goddard, también llevó a cabo una extensa investigación sobre muchas combinaciones de propulsores.
En 1932, Alemania lanzó el cohete A2, volando a una altitud de 3 km. 1942 El 3 de octubre de 1942, Alemania lanzó con éxito el V2 (A4), el primer misil balístico de la historia de la humanidad, y lo puso en uso por primera vez el 6 de septiembre de 1944.
El éxito del V-2 hizo realidad la visión técnica de los pioneros de la tecnología aeroespacial de finales del siglo XIX y principios del XX, capacitó y creó un gran número de expertos en cohetes con experiencia práctica, y Jugó un papel importante en el desarrollo de los grandes cohetes modernos. Aunque el diseño del V-2 no es perfecto, es la primera herramienta que posee la humanidad para desafiar la gravedad terrestre, convirtiéndose en un hito importante en la historia del desarrollo de la tecnología aeroespacial.
4 de octubre de 1957, ¿utilizado por la antigua Unión Soviética? ¿satélite? El primer satélite terrestre artificial del mundo fue lanzado al espacio mediante el vehículo de lanzamiento "X". El satélite es esférico, con un diámetro exterior de 0,58 metros, cuatro antenas de banda y una masa de 83,6 kilogramos. El satélite funcionó normalmente en el cielo durante tres meses. Según los estándares actuales, el primer satélite de la antigua Unión Soviética era sólo una esfera con una antena transmisora extendida, pero fue el primer cuerpo celeste creado por el hombre. Hizo realidad los sueños de miles de años de la humanidad y creó un mundo nuevo. para la humanidad. La nueva era espacial marca otro salto en el alcance de las actividades humanas.
¿El 12 de abril de 1961, la antigua Unión Soviética botó con éxito su primer barco? ¿Oriental? Con una nave espacial tripulada, Yuri Gagarin se convirtió en el primer astronauta humano, iniciando la entrada de la humanidad al espacio y comenzando una nueva era de vuelos espaciales tripulados en el mundo.
El 27 de agosto de 1962, el Mariner 2 lanzado por Estados Unidos sobrevoló con éxito Venus por primera vez.
El 20 de julio de 1969, N.A. Armstrong y E.E. Aldrin de Estados Unidos dieron un paseo. ¿Apolo 11? La nave espacial aterrizó con éxito en la Luna y aterrizó en la esquina suroeste del Mar de la Tranquilidad de la Luna, convirtiéndose en las primeras personas en pisar otro cuerpo celeste además de la Tierra. Colocaron dispositivos científicos experimentales en la luna, tomaron fotografías de la superficie lunar, recolectaron 22 muestras de arcoíris de rocas y suelo lunares y luego despegaron de la superficie lunar, se unieron al módulo de comando y regresaron a la Tierra. Por primera vez se hizo realidad el ideal de que el hombre aterrizara en la Luna.
19 de abril de 1971, ¿la ex Unión Soviética? ¿Homenaje 1? La estación espacial ha transportado con éxito a seres humanos, con una masa de aproximadamente 18 t, una longitud total de 14 m, una altitud orbital de 200~250 km y una inclinación orbital de 51,6. Se convirtió en la primera estación espacial de la humanidad, completó planes de investigación científica en astrofísica, aeroespacial, medicina, biología, etc., inspeccionó los recursos de la Tierra y realizó experimentos técnicos en condiciones de ingravidez a largo plazo.
El 2 de marzo de 1972, Estados Unidos lanzó sondas sobre Júpiter y el espacio profundo. ¿Pionero 10? . Lleva una placa de aluminio bañada en oro que muestra un mensaje humano. Después de volar durante 11 años, cruzó la órbita de Neptuno en junio de 1983 y posteriormente se convirtió en el primer objeto creado por el hombre que salió volando del sistema solar.
El 8 de junio de 1975 se lanzó la antigua Unión Soviética? ¿Venus 9? La sonda aterriza en la superficie de Venus.
¿18 de julio de 1975 en Estados Unidos? ¿Apolo? ¿Las naves espaciales y la Unión Soviética? ¿Alianza 19? La nave espacial atracó con éxito sobre el océano Atlántico (material de vídeo).
¿Lanzado en Estados Unidos el 20 de agosto de 1975? ¿Pirata 1? La sonda aterrizó con éxito por primera vez en la superficie de Marte (material de vídeo).
¿Lanzado en Estados Unidos en septiembre de 1977? ¿La Voyager 2? +/- Los detectores detectan Urano y Neptuno.
En abril de 1981, ¿el primer transbordador espacial estadounidense reutilizable del mundo despegó verticalmente y aterrizó horizontalmente? ¿Colombia? El exitoso vuelo de prueba marca una nueva etapa en la transformación de los vehículos de lanzamiento espacial de vehículos de lanzamiento desechables a vehículos de lanzamiento espacial reutilizables. Este es un hito importante en la historia de la industria aeroespacial, que marca que la humanidad ha alcanzado un nivel más alto en la era aeroespacial y ha entrado en la era de los transbordadores espaciales. En junio de 2000, el transbordador espacial había volado con éxito 65.438+000 veces.
Febrero de 1986, ¿la ex Unión Soviética? ¿Mir? La estación espacial orbital se lanzó con éxito, convirtiéndose en la nave espacial tripulada con mayor tiempo de lanzamiento actualmente en órbita, operando en órbita durante más de 15 años. 23 de marzo de 2006 5438+0, Mir? La estación espacial en órbita fue introducida en la atmósfera y destruida, completando su gloriosa misión histórica.
Actualmente, con la cooperación de Estados Unidos, Rusia, Canadá, Japón, Italia y la Agencia Espacial Europea, se está montando en órbita una Estación Espacial Internacional de mayor escala.
¡Los seres humanos están llamando a la puerta del universo a una velocidad tan rápida!
No es difícil ver que desde los cohetes chinos en el siglo X hasta los misiles V-12 en la Segunda Guerra Mundial, los humanos han desarrollado tecnología de cohetes para necesidades militares, sentando una base sólida para el desarrollo de tecnología aeroespacial. Desde la década de 1940, la tecnología espacial se ha desarrollado a un ritmo alarmante y es cada vez mejor. Podemos creer firmemente que con el avance de la ciencia y la tecnología y el continuo fortalecimiento de la base industrial, la tecnología aeroespacial logrará mayores avances y será más perfecta.
La tecnología espacial se desarrolló desde la etapa de investigación y experimentación a finales de los años cincuenta hasta mediados de los setenta, alcanzando una etapa de aplicación práctica generalizada. Desde la década de 1960, se han desarrollado enormemente varios satélites científicos y de aplicaciones que sirven a la investigación científica, la economía nacional y el ejército. En la década de 1970, los satélites militares y civiles habían entrado plenamente en la etapa de aplicación. Por un lado, se especializa en investigaciones sobre reconocimiento, comunicaciones, navegación, alerta temprana, meteorología, geodesia, oceanografía, observación astronómica y recursos terrestres. Por otro lado, varios satélites también avanzan hacia la polivalencia, la larga vida y la alta calidad. Fiabilidad y bajo coste. Dirección de desarrollo.
Si echamos una mirada retrospectiva a la aplicación de la tecnología espacial en los últimos 50 años, los acontecimientos representativos son los siguientes:
En febrero de 1958, ¿Estados Unidos lanzó el primer satélite de comunicaciones del mundo? ¿Skoll? ;
¿En abril de 1960, Estados Unidos lanzó el primer satélite meteorológico del mundo? Tiros 1? ¿Y los satélites de navegación? ¿Meridiano 1B? ;
En julio de 1963, Estados Unidos lanzó el primer satélite de comunicaciones en órbita geoestacionaria del mundo;
En agosto de 1964, Estados Unidos lanzó el primer satélite de comunicaciones en órbita geoestacionaria del mundo Satélite de comunicaciones;
En abril de 1965, ¿Estados Unidos lanzó con éxito el primer satélite de comunicaciones comerciales del mundo? ¿Intelsat 1? Proporciona oficialmente servicios de comunicaciones entre América del Norte y Europa, lo que marca la entrada en la etapa práctica de los satélites de comunicaciones;
En julio de 1972, Estados Unidos lanzó el primer satélite de recursos terrestres del mundo. ¿Landsat 1? ;
En 1982 165438+Octubre, el transbordador espacial estadounidense inició vuelos comerciales; en 1984 165438+Octubre, el transbordador espacial estadounidense lanzó con éxito dos satélites, recuperó dos satélites de comunicaciones fallidos y logró una entrega bidireccional. misión por primera vez;
En abril de 1983, Estados Unidos lanzó el primer satélite de seguimiento y retransmisión de datos del mundo;
¿En 1999, Estados Unidos estaba formado por 66 satélites pequeños? iridio? Se completó y puso en funcionamiento el sistema mundial de comunicaciones telefónicas por satélite.
En la actualidad, el sistema GPS estadounidense y el sistema de navegación por satélite ruso se han convertido en sistemas de navegación y posicionamiento ampliamente utilizados en diversos campos del mundo, desempeñando un papel muy importante.
¿En China, después del primer satélite el 24 de abril de 1970? ¿Dongfanghong número 1? Desde su exitoso lanzamiento, se han logrado grandes logros en el desarrollo y aplicación de la tecnología espacial:
En octubre de 1975, se lanzó y recuperó con éxito el primer satélite retornable de detección remota de mi país;
1984 En abril de 1986, se lanzó con éxito el primer satélite de comunicaciones experimental en órbita geoestacionaria de mi país;
En febrero de 1986, se lanzó con éxito el primer satélite de comunicaciones prácticas en órbita geoestacionaria de mi país;
Septiembre de 1988 En Septiembre, ¿el primer satélite meteorológico de mi país? ¿Fengyun número 1? El lanzamiento fue exitoso;
Para el 10 de junio de 2000, ¿China? ¿Larga marcha? La serie de vehículos de lanzamiento se lanzó con éxito 62 veces.
En la década de 1990, el ritmo de aplicación de la tecnología espacial de China se aceleró aún más. ¿Satélites de comunicaciones de gran capacidad? ¿Dongfanghong número 3? ,satélite meteorológico? ¿Fengyun número 1? Entonces qué. ¿Fengyun número 2? El satélite de recursos ha sido lanzado con éxito.
1999 165438+El 20 de octubre, ¿China lanzó con éxito su primera nave espacial experimental? ¿Shenzhou? Se ha dado un paso sólido en el campo de los vuelos espaciales tripulados.
En resumen, han pasado sólo 40 años desde que se lanzó con éxito el primer satélite terrestre artificial del mundo en 1957. No tiene precedentes que la tecnología espacial alcance logros tan grandes y genere enormes beneficios sociales y económicos.
En resumen, con el desarrollo de las aplicaciones de la tecnología aeroespacial, las actividades aeroespaciales han demostrado cada vez más su enorme importancia militar y beneficios económicos, y se han convertido en una parte importante de la economía nacional y la construcción de la defensa nacional. A su vez, este beneficio social y económico promueve aún más el rápido desarrollo de la tecnología espacial.
La tecnología espacial es la tecnología de ingeniería que estudia y realiza cómo enviar naves espaciales al espacio y realizar actividades allí. Incluye principalmente tres partes: nave espacial, portaaviones y medición y control terrestre. Para facilitar la comprensión, primero clasificamos las naves espaciales.
Una misma nave espacial puede tener varias misiones, las cuales no se pueden clasificar mecánica y absolutamente. El mismo tipo de nave espacial suele incluir varias series, y cada serie se puede dividir en varios sistemas o modelos de satélites diferentes.
Las naves espaciales se pueden dividir en naves espaciales no tripuladas y naves espaciales tripuladas. Las naves espaciales no tripuladas se pueden dividir en satélites terrestres artificiales y sondas espaciales según orbiten la Tierra. También se puede clasificar según su uso, como se muestra en la Figura 1.3.
Los satélites artificiales constituyen el mayor número de naves espaciales (representan más del 90%). Sus longitudes orbitales varían desde más de 100 kilómetros hasta cientos de miles de kilómetros. Según sus usos, se pueden dividir en:
Actualmente las naves espaciales tripuladas sólo vuelan en órbita terrestre baja, volando de la Tierra a la Luna. En el futuro, habrá naves espaciales tripuladas y estaciones espaciales permanentes que podrán llegar a varios planetas, lo que permitirá a los humanos vivir y trabajar en el espacio durante mucho tiempo. Las naves espaciales tripuladas se pueden dividir en:
Una nave espacial reutilizable que se desplaza entre la Tierra y la órbita terrestre baja a una altitud de menos de 1.000 km para transportar cargas útiles.
3. Sonda espacial
Voyager 1 Voyager 2
Según la función de la nave espacial en órbita, los satélites terrestres artificiales se pueden dividir en cuatro categorías:Observación estaciones, estaciones repetidoras, estaciones de referencia y armas orbitales. Cada categoría incluye naves espaciales para diferentes propósitos.
El satélite está en órbita. Para la Tierra, párese en lo alto y vea lejos (amplio campo de visión). Es muy beneficioso utilizarlo para observar la tierra. Además, como los satélites no están sujetos a diversas interferencias e influencias de la atmósfera fuera de la atmósfera terrestre, su uso para observaciones astronómicas tiene más ventajas que los observatorios terrestres. Los satélites con esta capacidad tienen los siguientes usos típicos.
Entre todos los tipos de satélites de aplicación, los satélites de reconocimiento fueron los primeros en lanzarse (1959) y tienen el mayor número de lanzamientos. Hay dos tipos de satélites de reconocimiento: satélites de reconocimiento fotográfico y satélites de reconocimiento electrónico.
Los satélites de recursos se desarrollan sobre la base de satélites de reconocimiento y satélites meteorológicos. Los sensores remotos multiespectrales instalados en satélites se utilizan para adquirir ondas electromagnéticas de diversas bandas radiadas y reflejadas por objetivos terrestres y luego transmitidas a la Tierra, donde luego se procesan para obtener información útil sobre los recursos terrestres. Incluyen superficie y subsuelo, tierra y mar, etc.
La misión de los satélites oceánicos es la previsión del medio marino, incluida la selección de rutas óptimas para los barcos que navegan por el océano, el análisis de los recursos pesqueros marinos, los estudios de recursos marinos costeros y costeros, el seguimiento y la vigilancia del medio marino costero y costero, y predicción y alerta temprana de condiciones marítimas desastrosas, protección del medio ambiente marino y aplicación de la ley, investigación científica marina, boyas oceánicas, transmisión de datos de estaciones y barcos, actividades militares marítimas, etc.
Por supuesto, hay más satélites que sirven como estaciones de observación, como los satélites de alerta temprana, los satélites de detección de explosiones nucleares y los satélites de predicción astronómica (como el Telescopio Espacial Hubble en Estados Unidos). Aunque sus funciones son diferentes, los principios básicos de observación son similares.
2. Estación de retransmisión
En comparación con las comunicaciones terrestres ordinarias, las comunicaciones por satélite tienen las siguientes ventajas:
①Gran capacidad de comunicación;
② Amplia cobertura;
③Larga distancia de comunicación;
④Alta confiabilidad;
⑤Buena flexibilidad;
⑥Bajo costo.
Un satélite de transmisión es un satélite de comunicaciones utilizado principalmente para la transmisión de televisión. Este tipo de satélite de transmisión puede transmitir o transmitir programas de televisión a tierra sin ningún retransmisión para su recepción directa por parte de organizaciones públicas o individuos, por lo que también se le llama satélite de transmisión en vivo. En la actualidad, un televisor doméstico normal con un diámetro de antena inferior a 1 m puede recibir directamente emisiones de televisión por satélite en directo.
Los satélites de seguimiento y retransmisión de datos son un avance importante en la tecnología de comunicaciones por satélite. Utiliza el seguimiento por satélite para medir la posición de otro satélite. Su idea básica es mover estaciones de seguimiento en la Tierra a una órbita geosincrónica para formar una red de sistemas de seguimiento terrestre por satélite.
3. Estación de referencia
Este tipo de satélite es el punto de referencia para la medición en órbita, lo que requiere una medición orbital muy precisa. Los satélites que pertenecen a esta función incluyen:
4. Arma orbital
Esta es una nave espacial de ataque activo con funciones de defensa espacial y ataque espacial. Incluyendo principalmente:
Los diferentes tipos de naves espaciales tienen diferentes sistemas en estructura, apariencia y función, pero los componentes básicos de sus sistemas son los mismos. Una nave espacial típica consta de varios subsistemas con diferentes funciones y sus sistemas básicos generalmente se dividen en dos categorías: carga útil y sistema de soporte.
1. Carga útil
Componente, instrumento o subsistema utilizado para completar directamente una misión espacial específica.
Existen muchos tipos de cargas útiles, que varían con las distintas misiones, es decir, las funciones de la nave espacial son diferentes. Por ejemplo, detectores de partículas en satélites científicos, telescopios astronómicos en satélites de observación astronómica, cámaras de luz visible, cámaras CCD, detectores de infrarrojos y receptores de radioreconocimiento en satélites de reconocimiento, radiómetros de barrido de luz visible e infrarrojos en satélites meteorológicos, cámaras de televisión, cámaras CCD, cámaras temáticas. cartógrafos, radares de apertura sintética en satélites de recursos terrestres, transpondedores y antenas de comunicaciones en satélites de comunicaciones, semillas y medios de cultivo en satélites de ciencias biológicas, etc. Todo es carga útil.
Los satélites monopropósito pueden transportar un tipo de carga útil, mientras que los satélites multipropósito pueden transportar varios tipos de carga útil.
2. Sistema de garantía
Se utiliza para garantizar el normal funcionamiento de todos los subsistemas de la nave espacial desde el lanzamiento del cohete hasta el final de su vida útil. Los sistemas de soporte de varios tipos de naves espaciales generalmente incluyen los siguientes subsistemas:
(1) Sistema estructural: se utiliza para soportar y fijar diversos instrumentos y equipos en la nave espacial de modo que formen un todo para resistir el suelo. entornos mecánicos (vibración, sobrecarga, impacto, ruido) y entorno de operación espacial durante el transporte, lanzamiento de vehículos y operación espacial. Los requisitos básicos para las estructuras de las naves espaciales son peso ligero, alta confiabilidad y bajo costo, por lo que la mayoría de las estructuras de las naves espaciales están hechas de aleaciones ligeras como aluminio, magnesio, titanio y materiales compuestos de fibra de carbono. El diseño estructural y el nivel de fabricación de una nave espacial generalmente se miden mediante la relación de masa estructural, es decir, la relación entre el peso estructural y el peso total de la nave espacial.
(3) Sistema de suministro de energía: se utiliza para proporcionar la energía eléctrica necesaria para todos los instrumentos y equipos de la nave espacial. La mayoría de las naves espaciales modernas utilizan un sistema de suministro de energía combinado de células solares y baterías.
(4) Sistema de control de actitud: se utiliza para mantener o cambiar la actitud operativa de la nave espacial. Los métodos de control de actitud comúnmente utilizados incluyen la estabilización del gradiente de gravedad, la estabilización del giro y la estabilización de tres ejes.
(5) Sistema de control orbital: se utiliza para mantener o cambiar la órbita de la nave espacial. El control de la órbita a menudo se combina con el control de la actitud para formar un sistema de control de la nave espacial.
(6) Sistema de medida y control: incluyendo telemetría, control remoto y seguimiento. La parte de telemetría se compone principalmente de sensores, moduladores y transmisores, y se utiliza para medir y enviar parámetros de ingeniería (voltaje, corriente, temperatura, etc. 212.) y otros parámetros (parámetros ambientales, parámetros de actitud, etc.). y el equipo de la nave espacial se envían a tierra. La parte de control remoto generalmente consta de un receptor y un decodificador, que se utiliza para recibir instrucciones de control remoto enviadas por la estación de monitoreo terrestre y transmitirlas a los sistemas relevantes para su ejecución.
La parte de seguimiento se compone principalmente de balizas y transpondedores, que envían señales continuamente para que la estación de control y observación de la Tierra pueda seguir la nave espacial y medir su posición orbital y su velocidad.
Además de los componentes básicos del sistema mencionados anteriormente, las naves espaciales a menudo también requieren algunos sistemas especiales con diferentes funciones según sus diferentes misiones. Por ejemplo, los satélites retornables tienen sistemas de recuperación, las naves espaciales tripuladas tienen sistemas de tripulación, sistemas de control ambiental y soporte vital, sistemas de encuentro y acoplamiento, y los transbordadores espaciales tienen sistemas de aterrizaje.
El movimiento de una nave espacial rígida se puede describir por su posición, velocidad, actitud y movimiento de actitud. Entre ellos, la posición y la velocidad describen el movimiento del centro de masa de la nave espacial, que pertenece a la órbita de la nave espacial; la actitud y el movimiento de actitud describen la rotación de la nave espacial alrededor del centro de masa, que pertenece al problema de actitud. Desde un punto de vista cinemático, el movimiento de una nave espacial tiene seis grados de libertad, de los cuales tres grados de libertad posicionales representan el movimiento orbital de la nave espacial, y los otros tres grados de libertad de rotación alrededor del centro de masa representan la actitud. movimiento de la nave espacial.
El control de la nave espacial se puede dividir en dos categorías: control de órbita y control de actitud.
1. Control de órbita
El control de órbita incluye la determinación de la órbita y el control de la órbita. La tarea de la determinación de la órbita es estudiar cómo determinar la posición y la velocidad de una nave espacial, a veces llamada navegación espacial. El control orbital es la técnica de ejercer control sobre el centro de masa de una nave espacial para alterar su trayectoria en función de su posición actual, velocidad y objetivo final, a veces llamado guía.
Según el modo de aplicación, el control de la órbita se puede dividir en cuatro categorías.
(1) Maniobra orbital:
Se refiere al control de una nave espacial que se transfiere de una órbita de segmento de vuelo libre a otra órbita de segmento de vuelo libre. Por ejemplo, para entrar en una órbita geoestacionaria durante el lanzamiento de un satélite geoestacionario, se requiere una maniobra orbital en el apogeo de su órbita de transferencia.
(3) Encuentro orbital: se refiere al proceso de control mediante el cual una nave espacial y otra nave espacial pueden alcanzar la misma posición en el espacio a la misma velocidad y al mismo tiempo.
(4) Control de reentrada: se refiere al control de una nave espacial que sale de su órbita original y regresa a la atmósfera.
2. Control de actitud
El control de actitud también incluye la determinación de actitud y el control de actitud.
La determinación de la actitud es un método para determinar la actitud de una nave espacial en relación con un determinado dato. Este objeto de referencia puede ser un objeto de referencia inercial o un objeto de referencia que interese a la gente, como la Tierra.
El control de actitud es el proceso de orientar la nave espacial en una dirección designada o predeterminada (que puede denominarse dirección de referencia), incluida la estabilización de actitud y las maniobras de actitud. La estabilización de actitud se refiere a mantener la actitud en una dirección específica, mientras que la maniobra de actitud se refiere al proceso de redirigir la nave espacial de una actitud a otra.
El control de actitud suele incluir los siguientes conceptos específicos.
(1) Orientación: se refiere al cuerpo o accesorios de la nave espacial (como paneles solares, equipos de observación, antenas, etc.) mantenidos en una dirección de referencia determinada con cierta precisión en un solo eje o en tres ejes. superior. Esta dirección de referencia puede ser inercial, como en la observación astronómica, o puede ser rotacional, como en la observación de la Tierra; Debido a que la orientación necesita superar diversas perturbaciones espaciales para permanecer en la dirección de referencia, es necesario mantenerla mediante control.
(2) Reorientación: se refiere al cambio de la orientación del cuerpo de la nave espacial desde una dirección de referencia a otra nueva dirección de referencia. El proceso de redireccionamiento se logra mediante un control continuo de maniobras de actitud.
(3) Captura: También llamada alineación inicial, se refiere al proceso de control de maniobras de la nave espacial desde una actitud incierta desconocida hasta una actitud direccional conocida. Por ejemplo, cuando la nave espacial está en órbita, las estrellas y las flechas se separan, y la nave espacial entra en la actitud de orientación Tierra-sol desde posturas inciertas como rotación y balanceo. Otro ejemplo es la redeterminación de la actitud después de que la nave espacial pierde su actitud debido; a un mal funcionamiento durante el funcionamiento. Para que el diseño del sistema de control sea más razonable, la adquisición generalmente se divide en dos etapas: alineación aproximada y alineación fina.
(4) Alineación gruesa: se refiere a la alineación inicial, que generalmente requiere un gran par de control para acortar el tiempo de maniobra, pero no requiere una alta precisión de orientación.
(5) Alineación fina: se refiere a la maniobra de corrección después de una alineación aproximada o un reposicionamiento debido a una precisión insuficiente para garantizar los requisitos de precisión de la orientación. Generalmente, se utilizan pequeños pares de control para una alineación precisa.
(6) Seguimiento: se refiere al cuerpo o accesorios de la nave espacial manteniendo la orientación del objetivo en movimiento.
(7) Búsqueda: se refiere a la captura de objetivos en movimiento por parte de la nave espacial.
En resumen, el control de actitud es un proceso de obtención y mantenimiento de la orientación de una nave espacial en el espacio.
Por ejemplo, para las comunicaciones por satélite o la observación de la Tierra, la antena o el sensor remoto debe apuntar al objetivo terrestre cuando el satélite está en órbita, el motor debe estar alineado en la dirección de empuje requerida cuando el satélite vuelve a entrar en la atmósfera; la superficie resistente al calor debe frenarse para enfrentar el flujo de aire que viene. Estos requieren que la estrella establezca y mantenga una determinada postura.
La estabilidad postural es el control de mantener la postura actual. Según la forma del movimiento de actitud de la nave espacial, los métodos de estabilización de actitud de la nave espacial se pueden dividir aproximadamente en dos categorías.
(1) Estabilidad de giro: las naves espaciales, como los satélites, giran alrededor de un eje (eje de giro), y la orientación del eje de giro en el espacio inercial se mantiene mediante el momento de impulso de rotación. La estabilización de giro a menudo se complementa con un control de actitud activo para corregir errores de orientación en el eje de giro.
(2) Estabilidad de tres ejes: mediante el control activo de actitud o el uso de momentos ambientales, los tres ejes ortogonales del cuerpo de la nave espacial se mantienen en la dirección del espacio de referencia.
3. La relación entre control de actitud y control de órbita.
La nave espacial es un objeto de control complejo. En términos generales, el control de la órbita está estrechamente relacionado con el control de la actitud. Para lograr el control de la órbita, la actitud de la nave espacial debe cumplir los requisitos. En otras palabras, cuando la nave espacial requiere control de órbita, también requiere control de actitud. El control de actitud y el control de órbita se pueden considerar por separado en determinadas circunstancias o durante determinados vuelos. Algunas tareas de aplicación no tienen requisitos estrictos sobre la órbita de la nave espacial, pero sí sobre la actitud de la nave espacial.
El control de la nave espacial se puede dividir en dos categorías según la fuente de fuerza y par de control.
(1) Control pasivo: su fuerza de control o par lo proporcionan el entorno espacial y las características dinámicas de la nave espacial, y no consume energía a bordo.
4. Componentes del sistema de control activo
El sistema de control activo de la nave espacial, ya sea el sistema de control de actitud o el sistema de control de órbita, tiene dos componentes.
(1) Control autónomo aéreo: se refiere al control realizado completamente por instrumentos aéreos sin intervención terrestre. La estructura del sistema se muestra en la Figura 1.4.
(2) Control terrestre: o "control de bucle grande satélite-tierra", se refiere al control que se basa en la intervención terrestre y se realiza mediante una combinación de instrumentos aéreos y equipos terrestres. Su estructura se muestra en la Figura. 1.5.