航天技术概论第9章(哈工大版).ppt
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6.1遥测遥遥测:
测:
将航天器上的各种信息(被测物理量)变成电信号,并以无线电波的形式传到地面接收站,经接收、解调处理后还原成各种信息,为人们提供飞行中卫星的各种状况和数据。
第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站第6章航天器的遥测遥控及测控站遥测过程多路信息传输多路信息传输定义:
一条信息传输通道传输多个参数。
一条信息传输通道传输多个参数。
(1)频分制:
利用频率范围的不同而区分不同的信号。
采用微波的L波段(12GHz)、S波段(24GHz)无线电规则:
15251535MHz(地到星)20252110MHz(地到星,星到星)22002290MHz(星到地,星到星)
(2)时分制:
利用时段的不同而区分不同的信号。
第6章航天器的遥测遥控及测控站6.2遥控遥控过程遥控与遥测的联系遥控与遥测的不同点
(1)信息的传输方向不同
(2)信息形式不同(3)设备上的区别第6章航天器的遥测遥控及测控站第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站USB测控系统测控系统统一统一S波段(波段(USB,UnifiedS-Band)航天测控网是指使用)航天测控网是指使用S波段的波段的微波统一测控系统。
这里的微波统一测控系统是指利用公共射频信道,将微波统一测控系统。
这里的微波统一测控系统是指利用公共射频信道,将航天器的跟踪测轨、遥测、遥控和天地通信等功能合成一体的无线电测控航天器的跟踪测轨、遥测、遥控和天地通信等功能合成一体的无线电测控系统。
系统。
微波统一系统的基本工作原理是:
将各种信息先分別调制在不同频率的副载波上然后相加共同调制到一个载波上发出;在接收端先对载波解调然后用不同频率的滤波器将各副载波分开:
解调各副载信号使得到发送时的原始信息。
微波统一测控系统一般由天线跟踪/角测量系统、发射系统、接收系统、遥测终端、遥控终端、测距/测速终端、时/频终端、监控系统、远程监控或数据传输设备以及其它附属设备组成。
6.36.3测轨原理测轨原理轨道测量:
测量飞行器与观测站间的相对速度,角度、距离,并轨道测量:
测量飞行器与观测站间的相对速度,角度、距离,并将测量值和观测时间一起记录下来。
将测量值和观测时间一起记录下来。
轨道测量方法:
光学测轨和无线电测轨。
轨道测量方法:
光学测轨和无线电测轨。
测速原理多普勒效应:
当一个发出某一稳定频率的波的物体与观测者有相对运动相对运动时,观测者观测到该物体发出的波动频率是变化的波动频率是变化的。
波动源与观测者的径向速度第6章航天器的遥测遥控及测控站测角原理测角原理方位角方位角A:
航天器在地面上的投影:
航天器在地面上的投影S与地面站的连线与地面站的连线GS与通过地面站与通过地面站正北方向的夹角。
正北方向的夹角。
仰角仰角Z:
航天器与地面站的连线:
航天器与地面站的连线GS与地平面之间的夹角。
与地平面之间的夹角。
测量方法:
(1)干涉仪法;
(2)定向天线测角法第6章航天器的遥测遥控及测控站a干涉仪法干涉仪法在相距在相距l的两点的两点R1,R2配置无线电波接收站,飞行器配置无线电波接收站,飞行器S发出的无发出的无线电波由于线电波由于R1和和R2两点的距离不一样,即到达两点的距离不一样,即到达R2时多走时多走d距离,两点距离,两点上接收的时间有差上接收的时间有差t,可算出,可算出d=Ct。
由此可求出。
由此可求出OS与与R1,R2连连线间的夹角线间的夹角。
这个这个角并不仰角,而是飞行器与地面连线和基线的夹角,是与角并不仰角,而是飞行器与地面连线和基线的夹角,是与方位角、仰角、以及基线方向有关的夹角。
方位角、仰角、以及基线方向有关的夹角。
b定向天线测角法定向天线测角法把地面接收天线的方向图做得尖锐,它只能在很窄的束状范围内把地面接收天线的方向图做得尖锐,它只能在很窄的束状范围内接收到飞行器发射的无线电波。
接收到飞行器发射的无线电波。
当天线的波束做得很窄,可以根据天线波束的轴线所对准的方向当天线的波束做得很窄,可以根据天线波束的轴线所对准的方向来确定方位角和仰角。
这种方法可以快速、实时、直接测出飞行器的来确定方位角和仰角。
这种方法可以快速、实时、直接测出飞行器的角度;但是测量精度不如干涉仪法。
角度;但是测量精度不如干涉仪法。
第6章航天器的遥测遥控及测控站测距原理测距原理测量波动信号运行时间。
信号电磁波;激光。
脉冲信号收,发脉冲的时间差t;连续信号载有低频信号脉冲测距连续波测距第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站6.4地面测控站地面测控站地面站是地面和空间飞行器进行信息联系的场所,要确保信息交换的实时性、地面站是地面和空间飞行器进行信息联系的场所,要确保信息交换的实时性、准确性。
故根据飞行任务及轨道情况合理布站是必须的。
准确性。
故根据飞行任务及轨道情况合理布站是必须的。
11布站原则布站原则任务、轨道、国情任务、轨道、国情美国水星和双子星计划:
由于轨道倾角小,在赤美国水星和双子星计划:
由于轨道倾角小,在赤道附近布置了十多个地面站以及测量船队,组成全球道附近布置了十多个地面站以及测量船队,组成全球跟踪网;即使这样也只能保证跟踪网;即使这样也只能保证70%的实时联系的时间。
的实时联系的时间。
我国中、低轨道卫星,飞经领土的轨道最多只能我国中、低轨道卫星,飞经领土的轨道最多只能有三圈,而且每圈所能测控制的弧段也最多为整个园有三圈,而且每圈所能测控制的弧段也最多为整个园轨道的六分之一轨道的六分之一。
7+5站,站,3心,心,4船,船,2星星第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站a轨道倾角;轨道倾角;b飞行器入轨点的星下点附近;飞行器入轨点的星下点附近;c飞行器返回段星下点附近;飞行器返回段星下点附近;d移动测控站:
活动地面站和测控船。
移动测控站:
活动地面站和测控船。
神舟任务:
神舟任务:
16个测控站个测控站=12个地面站个地面站+4艘艘“远望远望”;天宫,一艘;神;天宫,一艘;神8,三艘,三艘2通讯方式通讯方式a实实时:
工作时间短;时:
工作时间短;b延时重发:
数据量大,不实时;延时重发:
数据量大,不实时;c跟踪和数据中继卫星:
全轨测控。
跟踪和数据中继卫星:
全轨测控。
3控制中心控制中心管理测控网。
汇集各站测量数据并进行计算分析,报告飞行情况,并根据需管理测控网。
汇集各站测量数据并进行计算分析,报告飞行情况,并根据需要命令有关地面站对飞行器实施控制。
要命令有关地面站对飞行器实施控制。
控制中心由大型计算机,视频设备,记录,通讯,后勤等设备组成。
设有飞控制中心由大型计算机,视频设备,记录,通讯,后勤等设备组成。
设有飞行器监控大厅,可使各级测控人员及时了解飞行器情况,发出对飞行器的控制命令行器监控大厅,可使各级测控人员及时了解飞行器情况,发出对飞行器的控制命令和指令。
和指令。
(西安卫星测控中心,北京航天指挥控制中心)第第66章章航天器的遥测遥控及测控站航天器的遥测遥控及测控站44通信、授时间勤务系统通信、授时间勤务系统通信勤务系统是连接各站之间与中心站的通信联系。
包括有测量通信勤务系统是连接各站之间与中心站的通信联系。
包括有测量和通信数据的传递,通信和调度电话,其方式通常是有线通信和无线和通信数据的传递,通信和调度电话,其方式通常是有线通信和无线通信两种。
通信两种。
时间统一勤务系统是保证各站之间及各站与计算控制中心之间的时间统一勤务系统是保证各站之间及各站与计算控制中心之间的时间统一;这是计算精确的卫星轨道以及各种数据的相应精确时刻的时间统一;这是计算精确的卫星轨道以及各种数据的相应精确时刻的需要。
需要。
地面站采用本国授时台发布的定时基准信号;这些信号是经过短地面站采用本国授时台发布的定时基准信号;这些信号是经过短波或长波播送的。
短波误差大,所以目前大部分采用长波播送。
波或长波播送的。
短波误差大,所以目前大部分采用长波播送。
第第77章章航天器的返回航天器的返回从运行轨道到达稠密大气层,称为从运行轨道到达稠密大气层,称为“再入再入”、“进入进入”返回返回飞行器再入,并安全着击的全过程。
飞行器再入,并安全着击的全过程。
返回式飞行器返回式飞行器照像侦察,生物,载入飞船,航天飞机,探测器照像侦察,生物,载入飞船,航天飞机,探测器高难度高难度精确再入,防热,过载,安全回收精确再入,防热,过载,安全回收7.1返回返回方案方案第第77章章航天器的返回航天器的返回11)反推力减速;)反推力减速;22)大气阻力减速)大气阻力减速大气密度,大气密度,v速度,速度,C0阻力系数,阻力系数,S迎面面积迎面面积从大于从大于7km/s7km/s,在几倍至几十倍重力的阻力作用下减速到,在几倍至几十倍重力的阻力作用下减速到200m/s200m/s左左右右(15km(15km高高),然后用降落伞减速或滑翔者陆。
,然后用降落伞减速或滑翔者陆。
7.27.2返回式航天器的分类返回式航天器的分类弹道式返回飞行器升力式返回飞行器纯弹道式半弹道式升力体式有翼飞行器返回式航天器第第77章章航天器的返回航天器的返回按动力学特征来分按动力学特征来分:
升阻比升阻比=升力系数升力系数/阻力系数阻力系数a.弹道式弹道式升阻比为零的飞行器,只有阻力,升力为可忽略,一般为钝头旋升阻比为零的飞行器,只有阻力,升力为可忽略,一般为钝头旋转体,我国返回式卫星,苏转体,我国返回式卫星,苏“东方号东方号”、美、美“水星水星”。
特点:
以弹道式路径返回,落点不可调,散布大,过载大,简单,特点:
以弹道式路径返回,落点不可调,散布大,过载大,简单,易实现。
易实现。
b.半弹道式半弹道式升阻比大于零小于升阻比大于零小于0.5,控制飞行器滚转角,可改变升力方向,控制飞行器滚转角,可改变升力方向,调整落点,美调整落点,美“双子星座双子星座”,苏,苏“联盟联盟”飞船,中飞船,中“神舟神舟”特点:
落点准确,过载小,特点:
落点准确,过载小,4-5gc.升力式升力式升阻比在升阻比在0.5-1.3间间升力体,大于升力体,大于1.3有翼飞行器,有翼飞行有翼飞行器,有翼飞行器可滑翔飞行,水平着陆,过载器可滑翔飞行,水平着陆,过载1-2g,升力体式性能介于有翼式与半,升力体式性能介于有翼式与半弹道式之间。
美弹道式之间。
美“航天飞机航天飞机”第第77章章航天器的返回航天器的返回第第77章章航天器的返回航天器的返回7.3返回的四个阶段返回的四个阶段a.a.离轨段离轨段AA点处,调姿点处,调姿(转动转动100100多度多度),起旋,制动火箭点火,进入过渡轨道。
,起旋,制动火箭点火,进入过渡轨道。
b.大气层外自由下降段大气层外自由下降段AB段,沿过渡轨道段,沿过渡轨道(近地点在近地点在大气层内大气层内)飞行,卫星消旋,飞至飞行,卫星消旋,飞至100km左右高的大气层边缘。
左右高的大气层边缘。
c.再入大气层段再入大气层段BC段,以一定再入角段,以一定再入角,进入,进入稠密大气,高温,高过载,稠密大气,高温,高过载,3000,表面温度,表面温度,15km高,速高,速度小于度小于200m/s第第77章章航天器的返回航天器的返回d.着陆段着陆段15km以下,二级减速,以下,二级减速,9km处开减速伞,降至处开减速伞,降至80m/s左右,左右,7km处处开主伞减至所需。
开主伞减至所需。
或采用滑翔方式,水平着陆。
或采用滑翔方式,水平着陆。
再入走廊再入走廊对于弹道式、半弹道式飞行对于弹道式、半弹道式飞行器,再入角器,再入角有限制,太大过载大,有限制,太大过载大,气动热大;太小,阻力小,穿越气动热大;太小,阻力小,穿越大气,返回太空。
大气,返回太空。
适合的再入角适合的再入角,组成的返回,组成的返回轨道集合称再入走廊。
轨道集合称再入走廊。
第第77章章航天器的返回航天器的返回7.4回收系统回收系统11着陆着陆(垂直垂直)15km15km
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