人类的第一颗卫星修改版

1、教学内容和目的 通过对国内外典型卫星工程的分析，讲解卫星及其 应用系统的工作原理、关键技术； 阐述卫星技术发展过程中的社会、历史、经济、学 科和技术背景，研讨典型卫星系统对学科发展、人 们日常生活和人类社会发展产生的重要影响。 帮助学生掌握卫星技术的基本概念、系统组成、工 作原理、关键技术等，理解科技发展与社会、政治、 经济等的复杂关系。 扩大知识面，拓宽视野；激发创新思维； 培养系统工程理念和综合应用多学科知识的能力， 引导学生对专业课程的学习热情和对未来科技的求 知欲，为将学生培养成综合性创新型人才奠定基础。 1 成绩组成 讨论课发言占30 课程作业占30。 练习题 文献阅读小结与小论文

2、期末开卷考试，40 客观题（课程基础知识）40分； 主观题（开放性问题）30分； 创新设计题（系统方案构想）30分。 单辉祖:工程力学2 3 周次授课主题备注 1人类的第一颗卫星Sputnik13课时 2首颗商业应用卫星-通信广播卫星3课时 3气象卫星3课时 4遥感成像卫星3课时 5文献分组查阅与课堂讨论文献分组查阅与课堂讨论3课时 6导航系统3课时 7铱星及卫星移动通信3课时 8文献分组查阅与课堂讨论文献分组查阅与课堂讨论3课时 9美国星球大战计划及导弹防御系统3课时 10大学卫星与CubeSat标准3课时 11现场实验课现场实验课3课时 12神州飞船和空间站3课时 13探月卫星3课时 14

3、火星探测3课时 参考教材及相关资料参考教材及相关资料 航天技术概论，褚桂柏主编，中国宇 航出版社，2002年11月 卫星工程概论，林华宝主编，中国宇 航出版社，2004年6月 课程教学网站：提供必要的课件和文字材课程教学网站：提供必要的课件和文字材 料链接，料链接， 交作业邮箱交作业邮箱: sat_ 公邮公邮:sat_,密码密码:public 单辉祖:工程力学4 5 6 主要内容主要内容 1 1 人类第一颗人造卫星人类第一颗人造卫星Sputnik-1Sputnik-1 2 2 世界各国卫星的早期发展历程世界各国卫星的早期发展历程 3 3 卫星的卫星的基本概念和基本组成基本概念和基本组成 4 4

4、 卫星轨道卫星轨道 5 5 卫星机械结构和温度控制技术卫星机械结构和温度控制技术 6 6 运载火箭运载火箭技术技术 Sputnik-1基本情况基本情况 政治背景政治背景 历史背景历史背景 对世界航天格局的影对世界航天格局的影响响 苏联卫星早期发展历程苏联卫星早期发展历程 7 1 人类第一颗人造卫星人类第一颗人造卫星Sputnik-1 Sputnik-I 8 SPUTNIK-40 3公斤，1997 纪念40周年 Sputnik-I 9 Sputnik-1基本参数基本参数 卫星名称：卫星名称： Sputnik-1 发射时间：发射时间： 1957年10月4日 质质 量量：83.6公斤 轨轨 道：道：

5、228.5946.1公里，椭圆轨道 轨道周期：轨道周期： 96.2分钟 轨道倾角：轨道倾角：65o 运载火箭：运载火箭：R7运载火箭 载载 荷：荷：两台简易发报机 政治背景政治背景-冷战早期美苏导弹竞争冷战早期美苏导弹竞争 1954年5月27日，苏联火箭设计师谢尔盖科罗廖夫 提出人造卫星发展计划，以实现无地域限制全球快速 通讯，并使火箭技术得到进一步发展，获得苏联最高 苏维埃重视。 1955年7月29日，美国总统艾森豪通过白宫新闻秘书 发布美国将于1957年发射第一枚人造卫星。 一周后，苏联政治局同意科罗廖夫关于人造卫星计划 的建议，决定以三节捆绑式R-7火箭发射斯普特尼克 一号。为赶在美国前

6、发射，提出第一颗卫星应于1957 年7月前发射，因此设计被大幅简化：简单、轻型(仅 80余公斤)、易于操作并只携带一台简陋的无线电发 报机。57年2月15日，苏联部长会议准许该化方案， 明确以观测卫星轨迹及接收卫星讯号为目标。 10 11 历史历史背景背景-火箭技术的发展火箭技术的发展 卫星发射的关键取决于火箭技术。 二战期间纳粹德国在火箭技术方面居于领先地位。尤 以沃纳冯布劳恩博士与其设计的V2火箭成为二战 后期美苏暗中争夺的焦点。后来由于冯布劳恩在苏 军攻占佩内明德前及时撤走，苏联抢夺冯布劳恩的 计划失败。最终美军通过争夺纳粹德国技术专家的“ 回纹针行动”，将以冯布劳恩团队为主的大批德国

7、火箭技术专家转移至美国。同时将大批火箭零部件在 占领后一个月内，抢在苏军之前转运回美(美苏之前 的协议中规定，V2火箭生产地位于划定的苏占区内)。 冯布劳恩在后来为美国航天事业立下了汗马功劳。 12 历史历史背景背景-火箭技术的发展火箭技术的发展 苏军只得将剩余零件和工厂内残余秘密转移回苏联境 内，同时从当地发掘出一些未随美方离开的德国专家。 在人才争夺战中，苏联和英国占得了部分便宜，但是 最后美国被证实是最大的赢家，大部分的高阶研究人 员最后到了美国。苏联则启用在大清洗中被迫害的谢 尔盖科罗廖夫，主持火箭研究项目。 13 对世界航天格局的对世界航天格局的影响（影响（1） SputnikSpu

8、tnik危机（1957年10月4日）是冷战的转折点。当 时美国一直认为自己在导弹和航天领域上处于领导地 位。美国曾经在Sputnik-1Sputnik-1发射前尝试过两次试射人造 卫星，但均告失败。 Sputnik-1Sputnik-1的成功令美国芒刺在 背。此后太空竞赛太空竞赛展开，美国公布阿波罗计划并于 1969年登陆月球。 斯普特尼克危机在美国引发一连串事件： p 在两天内计算斯普特尼克1号的轨道 p 1958年2月，美国政府认为他们需要一个具备研究 和设计能力的高级防卫部门，遂成立高等研究计划局， 即后来的国防部高等研究计划局，或称DARPA。 p 1958年7月29日，美国总统艾森豪

9、正式批准成立国家 航空航天局（NASA）和推动水星计划，带领美国进 入太空竞赛。 14 p进行培育新一代工程师的教育计划。 p意外使科学界获得大量研究资金。1959年，美国国会 拨付一亿三千四百万美元给国家科学基金会，比前一年 多了近一亿美元。到了1968年，国家科学基金会的预算 已近五亿美元。 p北极星弹道导弹计划 p 为了北极星计划而开始专案管理的研究与发展，创 造出现代专案管理的概念和标准的专案模型，即专案评 估与审核技术（PERT）。 p 美国总统肯尼迪在1960年的总统选举提出，要缩小 导弹差距（missile gap），即部署1000枚民兵弹道导 弹，数量远远超过当时苏联拥有的弹道

10、导弹。 对世界航天格局的影响（对世界航天格局的影响（2） 15 苏联卫星早期发展历程苏联卫星早期发展历程 1957年11月3日，苏联又成功发射了苏联卫星2号， 并携带一只狗“莱卡”并在轨道上存活了1周，是第一 次被送到太空的生物。1958年2月3日苏联卫星3号第一 次发射失败，5月15日第二次发射成功，携带大量的仪 器上太空。 1960年5月15日，发射苏联卫星4号成功。1960年8月1 9日，发射苏联卫星5号成功，携带两只狗、40只小鼠、 两只大鼠和一些植物，这次的发射于第二天成功地返 回地球。1960年12月1日，发射苏联卫星6号成功，携 带了两只狗,但回收时不幸死亡。 16 2 世界世界

11、其他其他各国卫星的早期发展历程各国卫星的早期发展历程 美国、法国、日本、中国美国、法国、日本、中国 英国、印度、以色列、朝鲜英国、印度、以色列、朝鲜 17 美国卫星早期发展历程美国卫星早期发展历程 1957年12月6日，很多美国人翘首期盼着美国第 一颗实验性人造卫星能够顺利上天，这个期盼几乎 在运载火箭离地的那一刹那就结束了。运载火箭“ 先锋号”在发射后离开地面仅几英尺后就出现故障， 落回地面爆炸烧毁。 这个实验卫星的实际重量只有1.5公斤，原定发 射时间是11月4日。由于条件不成熟，不得不一再拖 延，一直延迟到了12月6日。 18 美国卫星早期发展历程美国卫星早期发展历程 美国国防部宣布，当

12、火箭发射出去两秒钟以后，第 一级火箭丧失了推力，火箭翻起跟斗，头朝东落回发射 台，发生了爆炸。发射台的人员因为躲在拥有厚厚墙壁 的保护室里，才躲过了这场劫难，不过，发射台遭到了 严重破坏，所幸没有造成伤亡。 因为此次事故，美国的人造卫星计划不得不向后拖 延，直到1958年1月31日，美国才将一颗只有18磅重的 “探险者一号”送上太空。这时，苏联第二颗人造地球 卫星已将一只莱卡犬送入轨道，美苏的太空争霸时代由 此开始。 19 美国第一颗卫星美国第一颗卫星 卫星名称：卫星名称：“探险者”-1号 发射时间：发射时间：1958年1月31日 质量：质量：8.22公斤 轨道：轨道：近地点360.4公里、远

13、地点2531公里的椭圆轨道 轨道周期：轨道周期：114.8分钟 轨道倾角：轨道倾角：33.4o 运载火箭：运载火箭：“丘辟特-C”四级运载火箭 用途：用途：测量宇宙线，微流星及卫星温度 20 法国卫星早期发展历程法国卫星早期发展历程 法国从50年代开始自行研制探空火箭和导弹， 并在此基础上研制“钻石”号运载火箭。 1965年11月至1967年2月，法国“钻石”号 火箭将A-1、D-1人造卫星送入太空。法国积 极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业，它 是欧洲空间局的主要成员国，并承担“阿里 安”号运载火箭的大部份研制工作。 21 法国第一颗卫星法国第一颗卫星 卫星名称：卫星名称： “试验卫星”-1

14、号 发射时间：发射时间： 1965年11月26日 质量：质量：42公斤 轨轨道：道：526.241808.85公里的椭圆轨道 轨道周期：轨道周期： 108.61分钟 轨道倾角：轨道倾角：34.24o 运载火箭：运载火箭：“钻石-A ”三级运载火箭 用途：用途：试验火箭性能 22 日本第一颗卫星日本第一颗卫星 卫星名称：卫星名称： “大隅”号 发射时间：发射时间： 1970年2月11日 质量：质量： 9.4公斤 轨道：轨道：近地点339公里，远地点5138公里的椭圆轨道 轨道周期：轨道周期： 144.2分钟 轨道倾角：轨道倾角： 31.07o 运载火箭：运载火箭： “兰达”-45四级固体火箭 用

15、途：用途：试验火箭级间分离和第4级入轨性能 23 中国第一颗卫星中国第一颗卫星 卫星名称：卫星名称：“东方红”-1号 发射时间：发射时间：1 1970年4月24日 质量：质量：173公斤 轨道：轨道：4392384公里，椭圆轨道 轨道周期：轨道周期：114分钟 轨道倾角：轨道倾角：68.5o 运载火箭：运载火箭： 长征1号三级运载火箭 用途：用途：探测空间环境，轨道测控， 播送东方红乐曲 24 中国第一颗卫星中国第一颗卫星- -研究和发射研究和发射过程过程 1957年，钱学森等倡议中国开展人造卫星研究。 1958年，毛泽东号召“我们也要搞人造卫星”。 中国科学院把研制发射人造卫星列为1958年

16、第一项重 点任务，揭开了中国向太空进军的序幕。 1959年，中科院提出“以探空火箭练兵、空间物理探 测打基础、不断探索卫星发展方向，筹建空间环境模 拟试验室，研究地面跟踪接收设备”的具体方针，使 中国在火箭技术、航天器技术、有效载荷技术、姿态 控制技术、轨道设计和发射技术的研究和试验，以及 人才的培养和训练等都取得了很大的进展。 1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫星在酒泉卫 星发射中心成功发射。 25 中国第一颗卫星中国第一颗卫星- -成就影响成就影响 “东方红一号”卫星的发射成功，开创了中国航天史 的新纪元，使中国成为世界上第五个完全依靠自己的 力量成功发射人造卫星的国家。虽比它苏联

17、发射第一 颗人造卫星“Sputnik 1”晚了13年，它的质量超过了 前四个国家第一颗卫星质量的总和。从此中国正式加 入了“太空俱乐部”时代。发射成功后，钱学森向中 央提出中国应该发展载人航天，并提交发展中国载人 航天事业的报告，得到毛泽东亲笔批示同意。 26 英国第一颗卫星英国第一颗卫星 卫星名称：卫星名称：“普罗斯帕罗”号 发射时间：发射时间： 1971年10月28日 质量：质量： 66公斤（145磅） 轨道：轨道：近地点537公里，远地点1593公里的椭圆轨道 轨道周期：轨道周期： 105.6分钟 轨道倾角：轨道倾角： 82.1o 运载火箭：运载火箭： “黑箭”运载火箭 用途：用途：试验

18、轻型太阳电池、热控和电子设备，测量宇宙尘 卫星的基本概念卫星的基本概念 卫星的基本组成卫星的基本组成 卫星的分类卫星的分类 27 3 3 卫星的卫星的基本概念和基本组成基本概念和基本组成 28 卫星的基本概念卫星的基本概念 卫星的概念：卫星的概念：卫星，是指在宇宙中所有围绕行星运行 的天体，环绕哪一颗行星运转，就把它叫做那一颗行 星的卫星。 人造卫星的概念：人造卫星的概念：人类“人工制造的卫星”。用火箭 把它发射到预定的轨道，使它环绕着地球或其他行星 运转，以便进行探测或科学研究。围绕哪一颗行星运 转的人造卫星，我们就叫它那一颗行星的人造卫星， 比如最常用于观测、通讯等方面的人造地球卫星。 卫

19、星的功能组成 卫星的环境和需求 功能组成 独立运行 能源、计算机 真空冷黑背景 温度控制（热控） 与地面联系 遥测遥控、通信 对地指向 姿态测量和控制 轨道保持和机动 轨道控制 卫星任务 任务载荷 29 卫星结构将上述功能部件连接在一起 30 卫星的基本组成卫星的基本组成 结构系统：结构系统：卫星结构是金属或复合材料的框架，其 他组件装配在上面。 热控系统：热控系统：控制卫星组部件温度使其正常工作。 电源系统：电源系统：电能通常由太阳电池阵产生，并在充电 电池中存储为卫星其他部件提供电源。 星载计算机系统：星载计算机系统：星载计算机监测卫星各分系统的 状态，控制它们工作和处理数据。 卫星基本卫

20、星基本 保障系统保障系统 31 卫星的基本组成卫星的基本组成 通信系统：通信系统：建立卫星和地面或其他卫星间的链路。系统 通常由接收器，转发器和天线组成。 姿态控制系统：姿态控制系统：控制卫星姿态，它包括姿态测量部件、姿控计 算机、姿态稳定和机动部件构成。 任任 务务 载载 荷：荷： 无线电接收器、发射器；遥感系统；武 器系统。 32 卫星的分类卫星的分类 按运行轨道分：按运行轨道分： 低轨道卫星 中轨道卫星 高轨道卫星 地球同步轨道卫星 太阳同步轨道卫星 大椭圆轨道卫星 极轨道卫星 按用途分：按用途分： 科学卫星 技术试验卫星 应用卫星 通信广播卫星 气象卫星 GPS导航卫星 遥感成像卫星

21、侦察卫星 33 4 卫星卫星轨道简介轨道简介 基本概念基本概念 轨道分类轨道分类 轨道参数轨道参数 34 基本概念基本概念 卫星轨道：卫星轨道：卫星的飞行轨迹叫卫星轨道。 第一宇宙速度第一宇宙速度：即环绕速度。要使卫星在地球引力作用下作圆周 运动，就是要使卫星离心力与地心引力平衡。 第二宇宙速度第二宇宙速度：即逃逸速度。如果速度比环绕速度稍大一些，则 形成椭圆形轨道，达到逃逸速度，则为抛物线轨 道，那时它将绕太阳飞行成为人造行星。 第三宇宙速度第三宇宙速度：如果达到第三宇宙速度，则为双曲线轨道，与太 阳一样而绕银河系中心飞行了。 35 轨道分类轨道分类 人造卫星最常用的轨道有三种： （1）地球

22、同步轨道地球同步轨道 （2）太阳同步轨道太阳同步轨道 （3）极轨轨道极轨轨道 36 轨道分类轨道分类- - 地球同步轨道地球同步轨道 定义：是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道。 特例： 地球静止轨道地球静止轨道。这种轨道的倾角为零，在地 球赤道上空35786千米。地面上的人看来，在 这条轨道上运行的卫星是静止不动的。 应用：一般通信卫星通信卫星，广播卫星广播卫星，气象卫星气象卫星选用地球 静止轨道比较有利。 37 轨道分类轨道分类- - 太阳太阳同步轨道同步轨道 定义：绕着地球自转轴，方向与地球公转方向相同， 旋转角速度等于地球公转的平均角速度(360度/ 年）的轨道。 特点：距地球的高度

23、不超过6000千米。在这类轨道上 运行的卫星经过同一纬度的当地时间是相同的。 应用： 气象卫星气象卫星、地球资源卫星地球资源卫星一般采用这种轨道。 38 轨道分类轨道分类- - 极地轨道极地轨道 定义： 倾角为90度左右的轨道 特点：在这类轨道上运行的卫星每圈都要经过地球 两极上空，可以俯视整个地球表面。 应用：气象卫星气象卫星、地球资源卫星地球资源卫星、侦察卫星侦察卫星、军用军用 卫星卫星常采用此轨道。 39 轨道参数（轨道根数）轨道参数（轨道根数） 轨道参数是用来描述在太空中卫星运行的位置、形轨道参数是用来描述在太空中卫星运行的位置、形 状和取向的各种参数。状和取向的各种参数。 倾倾 角角

24、：赤道平面与卫星轨道平面间的夹角。 高高 度度：卫星离地球表面的距离。 星下点星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点。 升交点升交点：卫星由南往北飞行轨迹在赤道上的交点。 周周 期期：卫星绕地球一周需要的时间。 截截 距距：卫星绕地球一周，地球转过的度数。 偏心率偏心率：焦距与轨道半长轴之比。 近地点角近地点角：轨道升交点和近地点与地心连线间的夹角。 40 轨道参数（轨道根数）轨道参数（轨道根数） 41 5 5 卫星机械结构和温度控制技术卫星机械结构和温度控制技术 卫星结构技术卫星结构技术 卫星机构技术卫星机构技术 卫星热控技术卫星热控技术 单辉祖:工程力学42 43 卫星结构技术卫星结构

25、技术- -卫星结构的主要卫星结构的主要功能功能和要求和要求 卫星结构的主要功能：卫星结构的主要功能： （1 1）为卫星有效载荷和其他分系统提供所需的安装为卫星有效载荷和其他分系统提供所需的安装 空间、安装位置和安装方式，把卫星上各分系统连空间、安装位置和安装方式，把卫星上各分系统连 接成一个整体接成一个整体； （2 2）承受和传递卫星上所有承受和传递卫星上所有载荷载荷； （3 3）为卫星上某些特殊的有效载荷或其他分系统提）为卫星上某些特殊的有效载荷或其他分系统提 供所需的刚性支承条件。供所需的刚性支承条件。 卫星结构的设计要求卫星结构的设计要求：主要考虑电、热、质心、振主要考虑电、热、质心、振

26、 动等要求。要考虑电连接器的插拔和仪器安装操作动等要求。要考虑电连接器的插拔和仪器安装操作 通道，以及防止不适当配合等措施。结构应以足够通道，以及防止不适当配合等措施。结构应以足够 的强度、刚度和精度支持星上有效载荷和其他分系的强度、刚度和精度支持星上有效载荷和其他分系 统的正常工作。统的正常工作。 44 卫星结构技术卫星结构技术- -卫星结卫星结构的构的常用常用材材料料 零部件材料主要为铝合金，它的主要特点：零部件材料主要为铝合金，它的主要特点： （1 1）密度低，因而具有较高的比强度和比模量密度低，因而具有较高的比强度和比模量； （2 2）工艺性能好，易于锻造、成形和机加工工艺性能好，易于

27、锻造、成形和机加工； （3 3）良好的导热性和导电性良好的导热性和导电性； （4 4）表面可自然形成氧化保护膜，抗腐蚀性能好表面可自然形成氧化保护膜，抗腐蚀性能好； （5 5）在所有轻金属材料中成本最低在所有轻金属材料中成本最低廉。廉。 碳纤维、钛合金、无磁不锈钢等也常被采用。碳纤维、钛合金、无磁不锈钢等也常被采用。 45 卫星结构技术卫星结构技术- -卫星结构的连接方式卫星结构的连接方式 连接方式连接方式主要为机械紧固连接，主要为机械紧固连接，主要优点有：主要优点有： （1 1）具有容易拆卸；具有容易拆卸； （2 2）可获得性好）可获得性好，价，价格低；格低； （3 3）强度分散性小；强度分

28、散性小； （4 4）适于适于不同不同材材料的连接；料的连接； （5 5）增加结构阻尼；增加结构阻尼； （6 6）无）无需特殊工需特殊工艺艺装备装备即即能满能满足设计要求。足设计要求。 46 卫星结构技术卫星结构技术- -卫星结构的设计特点卫星结构的设计特点 （1）尽量减小质量尽量减小质量。结构和机构的质量占据整星质量 的较大比例，尽量减小其质量是设计的首要任务。 （2）利用有限容积利用有限容积。 （3）突出刚度设计突出刚度设计。提高卫星结构的固有频率，减轻 与运载火箭的振动耦合，降低卫星结构承受的动载荷 和动应力，最终保证卫星结构不被破坏。 （4）适应空间环境适应空间环境。 （5）保证高可靠保

29、证高可靠性性。卫星在运载火箭点火起飞以及发 射入轨后，是无法维护的，因此设计要具有高度的可 靠性。 47 卫星结构技术卫星结构技术- -整星地面试验整星地面试验 整星装配完成后，为了模拟火箭主动段的恶劣力整星装配完成后，为了模拟火箭主动段的恶劣力 学环境，一般需要在地面完成以下试学环境，一般需要在地面完成以下试验：验： 振振动试验（正弦振动和随机振动试验（正弦振动和随机振动）动） 冲冲击试击试验、验、 加加速度速度试验试验 48 卫星结构技术卫星结构技术- -振动试验（振动试验（1 1） 利用电动振动台对卫星进行正弦和随机振动试验 49 卫星结构技术卫星结构技术- -振动试验（振动试验（2 2

30、） 随机振动响应曲线随机振动响应曲线 50 卫星结构技术卫星结构技术- -冲击试验（冲击试验（1 1） 利用冲击棰对卫星进行冲击试验 51 卫星结构技术卫星结构技术- -冲击试验（冲击试验（2 2） 冲击冲击响应曲线响应曲线 52 卫星结构技术卫星结构技术- -加速度试验（加速度试验（1 1） 利用大型离心机对卫星进行恒加速度试验 53 卫星结构技术卫星结构技术- -加速度试验（加速度试验（2 2） 过载试验过程曲线过载试验过程曲线 54 卫星机构技术卫星机构技术 机构的概念：机构的概念：是航天器上通过机械运动来完成特定是航天器上通过机械运动来完成特定 功能的一切装置的总称。功能的一切装置的总

31、称。 机构的主要组件：机构的主要组件：机构主要组件包括活动关节、驱机构主要组件包括活动关节、驱 动组件、传动组件、缓冲组件、锁定动组件、传动组件、缓冲组件、锁定 组件以及反馈组件等。组件以及反馈组件等。 55 卫星机构技术卫星机构技术 驱驱 动组件：动组件：是组成机构的基本组件，它提供机构所是组成机构的基本组件，它提供机构所 需的驱动力或驱动力矩。需的驱动力或驱动力矩。 传动组件：传动组件：一般与驱动组件配合使用，主要用来传递一般与驱动组件配合使用，主要用来传递 运动、改变运动速度以及放大力或力矩。运动、改变运动速度以及放大力或力矩。 缓冲组件：缓冲组件：主要用来缓冲冲击载荷，吸收冲击能量。主

32、要用来缓冲冲击载荷，吸收冲击能量。 锁定组件：锁定组件：常用于展开机构的压紧锁定和展开锁定。常用于展开机构的压紧锁定和展开锁定。 反馈组件：反馈组件：用于检验机构工作过程或工作结果是否满用于检验机构工作过程或工作结果是否满 足要求。足要求。 注：并不是每个机构都同时具备上述组件注：并不是每个机构都同时具备上述组件 56 卫星机构技术卫星机构技术- -驱动组件驱动组件 驱动组件的形式：驱动组件的形式：驱动组件有多种形式，如电机、驱动组件有多种形式，如电机、 火工驱动组件、弹簧驱动组件、记忆合金驱动组件火工驱动组件、弹簧驱动组件、记忆合金驱动组件 、石蜡驱动组件。普通弹簧驱动组件在轨工作时，、石蜡

33、驱动组件。普通弹簧驱动组件在轨工作时， 一般不需要附加能源就可以实现驱动，而其他组件一般不需要附加能源就可以实现驱动，而其他组件 的工作一般都需要附加能源。的工作一般都需要附加能源。 57 卫星机构技术卫星机构技术- -传动组件（传动组件（1 1） 传动组件的形式传动组件的形式为滚珠丝杠传动、定轴齿轮传为滚珠丝杠传动、定轴齿轮传 动、行星传动、谐波传动。滚珠丝杠传动可以动、行星传动、谐波传动。滚珠丝杠传动可以 把旋转运动变为直线运动，其余三种传动方式把旋转运动变为直线运动，其余三种传动方式 只能改变旋转运动的速度和方向，不能改变运只能改变旋转运动的速度和方向，不能改变运 动动形式。形式。 58

34、 卫星机构技术卫星机构技术- -传动组件（传动组件（2 2） 滚珠丝杠传动滚珠丝杠传动具有传动平稳、传动精度高、摩擦阻力具有传动平稳、传动精度高、摩擦阻力 低的优点。低的优点。 定轴齿轮传动定轴齿轮传动组成简单，传动比一般较小。组成简单，传动比一般较小。 行星传动行星传动与定轴传动相比具有体积小、重量轻、传动与定轴传动相比具有体积小、重量轻、传动 比大、传动平稳的特点，但组成复杂、制造成本高。比大、传动平稳的特点，但组成复杂、制造成本高。 谐波传动谐波传动与行星传动相比，具有组成简单、体积更小与行星传动相比，具有组成简单、体积更小 、重量更轻等优点。、重量更轻等优点。 59 卫星机构技术卫星机

35、构技术- -缓冲组件缓冲组件 缓冲组件也称为缓冲器，防止因冲击过大而导致仪缓冲组件也称为缓冲器，防止因冲击过大而导致仪 器设备的损坏。缓冲组件由支承（导向）结构及缓器设备的损坏。缓冲组件由支承（导向）结构及缓 冲材料组成。根据缓冲材料或缓冲方法的不同，可冲材料组成。根据缓冲材料或缓冲方法的不同，可 将缓冲组件分为将缓冲组件分为金属塑性变形缓冲组件金属塑性变形缓冲组件、弹簧缓冲弹簧缓冲 组件组件、电磁缓冲组件电磁缓冲组件及及气液缓冲组件气液缓冲组件。 60 卫星机构技术卫星机构技术- -锁定组件锁定组件 锁定组件主要用来实现机构的压紧锁定以及展开锁定。根据锁定组件主要用来实现机构的压紧锁定以及展

36、开锁定。根据 锁定的方式不同，一般可分为锁定的方式不同，一般可分为定位锁定定位锁定和和随动锁定随动锁定。 定位锁定定位锁定一般可实现双向锁定，且既可用于压紧锁定，也可一般可实现双向锁定，且既可用于压紧锁定，也可 用于展开锁定，但只能在固定位置实现两个构件的锁定。用于展开锁定，但只能在固定位置实现两个构件的锁定。 随动锁定随动锁定可在任何相对位置锁定相对运动的两个构件，一般可在任何相对位置锁定相对运动的两个构件，一般 只能实现单向锁定，且多用于机构展开过程中的锁定。只能实现单向锁定，且多用于机构展开过程中的锁定。 61 卫星机构技术卫星机构技术- -反馈组件反馈组件 为了检验机构的工作参数是否满

37、足要求，包括工作位置、运为了检验机构的工作参数是否满足要求，包括工作位置、运 动速度、展开时的冲击、压紧情况，需要相应的反馈组件。动速度、展开时的冲击、压紧情况，需要相应的反馈组件。 根据反馈的参数不同，可分为位置反馈组件、速度反馈组件根据反馈的参数不同，可分为位置反馈组件、速度反馈组件 、冲击反馈组件以及开关组件等。、冲击反馈组件以及开关组件等。 位置和速度反馈组件位置和速度反馈组件一般与传动组件或电机的输出轴相连，一般与传动组件或电机的输出轴相连， 用来确定电机或传动组件的转角或转速。用来确定电机或传动组件的转角或转速。 冲击反馈组件冲击反馈组件则用于展开机构、火工装置或着陆缓冲机构工则用

38、于展开机构、火工装置或着陆缓冲机构工 作时的冲击测量。作时的冲击测量。 开关组件开关组件用于判断机构运动目的是否达到，如释放装置是否用于判断机构运动目的是否达到，如释放装置是否 工作，以及机构是否展开、舱门是否关紧，对接是否完成。工作，以及机构是否展开、舱门是否关紧，对接是否完成。 62 皮卫星分离机构皮卫星分离机构 驱动组件驱动组件 （圆锥弹簧和扭簧）（圆锥弹簧和扭簧） 缓冲组件缓冲组件 （橡胶垫、双面胶（橡胶垫、双面胶） 锁定组件锁定组件 （锁紧轴）（锁紧轴） 反馈组件反馈组件 （行程开关）（行程开关） 反馈组件反馈组件 （触点开关）（触点开关） 63 卫星热控技术卫星热控技术 任务：控制

39、卫星设备和结构的温度在要求的范围控制卫星设备和结构的温度在要求的范围 内内。具体包括（。具体包括（1 1）保证电子仪器和机械设）保证电子仪器和机械设 备备的有效和可靠工作，要求在一定的温度的有效和可靠工作，要求在一定的温度 范范围内工作；（围内工作；（2 2）要求温度场的均匀性和）要求温度场的均匀性和 稳稳定性，以保证一些有效载荷的结定性，以保证一些有效载荷的结构稳定性。构稳定性。 难点难点: : 真空环境；空间背景温度真空环境；空间背景温度4K4K；太阳光照强度；太阳光照强度 强强1200W/M1200W/M2 2，并存在阴影区；，并存在阴影区； 分类：分类：被动热控和主动热控。被动热控和主

40、动热控。 64 卫星热控技术卫星热控技术- -主动热控主动热控 概念：概念：在控制过程中，被控制对象的温度可反馈在控制过程中，被控制对象的温度可反馈 到热控制机构到热控制机构上。一般由温上。一般由温度敏感器度敏感器、控、控 制制器和执器和执行器构成。行器构成。 优点：优点：可适时调节被控对象的传热特性，它对外可适时调节被控对象的传热特性，它对外 部变化反应灵活，温度调节精度高部变化反应灵活，温度调节精度高 不足：不足：在寿命和可靠性方面受到限制，质量与能在寿命和可靠性方面受到限制，质量与能 耗也相应增加。耗也相应增加。 65 卫星热控技术卫星热控技术- -被动热控被动热控 概念：概念：在控制过

41、程中，被控制对象的温度无反馈作用。在控制过程中，被控制对象的温度无反馈作用。 通常选择具有一定物理性能的结构材料、表面涂通常选择具有一定物理性能的结构材料、表面涂 层、隔热材料、相变材料等措施。合理安排星体层、隔热材料、相变材料等措施。合理安排星体 表面和空间环境之间及星体内部仪器部件之间的表面和空间环境之间及星体内部仪器部件之间的 热传递，使卫星各部分处于期望的温度范围。热传递，使卫星各部分处于期望的温度范围。 优点：优点：技术简单，运行可靠，工作寿命技术简单，运行可靠，工作寿命长，不消耗能源。长，不消耗能源。 66 卫星热控技术卫星热控技术- -热控材料热控材料 热控材料分类：热控材料分类

42、： （1 1）热控涂层）热控涂层 （2 2）隔热材料）隔热材料 （3 3）导热填充材料）导热填充材料 （4 4）相变材料）相变材料 67 卫星热控技术卫星热控技术- -热控热控涂层涂层 分分类：类： （1 1）金属基材型热控表面金属基材型热控表面：抛光金属表面、喷砂金：抛光金属表面、喷砂金 属表面属表面 （2 2）电化学型热控涂层电化学型热控涂层：阳极氧化涂层、电镀涂层：阳极氧化涂层、电镀涂层 （3 3）涂料型热控涂层涂料型热控涂层：有机漆（有机白漆、有机黑：有机漆（有机白漆、有机黑 漆、有机灰漆、有机金属漆）、无机漆漆、有机灰漆、有机金属漆）、无机漆 （4 4）真空沉积型热控涂层真空沉积型热

43、控涂层：真空蒸发：真空蒸发- -沉积金属型热沉积金属型热 控涂控涂层、二次表层、二次表面镜型热控涂层面镜型热控涂层 概念：概念：专门用来调整固体表专门用来调整固体表面热辐面热辐射性质从而达射性质从而达 到热到热控目的控目的表面材表面材料。料。 红外吸收率、发射率的概念红外吸收率、发射率的概念 68 卫星热控技术卫星热控技术- -热控涂热控涂层（层（2 2） 阳极氧化涂层阳极氧化涂层 电镀涂层电镀涂层 69 卫星热控技术卫星热控技术- -热控涂热控涂层（层（3 3） 有机白漆有机白漆 70 卫星热控技术卫星热控技术- -隔热和导热材料隔热和导热材料 使用隔热材料的目的使用隔热材料的目的：一是尽可

44、能减少星上仪器：一是尽可能减少星上仪器 设备热量损失；二是隔离环境热流及其他热源的设备热量损失；二是隔离环境热流及其他热源的 热流。热流。 隔热材料的分类隔热材料的分类：多层隔热材料、泡沫隔热材料、：多层隔热材料、泡沫隔热材料、 无机纤维隔热材料。无机纤维隔热材料。 为了改变接触表面之间的接触热导率，可在接触为了改变接触表面之间的接触热导率，可在接触 表面之间填充比较柔软的导热填充材料。表面之间填充比较柔软的导热填充材料。 导热材导热材料的分类料的分类：金属箔、导热酯、导热硅橡胶：金属箔、导热酯、导热硅橡胶 使用导热填充材料的目的使用导热填充材料的目的 71 卫星热控技术卫星热控技术- -隔热

45、材料（隔热材料（2 2） 多层隔热多层隔热 72 卫星热控技术卫星热控技术- -相变材料（相变材料（1 1） 工作原理工作原理：是一种在工作温度下能发生相变，而：是一种在工作温度下能发生相变，而 相变温度基本不变并能以潜能形式放相变温度基本不变并能以潜能形式放 出或吸收能量的材料。出或吸收能量的材料。 由于相变材料的这种特点，可将它们用于内热源由于相变材料的这种特点，可将它们用于内热源 或外部热环境发生周期性变化的卫星，以保持仪或外部热环境发生周期性变化的卫星，以保持仪 器设备温度相对稳定。器设备温度相对稳定。 73 卫星热控技术卫星热控技术- -相变材料（相变材料（2 2） 相变材料的特性相

46、变材料的特性： （1 1）相变潜热大；）相变潜热大； （2 2）有合适的相变温度；）有合适的相变温度； （3 3）固）固- -液转化可逆，而且可长期使用，可靠性高；液转化可逆，而且可长期使用，可靠性高； （4 4）比热大，密度大；）比热大，密度大； （5 5）固、液相均有高的热导率和热扩散率；）固、液相均有高的热导率和热扩散率； （6 6）相变时体积变化小、蒸气压低；）相变时体积变化小、蒸气压低； （7 7）与容器相容性好；）与容器相容性好； （8 8）无过冷现象或过冷现象不明显；）无过冷现象或过冷现象不明显； （9 9）无毒无害。）无毒无害。 74 卫星热控技术卫星热控技术- -相变材料（相

47、变材料（3 3） 相变材料的分类相变材料的分类： （1 1）水及金属类）水及金属类 （2 2）石蜡类：正十二烷、正十四烷、正十六烷、）石蜡类：正十二烷、正十四烷、正十六烷、 正十八烷、正二十烷正十八烷、正二十烷 （3 3）非石蜡有机物：乙酰胺、乙酸、反油酸、十）非石蜡有机物：乙酰胺、乙酸、反油酸、十 四烷酸四烷酸 （4 4）无机盐水合物：硝酸锂三水化合物、氢氧化）无机盐水合物：硝酸锂三水化合物、氢氧化 钡八水化合物钡八水化合物 75 卫星热控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（1 1） 试验目的：试验目的： 为为了验证卫星热设计的正确性，考核热控系统对了验证卫星热设计的正

48、确性，考核热控系统对 飞行各阶段热环境的适应能力及确定最佳热控参飞行各阶段热环境的适应能力及确定最佳热控参 数，必须进行充分的热平衡试数，必须进行充分的热平衡试验。验。 试验手段：试验手段： 模拟卫星外热流和内热流模拟卫星外热流和内热流 模拟空间环境（真空、冷、黑背景）模拟空间环境（真空、冷、黑背景） 76 卫星热控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（2 2） 外热流的模拟方外热流的模拟方法：法： 一一种种是模拟空间外热流的辐是模拟空间外热流的辐射照度、射照度、方向及其光谱特方向及其光谱特 性，称为入射热流模拟性，称为入射热流模拟法。法。 一般是采用红外辐射笼、太阳模拟器

49、一般是采用红外辐射笼、太阳模拟器 另一另一种种是使用某种加热装置，卫星表面吸收的热流等是使用某种加热装置，卫星表面吸收的热流等 于该表于该表面吸收的空间外热流，以获得相同的热效应，面吸收的空间外热流，以获得相同的热效应， 而不考而不考虑实际的空间外热流的特性，称为吸收热流虑实际的空间外热流的特性，称为吸收热流 模拟模拟法。法。 一般采用电阻丝或薄膜电阻加热器一般采用电阻丝或薄膜电阻加热器 卫星实际外热流来源卫星实际外热流来源：太阳辐射、地球反照和辐射 77 卫星热控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（3 3） 加热片加热片 温度传感器温度传感器 热电偶热电偶 78 卫星热

50、控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（4 4） 真空冷黑环境模拟方法：真空冷黑环境模拟方法：采用真空罐内通液氮来实采用真空罐内通液氮来实 现。其中抽真空由分子泵来实现，冷背景由液氮来现。其中抽真空由分子泵来实现，冷背景由液氮来 实现，黑背景则由在真空罐实现，黑背景则由在真空罐内壁喷内壁喷涂黑漆来实现。涂黑漆来实现。 卫星实际环境卫星实际环境：真空、背景温度4K、背景吸收率 接近黑体（真空冷黑环境）。 79 卫星热控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（5 5） 星体星体悬挂起来，放悬挂起来，放在真空罐内在真空罐内 80 卫星热控技术卫星热控技术- -热

51、控系统地面试验（热控系统地面试验（6 6） 热平衡试验进行中热平衡试验进行中 81 卫星热控技术卫星热控技术- -热控系统地面试验（热控系统地面试验（7 7） 热平衡试验曲线热平衡试验曲线 运载火箭技术概念运载火箭技术概念 运载火箭分类运载火箭分类 运载火箭运载火箭结构组成结构组成 国外典型的运载火箭国外典型的运载火箭 我国运载火箭的发展我国运载火箭的发展 我国的卫星发射场我国的卫星发射场 82 6 6 运载火箭运载火箭技术技术 83 运载火箭技术概念运载火箭技术概念 运载火箭由多级火箭组成的航天运输工具。用途是 把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等 有效载荷送入预定轨道。是在导弹的

52、基础上发展的， 一般由24级组成。每一级都包括箭体结构、推进系 统和飞行控制系统。末级有仪器舱，内装制导与控制 系统、遥测系统和发射场安全系统。级与级之间靠级 间段连接。有效载荷装在仪器舱的上面，外面套有整 流罩。 84 运载火箭分类运载火箭分类 按推进剂分： 液体火箭长征三号运载火箭长征三号运载火箭 固液混合型火箭长征长征一一号运载火箭号运载火箭 固体火箭美国的美国的“飞马座飞马座”运载火箭运载火箭 航天一院研制的固体小火箭航天一院研制的固体小火箭 按级数分： 单级火箭 多级火箭 串联型： 长征长征二二号号D D运载火箭运载火箭 并联型：发射苏联第一颗卫星的运载火箭发射苏联第一颗卫星的运载火

53、箭 串并联混合型：长征长征二二号号E E运载火箭运载火箭 85 运载火箭运载火箭结构组成结构组成 不管是固体运载火箭还是液体运载火箭，不管是单级 运载火箭还是多级运载火箭，其主要的组成部分有结结 构系统构系统、动力装置系统动力装置系统和控制系统控制系统。这三大系统称为 运载火箭的主系统，主系统工作的可靠与否，将直接 影响运载火箭飞行的成败。此外，运载火箭上还有一 些不直接影响飞行成败并由箭上设备与地面设备共同 组成的系统，例如，遥测系统遥测系统、外弹道外弹道测量系统测量系统、安安 全系统全系统和瞄准系统瞄准系统等。 86 运载火箭运载火箭结构组成结构组成 87 运载火箭运载火箭结构组成结构组成

54、- -结构系统（箭体）结构系统（箭体） 结构系统（箭体）结构系统（箭体）是运载火箭的基体，它用来维持火 箭的外形，承受火箭在地面运输、发射操作和在飞行 中作用在火箭上的各种载荷，安装连接火箭各系统的 所有仪器、设备，把箭上所有系统、组件连接组合成 一个整体。 88 运载火箭运载火箭结构组成结构组成- -动力装置系统动力装置系统 动力装置系统动力装置系统是推动运载火箭飞行并获得一定速 度的装置。对液体火箭来说，动力装置系统由推 进剂输送、增压系统和液体火箭发动机两大部分 组成。固体火箭的动力装置系统较简单，它的主 要部分就是固体火箭发动机推进剂直接装在发动 机的燃烧室壳体内。 89 运载火箭运载

55、火箭结构组成结构组成- -控制系统控制系统 控制系统控制系统是用来控制运载火箭沿预定轨道正常可 靠飞行的部分。控制系统由制导和导航系统制导和导航系统、姿姿 态控制系统态控制系统、电源供配电和时序控制系统电源供配电和时序控制系统三大部 分组成。制导和导航系统的功用是控制运载火箭 按预定的轨道运动，把有效载荷送到预定的空间 位置并使之准确进入轨道。姿态控制系统的功用 是纠正运载火箭飞行中的俯仰、偏航、滚动误差 ，使之保持正确的飞行姿态。电源供配电和时序 控制系统则按预定飞行时序实施供配电控制。 90 运载火箭运载火箭结构组成结构组成- -遥测系统遥测系统 遥测系统遥测系统的功用是把运载火箭飞行中各

56、系统的 工作参数及环境参数测量下来，通过运载火箭 上的无线电发射机将这些参数送回地面，由地 面接收机接收；亦可将测量所得的参数记录在 运载火箭上的磁记录器上，在地面回收磁记录 器。这些测量参数既可用来预报航天器入轨时 的轨道参数，又可用来鉴定和改进运载火箭的 性能。一旦运载火箭在飞行中出现故障，这些 参数就是故障分析的依据。 91 运载火箭运载火箭结构组成结构组成- -外弹道测量系统外弹道测量系统 外弹道测量系统外弹道测量系统的功用是利用地面的光学和 无线电设备与装在运载火箭上的对应装置一 起对飞行中的运载火箭进行跟踪，并测量其 飞行参数，用来预报航天器入轨时的轨道参 数，也可用来作为鉴定制导

57、系统的精度和故 障分析依据。 92 运载火箭运载火箭结构组成结构组成- -安全系统安全系统 安全系统安全系统的功用是当运载火箭在飞行中一旦出现故障不能 继续飞行时，将其在空中炸毁，避免运载火箭坠落时给地 面造成灾难性的危害。安全系统包括运载火箭上的自毁系 统和地面的无线电安全系统两部分。箭上的自毁系统由测 量装置、计算机和爆炸装置组成。当运载火箭的飞行姿态 ，飞行速度超出允许的范围，计算机发出引爆爆炸装置的 指令，使运载火箭在空中自毁。无线电安全系统则是由地 面雷达测量运载火箭的飞行轨道，当运载火箭的飞行超出 预先规定的安全范围时，由地面发出引爆箭上爆炸装置的 指令，由箭上的接收机接收后将火箭

58、在空中炸毁。 93 运载火箭运载火箭结构组成结构组成- -瞄准系统瞄准系统 瞄准系统瞄准系统的功用是给运载火箭在发射前进行初始方 位定向。瞄准系统由地面瞄准设备和运载火箭上的 瞄准设备共同组成。 94 国外典型的运载火箭国外典型的运载火箭- -大力神大力神(Titan)系列运载火箭系列运载火箭 1、大力神大力神(Titan)系列运载火箭系列运载火箭 美国大力神运载火箭大力神运载火箭系列由大力神- 2洲际导弹发展而来，1964年首次发 射。该系列由大力神-2、大力神-3、 大力神-34、大力神-4和商用大力神- 3等型号和子系列组成。它的最大近 地轨道运载能力为21.9 t，地球同步 转移轨道运

59、载能力为5.3 t。 95 国外典型的运载火箭国外典型的运载火箭- -大力神大力神(Titan)系列运载火箭系列运载火箭 96 国外典型的运载火箭国外典型的运载火箭- -宇宙神宇宙神(Atlas)系列系列 2、宇宙神宇宙神(Atlas)系列运载火箭系列运载火箭 美国宇宙神系列运载火箭于1958年12月18 日首次发射，曾经发射过世界上第一颗通 信卫星、美国第一艘载人飞船等。目前正 在使用的主要有宇宙神-2A、宇宙神-2AS 和宇宙神-3。研制中的宇宙神-5运载火箭 的第一级采用了通用模块化设计，其中的 重型火箭使用了3个通用模块，其地球同 步转移轨道运载能力达到13 t。 97 国外典型的运载

60、火箭国外典型的运载火箭- -宇宙神宇宙神(Atlas)系列系列 98 国外典型的运载火箭国外典型的运载火箭- -德尔德尔塔塔(Delta)系列系列 3、德尔德尔塔塔(Delta)系列运载火箭系列运载火箭 美国德尔塔系列运载火箭系列于1960年5 月13日首次发射，迄今为止已发展了19 种型号，目前正在使用的是德尔塔-2和德 尔塔-3两种型号。美国空军的全部GPS卫 星都是由德尔塔-2发射的。德尔塔-3是在 德 尔塔-2的基础上研制的大型运载火箭，可以把3.8t的有效 载荷送入地球同步转移轨道。德尔塔-3于2000年8月发射 成功。美国还正研制具有多种配置的德尔塔-4子系列，其 中重型德尔塔-4