航天科技宇航动力学知识点解析

航天科技宇航动力学知识点解析姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、单选题1.航天器的轨道力学中，描述物体在轨道上运动的物理量是：

A.速度

B.加速度

C.角速度

D.轨道半径

答案：D

解题思路：轨道半径是描述航天器在轨道上运动的空间位置，它是轨道力学中的基本参数。

2.在宇航动力学中，描述航天器在地球引力场中运动的方程是：

A.欧拉方程

B.牛顿第二定律

C.开普勒定律

D.纳维斯托克斯方程

答案：B

解题思路：牛顿第二定律适用于描述任何物体在受到力的作用下加速度如何变化，因此是描述航天器在地球引力场中运动的基本方程。

3.航天器绕地球运动时，若要进入更高的轨道，需要：

A.减小速度

B.增加速度

C.增加推力

D.改变方向

答案：C

解题思路：要进入更高轨道，航天器需要增加速度，以便在更高的轨道上达到与引力平衡的离心力，这通常需要增加推力。

4.航天器进行变轨操作时，需要：

A.增加燃料消耗

B.减少燃料消耗

C.改变速度方向

D.改变加速度大小

答案：C

解题思路：变轨操作通常涉及改变航天器的速度方向，以便改变其轨道轨迹，而不一定是改变加速度大小。

5.航天器在地球表面附近进行飞行时，受到的主要阻力是：

A.空气阻力

B.引力

C.重力

D.热力

答案：A

解题思路：航天器在地球表面附近飞行时，与大气摩擦会产生空气阻力，这是其主要阻力来源。

6.航天器进入轨道时，其速度方向与地球自转方向的关系是：

A.相同

B.相反

C.垂直

D.无关

答案：B

解题思路：为了进入轨道，航天器必须具有一定的横向速度以克服地球引力，这个速度方向通常与地球自转方向相反。

7.航天器在空间站上进行对接时，为了保证对接精度，通常需要：

A.增加速度

B.减小速度

C.增加推力

D.调整方向

答案：D

解题思路：对接操作需要精确的控制，调整方向是实现精确定位的必要步骤。

8.航天器在轨运行时，为保证其姿态稳定，通常需要：

A.调整速度

B.增加推力

C.旋转航天器

D.改变轨道高度

答案：C

解题思路：保持航天器的姿态稳定需要通过旋转来抵消外部干扰和惯性力的影响。二、填空题1.航天器绕地球运动时，轨道半径越大，其周期越______（长/短）。

答案：长

解题思路：根据开普勒第三定律，轨道周期\(T\)的平方与轨道半长轴\(a\)的立方成正比，即\(T^2\proptoa^3\)。因此，当轨道半径增大时，周期也会随之增长。

2.航天器在轨运行时，其速度大小与轨道高度成______（正/反）比。

答案：反

解题思路：根据轨道力学中的第一宇宙速度公式，近地轨道上的物体绕地球运行的速度\(v\)与轨道高度\(h\)之间的关系为\(v=\sqrt{\frac{GM}{rh}}\)，其中\(G\)是引力常数，\(M\)是地球质量，\(r\)是地球半径。由此可见，速度\(v\)与轨道半径\(rh\)的平方根成反比，因此与轨道高度\(h\)成反比。

3.航天器进行变轨操作时，通常需要通过______（火箭发动机/空气推进器）产生推力。

答案：火箭发动机

解题思路：航天器变轨操作需要改变其轨道能量，这通常是通过火箭发动机产生推力来实现的。空气推进器适用于大气层内的飞行器，但在真空中的轨道操作中则无法产生足够的推力。

4.航天器在轨运行时，受到的主要阻力是______（大气阻力/引力）。

答案：大气阻力

解题思路：航天器在轨运行时，若处于大气层中，则会受到大气阻力的影响。但是大多数地球轨道上的航天器都位于大气层之外，因此引力是它们在轨运行时受到的主要作用力。但由于题目要求填空，且在低轨道（例如近地轨道）上的航天器会遭受大气阻力，因此正确答案是大气阻力。

5.航天器进行对接时，为了保证对接精度，通常需要______（调整速度/调整方向）。

答案：调整速度

解题思路：航天器对接需要精确的相对速度和位置，以保证对接成功。因此，在对接过程中，通常会通过调整航天器的速度来调整其轨道和姿态，以保证对接时的精确对接。虽然调整方向也是对接过程中的一个步骤，但通常是在速度调整的基础上进行的。三、判断题1.航天器在轨运行时，其速度方向与地球自转方向无关。（×）

解题思路：航天器在地球轨道上运行时，其速度方向与地球自转方向有关。航天器在赤道附近的轨道运行速度方向与地球自转方向相同，而在极地轨道上，速度方向与地球自转方向垂直。

2.航天器进行变轨操作时，需要增加燃料消耗。（√）

解题思路：变轨操作需要改变航天器的轨道速度和高度，这通常涉及到推进剂的消耗。为了增加或降低轨道高度，或者改变轨道倾角，航天器需要消耗燃料。

3.航天器在轨运行时，其加速度大小与轨道高度无关。（×）

解题思路：航天器在轨运行时，其加速度大小与轨道高度有关。在更高轨道上，由于距离地球更远，地球对航天器的引力减小，因此加速度也相应减小。

4.航天器在轨运行时，受到的主要阻力是引力。（×）

解题思路：航天器在轨运行时，受到的主要阻力是大气阻力，而不是引力。虽然引力在低轨道上对航天器产生显著影响，但在高轨道上，大气阻力才是影响航天器寿命的主要因素。

5.航天器进行对接时，为了保证对接精度，通常需要增加速度。（×）

解题思路：航天器进行对接时，为了保证对接精度，通常需要降低速度。增加速度会使航天器之间的相对速度增大，增加对接的难度和风险。因此，降低速度有助于提高对接的成功率。四、选择题1.航天器绕地球运动时，轨道半径越大，其周期越（A.长/短）。

A.长

解题思路：根据开普勒第三定律，轨道半径的立方与周期的平方成正比，因此轨道半径越大，周期越长。

2.航天器在轨运行时，其速度大小与轨道高度成（A.正/反）比。

A.正

解题思路：在低地球轨道（LEO）中，航天器的运行速度轨道高度的升高而减小，但在地球同步轨道（GEO）等更高轨道上，航天器的速度轨道高度的升高而增大。因此，速度与轨道高度成正比。

3.航天器进行变轨操作时，通常需要通过（A.火箭发动机/空气推进器）产生推力。

A.火箭发动机

解题思路：空气推进器在地球大气层内工作，而航天器在轨运行时已脱离大气层，因此无法使用空气推进器。变轨操作通常使用火箭发动机来产生足够的推力。

4.航天器在轨运行时，受到的主要阻力是（A.大气阻力/引力）。

A.大气阻力

解题思路：航天器在近地轨道上运行时，由于大气密度较低，但仍有微弱的大气阻力影响。而远地轨道上的航天器主要受到地球引力的影响，大气阻力可以忽略不计。

5.航天器进行对接时，为了保证对接精度，通常需要（A.调整速度/调整方向）。

A.调整速度

解题思路：对接过程中，航天器需要精确控制速度以匹配对方航天器的速度和轨道。调整方向虽然也很重要，但在对接初期，速度的匹配是关键。

答案及解题思路：

1.A（轨道半径越大，周期越长）

2.A（速度与轨道高度成正比）

3.A（使用火箭发动机产生推力）

4.A（主要受到大气阻力）

5.A（调整速度以保证对接精度）五、简答题1.简述航天器在轨运行时，轨道力学的基本原理。

轨道力学是航天器动力学的一个重要分支，其基本原理主要包括：

引力定律：航天器在轨运行受地球或其他天体的引力作用，其轨迹为抛物线、双曲线或椭圆。

速度能量关系：航天器在轨道上运行的速度与其动能、势能之间存在关系，即总能量守恒。

角动量守恒定律：在没有外力矩作用的情况下，航天器在轨道上运行的角动量保持不变。

奈端效应：航天器在进入或离开地球引力场时，会经历速度变化，这种现象称为奈端效应。

2.简述航天器进行变轨操作时，需要考虑的因素。

航天器进行变轨操作时，需要考虑以下因素：

轨道高度：改变航天器的轨道高度，需要通过增加或减少推进剂的消耗来实现。

轨道倾角：调整轨道倾角，可以通过改变航天器的飞行路径或使用推力矢量控制实现。

线速度：改变航天器的线速度，通常通过施加推力改变其动能，从而进入新的轨道。

推进剂：变轨操作需要消耗推进剂，因此在设计和执行任务时需要考虑推进剂的储备和效率。

动力学条件：如大气阻力、引力扰动等环境因素，都可能影响变轨的效果。

3.简述航天器进行对接时，为了保证对接精度，通常需要采取的措施。

为了保证航天器对接的精度，通常采取以下措施：

高度同步：保证两航天器的轨道高度基本一致，减少高度差带来的对接难度。

速度匹配：调整航天器的速度，使其在对接过程中相对速度尽可能小，降低碰撞风险。

姿态控制：通过姿态控制系统调整航天器的方向和姿态，保证对接过程中保持正确的相对位置。

精密测控：使用雷达、光学相机等测控设备，实时监测航天器的相对位置和姿态，进行实时调整。

对接软件：开发先进的对接软件，对对接过程进行精确预测和模拟，优化对接策略。

答案及解题思路：

答案：

1.轨道力学的基本原理包括引力定律、速度能量关系、角动量守恒定律和奈端效应。

2.变轨操作时需考虑轨道高度、轨道倾角、线速度、推进剂和动力学条件等因素。

3.对接时需要保证高度同步、速度匹配、姿态控制、精密测控和对接软件的使用。

解题思路：

1.针对轨道力学原理，结合万有引力定律和能量守恒定律进行阐述。

2.分析变轨操作中的各个因素，解释其对航天器轨道变化的影响。

3.结合航天器对接的实际情况，提出保证对接精度的具体措施，并说明其原理和必要性。六、论述题1.结合实例，论述航天器在轨运行时，如何调整轨道高度和速度。

（一）调整轨道高度

（1）实例：国际空间站（ISS）的轨道调整

（2）方法：通过轨道机动引擎（OMS）进行推进，改变航天器的速度和方向，从而调整轨道高度。

（二）调整轨道速度

（1）实例：嫦娥五号月球探测器返回地球

（2）方法：通过轨道机动引擎进行推进，改变航天器的速度，实现从月球轨道到地球轨道的转移。

2.结合实例，论述航天器进行对接时，如何保证对接精度。

（一）对接前的准备

（1）实例：天宫二号与神舟十一号对接

（2）方法：精确测量航天器的轨道参数、姿态参数和相对位置，保证对接前的条件满足对接要求。

（二）对接过程中的控制

（1）实例：国际空间站（ISS）的对接任务

（2）方法：采用自主导航与控制技术，实时监测航天器的相对位置和姿态，进行精确调整，保证对接精度。

答案及解题思路：

答案：

1.航天器在轨运行时，调整轨道高度和速度主要通过以下方法：

调整轨道高度：使用轨道机动引擎进行推进，改变航天器的速度和方向，从而调整轨道高度。例如国际空间站（ISS）在运行过程中，通过轨道机动引擎调整轨道高度，以维持其稳定的运行轨道。

调整轨道速度：同样使用轨道机动引擎进行推进，改变航天器的速度，实现轨道转移。例如嫦娥五号月球探测器在返回地球的过程中，通过轨道机动引擎调整速度，从月球轨道转移到地球轨道。

2.航天器进行对接时，保证对接精度的方法包括：

对接前的准备：精确测量航天器的轨道参数、姿态参数和相对位置，保证对接前的条件满足对接要求。例如天宫二号与神舟十一号对接前，进行了详细的轨道和姿态调整。

对接过程中的控制：采用自主导航与控制技术，实时监测航天器的相对位置和姿态，进行精确调整，保证对接精度。例如国际空间站（ISS）的对接任务中，通过自主导航与控制技术，实现了精确对接。

解题思路：

1.针对航天器在轨运行时调整轨道高度和速度的问题，首先需要了解轨道机动引擎的工作原理和作用。结合实例分析航天器如何通过轨道机动引擎调整轨道高度和速度，以及这些调整在实际任务中的应用。

2.针对航天器对接时保证对接精度的问题，首先需要了解对接前的准备工作，包括轨道参数、姿态参数和相对位置的测量。分析对接过程中的控制方法，如自主导航与控制技术，以及这些技术在实际对接任务中的应用。七、计算题1.若航天器绕地球运动，轨道半径为R，地球半径为r，地球质量为M，求航天器在该轨道上的速度。

解题过程：

航天器绕地球运动时，受到的向心力由地球的万有引力提供。根据牛顿的万有引力定律和向心力公式，我们有：

\[F=G\frac{Mm}{R^2}\]

其中，G为万有引力常数，M为地球质量，m为航天器质量，R为轨道半径。

向心力也可以表示为：

\[F=m\frac{v^2}{R}\]

将两个力等式相等，得到：

\[G\frac{Mm}{R^2}=m\frac{v^2}{R}\]

简化后，得到航天器的速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

2.若航天器在轨运行时，其速度大小为v，轨道半径为R，地球质量为M，求航天器在该轨道上的向心加速度。

解题过程：

向心加速度a可以通过速度v和轨道半径R计算得到，公式为：

\[a=\frac{v^2}{R}\]

将已知速度v和轨道半径R代入，得到：

\[a=\frac{(\sqrt{\frac{GM}{R}})^2}{R}=\frac{GM}{R^2}\]

3.若航天器进行变轨操作，需要从低轨道进入高轨道，求航天器需要增加的速度大小。

解题过程：

从低轨道进入高轨道，航天器需要增加速度以克服地球引力势能的增加。增加的速度Δv可以通过能量守恒定律计算：

\[\Deltav=\sqrt{\frac{GM}{R_{high}}}\sqrt{\frac{GM}{R_{low}}}\]

其中，\(R_{hig