航天器发射与控制原理测试卷

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.航天器发射的主要目的有哪些？

a)探测宇宙

b)实施卫星通信

c)研究地球环境

d)以上都是

2.以下哪个是常用的火箭发射台类型？

a)悬挂式发射台

b)金属塔发射台

c)深坑式发射台

d)旋转式发射台

3.航天器控制系统的三大组成部分是什么？

a)推进系统、导航系统、控制系统

b)推进系统、制导系统、控制系统

c)推进系统、导航系统、推进系统

d)推进系统、制导系统、制导系统

4.什么是自主导航技术？

a)仅在发射时使用的导航技术

b)依靠地面控制的导航技术

c)航天器自身具有导航能力的技术

d)以上都不是

5.火箭的推进剂主要包括哪两种？

a)液态氧和液态氢

b)固态推进剂和液体推进剂

c)液态氮和液态氦

d)以上都不是

6.什么是地球同步轨道（GTO）？

a)等离体轨道

b)地球自转同步轨道

c)高地轨道

d)地球静止轨道

7.航天器在太空中的姿态控制主要依靠什么？

a)推进器

b)太阳帆

c)磁力控制

d)以上都是

答案及解题思路：

1.答案：d

解题思路：航天器发射的目的不仅限于探测宇宙、实施卫星通信和研究地球环境，它还可能用于科学实验、资源开发等多个方面，因此选项d“以上都是”是正确的。

2.答案：c

解题思路：深坑式发射台是一种常用的火箭发射台类型，因为它能提供更加稳定的发射环境，减少外界因素对火箭发射的影响。

3.答案：b

解题思路：航天器控制系统通常由推进系统（负责改变航天器速度和方向）、制导系统（负责确定和引导航天器到达目标位置）和控制系统（负责协调各子系统的操作）组成。

4.答案：c

解题思路：自主导航技术是指航天器在没有地面支持的情况下，依靠自身的传感器和算法进行定位和导航，因此选项c“航天器自身具有导航能力的技术”是正确的。

5.答案：b

解题思路：火箭的推进剂主要有两种形式：固态推进剂和液体推进剂。液态氧和液态氢虽然也是火箭推进剂，但不是主要的两类。

6.答案：b

解题思路：地球同步轨道（GTO）是地球自转同步轨道，使得卫星在轨道上相对于地面保持固定位置。

7.答案：d

解题思路：航天器在太空中的姿态控制可以通过推进器、太阳帆和磁力控制等多种方式实现，因此选项d“以上都是的”是正确的。二、判断题1.航天器发射时，火箭的发动机可以多次点火。

答案：正确

解题思路：火箭的发动机在发射过程中可能需要多次点火来达到预定的速度和轨道，尤其是在多级火箭中，每级火箭在达到特定高度和速度后都会进行发动机点火。

2.航天器的发射速度必须达到第二宇宙速度才能进入太空。

答案：错误

解题思路：航天器进入太空并不需要达到第二宇宙速度（11.2km/s）。第一宇宙速度（约7.9km/s）足以使航天器进入近地轨道。第二宇宙速度是航天器脱离地球引力束缚进入深空所需的速度。

3.火箭在发射过程中，高度越高，空气密度越低。

答案：正确

解题思路：火箭高度的增加，大气压力和密度都会降低，因为地球大气层是由不同密度的气层组成的，高度越高，气体分子越稀薄。

4.航天器控制系统需要实时监测飞行参数，以保证安全飞行。

答案：正确

解题思路：航天器控制系统确实需要实时监测各种飞行参数，如速度、高度、姿态、燃料量等，以保证航天器按照预定计划飞行，并在必要时进行调整。

5.太空中的航天器无法通过地面控制进行姿态调整。

答案：错误

解题思路：太空中的航天器通常配备有地面控制系统，可以远程发送指令进行姿态调整。通过地面控制，可以对航天器的方向、速度和轨道进行精确控制。三、填空题1.航天器的发射速度分为______、______和______三个阶段。

2.地球同步轨道的倾角为______度。

3.航天器在进入轨道前，需要先通过______来提高速度。

4.航天器姿态控制通常使用______进行。

5.地面控制中心通过______与航天器进行通信。

答案及解题思路：

1.答案：初速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度

解题思路：航天器的发射速度分为三个阶段：初速度是指航天器在发射架上时的速度，第二宇宙速度是指航天器脱离地球引力束缚所需的最小速度，第三宇宙速度是指航天器脱离太阳引力束缚所需的最小速度。

2.答案：0度

解题思路：地球同步轨道是指航天器绕地球运行的周期与地球自转周期相同，因此其倾角为0度，使得航天器始终处于地球的同一位置上空。

3.答案：火箭推进

解题思路：航天器在进入轨道前，需要通过火箭推进来增加其速度，以达到进入预定轨道所需的水平。

4.答案：动力系统

解题思路：航天器姿态控制通常通过其动力系统进行，通过调整推进器的喷气方向来控制航天器的姿态。

5.答案：无线电通信

解题思路：地面控制中心与航天器之间的通信通常采用无线电通信技术，通过地面站发射的无线电波与航天器上的接收设备进行通信。四、简答题1.简述航天器发射的过程。

航天器发射过程包括：发射前准备、发射窗口选择、火箭发射、航天器分离、轨道调整、进入轨道、发射成功确认等阶段。解题思路：按照航天器发射的时间线，逐步分析每个阶段的主要工作和注意事项。

2.简述地球同步轨道的特点和应用。

地球同步轨道的特点包括：轨道高度约为35,7公里、轨道平面与地球赤道平面重合、轨道周期与地球自转周期相等。应用方面，适用于通信卫星、气象卫星、地球观测卫星等。解题思路：先列出地球同步轨道的主要特点，再阐述其应用领域。

3.简述航天器控制系统的作用和组成部分。

航天器控制系统的作用包括：保持航天器在预定轨道上运行、调整航天器姿态、控制航天器速度等。组成部分包括：姿态控制系统、推进系统、飞行控制系统等。解题思路：首先明确控制系统的作用，然后分别介绍各个组成部分及其功能。

4.简述航天器推进系统的原理和应用。

航天器推进系统原理基于牛顿第三定律，通过喷出高速气体产生推力。应用方面，包括卫星轨道机动、姿态调整、变轨等。解题思路：阐述推进系统的工作原理，再列举其在航天器中的应用场景。

答案及解题思路：

1.答案：

航天器发射过程包括：发射前准备（包括火箭装配、航天器检查等）、发射窗口选择（考虑气象、轨道等因素）、火箭发射（点火、升空、变轨等）、航天器分离（火箭与航天器分离，航天器开始独立飞行）、轨道调整（调整航天器速度和姿态，使其进入预定轨道）、进入轨道（航天器进入预定轨道，并开始工作）、发射成功确认（发射任务成功，进行后续工作）。

解题思路：根据航天器发射的流程，依次介绍每个阶段的工作和注意事项。

2.答案：

地球同步轨道的特点：轨道高度约为35,7公里、轨道平面与地球赤道平面重合、轨道周期与地球自转周期相等。应用：适用于通信卫星、气象卫星、地球观测卫星等。

解题思路：列出地球同步轨道的特点，并列举其应用领域。

3.答案：

航天器控制系统的作用：保持航天器在预定轨道上运行、调整航天器姿态、控制航天器速度等。组成部分：姿态控制系统、推进系统、飞行控制系统等。

解题思路：先介绍控制系统的作用，然后分别介绍各个组成部分及其功能。

4.答案：

航天器推进系统原理：基于牛顿第三定律，通过喷出高速气体产生推力。应用：包括卫星轨道机动、姿态调整、变轨等。

解题思路：阐述推进系统的工作原理，并列举其在航天器中的应用场景。五、论述题1.试论述航天器发射过程中，火箭如何克服地球引力。

火箭克服地球引力的原理

火箭的推进原理

火箭的空气动力学设计

火箭的燃烧效率和比冲

火箭发射过程中的关键步骤

发射台准备

发射前检查

发射点火

火箭上升阶段

火箭进入预定轨道

火箭克服地球引力的技术手段

火箭的多级分离技术

火箭的助推器设计

火箭的逃逸系统

2.试论述航天器姿态控制的原理和重要性。

航天器姿态控制的原理

姿态控制系统的组成

推进器控制系统

反作用控制系统

控制面控制系统

航天器姿态控制的重要性

保证航天器稳定飞行

保证航天器任务执行

提高航天器能源效率

增强航天器安全性

答案及解题思路：

1.答案：

火箭克服地球引力的原理：火箭通过燃烧推进剂产生高速气体，利用反作用力克服地球引力。火箭的空气动力学设计使其在升空过程中减少空气阻力，提高推进效率。火箭的燃烧效率和比冲决定了火箭的推进能力。

火箭发射过程中的关键步骤：包括发射台准备、发射前检查、点火、上升阶段和进入预定轨道。

火箭克服地球引力的技术手段：多级分离技术、助推器设计和逃逸系统。

解题思路：首先阐述火箭克服地球引力的基本原理，然后详细说明火箭发射过程中的关键步骤，最后列举火箭克服地球引力的技术手段。

2.答案：

航天器姿态控制的原理：航天器姿态控制系统通过推进器、反作用控制系统和控制面控制系统来调整航天器的方向和位置。

航天器姿态控制的重要性：保证航天器稳定飞行，保证航天器任务执行，提高能源效率，增强安全性。

解题思路：首先介绍航天器姿态控制的原理，包括系统组成和各个控制系统的功能。然后论述姿态控制的重要性，强调其在航天器稳定飞行、任务执行、能源效率和安全性方面的作用。六、应用题1.根据地球自转速度和轨道高度，计算航天器在地球同步轨道上的运行周期。

（1）已知条件：

地球半径\(R\approx6,371\)km

地球自转角速度\(\omega\approx7.2921\times10^{5}\)rad/s

地球同步轨道高度\(h\approx35,7\)km

（2）解题步骤：

计算航天器轨道半径\(r=Rh\)

根据角速度和轨道半径，计算航天器运行周期\(T\)

（3）计算过程：

\[

r=Rh=6,371\,\text{km}35,7\,\text{km}=42,157\,\text{km}

\]

\[

T=\frac{2\pir}{\omega}=\frac{2\pi\times42,157\times10^3}{7.2921\times10^{5}}\,\text{s}

\]

\[

T\approx1.4368\times10^4\,\text{s}=3,980\,\text{minutes}

\]

因此，地球同步轨道上的航天器运行周期约为3,980分钟。

2.计算火箭第一级发动机推力的表达式。

（1）已知条件：

火箭质量\(m\)

推力\(F\)

第一级火箭的比冲\(I_{sp}\)

第一级火箭的有效排气速度\(v_e\)

（2）解题步骤：

根据比冲和标准海平面大气密度\(\rho_{std}\)，计算火箭的有效排气速度\(v_e\)

利用牛顿第二定律计算火箭推力\(F\)

（3）计算过程：

\[

v_e=I_{sp}\timesg_{std}

\]

其中\(g_{std}\approx9.80665\,\text{m/s}^2\)是标准重力加速度。

\[

F=m\timesa

\]

火箭的加速度\(a\)可以通过火箭的比冲和有效排气速度来计算：

\[

a=\frac{v_e}{\frac{2}{I_{sp}}\frac{2}{g_{std}}}

\]

因此，火箭第一级发动机的推力\(F\)表达式为：

\[

F=m\times\frac{v_e}{\frac{2}{I_{sp}}\frac{2}{g_{std}}}

\]

\[

F=m\times\frac{I_{sp}\timesg_{std}}{\frac{2}{I_{sp}}\frac{2}{g_{std}}}

\]

答案及解题思路内容：

第一题的答案为：地球同步轨道上的航天器运行周期约为3,980分钟。

第二题的答案为：火箭第一级发动机的推力\(F\)表达式为\(F=m\times\frac{I_{sp}\timesg_{std}}{\frac{2}{I_{sp}}\frac{2}{g_{std}}}\)。

解题思路：在计算运行周期时，使用地球自转速度和轨道高度来确定航天器的角速度，然后根据角速度和轨道半径计算周期。在计算推力表达式时，首先计算有效排气速度，然后结合牛顿第二定律和比冲来推导推力公式。七、分析题1.分析影响航天器发射成功的因素。

（一）技术因素

1.1火箭动力系统功能

分析火箭发动机的功能对发射成功的影响。

举例说明不同型号火箭发动机的功能特点及其对发射任务的影响。

1.2发射场设施与设备

分析发射场基础设施对发射成功的重要性。

讨论发射设备如遥测系统、地面控制系统等对发射任务的支持作用。

1.3航天器设计

分析航天器设计的合理性与可靠性对发射成功的影响。

讨论载荷、推进系统、结构等设计要素在发射过程中的作用。

（二）环境因素

2.1天气条件

分析风力、温度、湿度等天气条件对发射成功的影响。

讨论如何通过天气预报来评估发射窗口。

2.2空间环境

分析空间碎片、大气阻力等空间环境因素对航天器发射的影响。

讨论航天器发射前对空间环境的监测与评估。

（三）人为因素

3.1发射团队的专业水平

分析发射团队的技术能力、经验积累对发射成功的影响。

讨论团队培训、应急响应能力在发射过程中的重要性。

3.2操作规范与流程

分析发射操作规范和流程对发射成功的影响。

讨论如何通过严格的操作流程来降低人为错误的发生。

2.分析航