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绪论
二体相对运动方程
二体相对运动方程的求解
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主要研究内容:人造物体(航天器)在空间(距离地面100km以上)自然力和人为控制力作用下运动的一门学科。
课程名称:航天器动力学基础与应用
主要包括天体引力和大气阻力
航天器的运动:包括质心运动和姿态运动,相应的课程为航天器质心动力学和航天器姿态动力学。
航天器质心运动和姿态运动是解耦的,因此可以分开研究和控制。为什么?
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课程主要研究内容:
1、航天器运动数学建模(物理规律的研究)
2、数学模型的求解(微分方程的求解)
3、数学模型解算条件的提供(微分方程解算条件的提供)
4、航天器运动规律的应用(具体的工程实践)
物理规律的研究:牛顿定理和万有引力定理
非线性微分方程的求解:
数学模型解算条件的提供:初始轨道的测量和最优控制
航天器运动规律的应用:各种航天任务的轨道设计
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航天器质心运动规律的研究是一切航天任务的开始的基础
任何航天任务的设计都要满足其基本的运动规律(例如:在万有引力作用下,航天器作圆锥曲线运动)
讨论问题:有没有可能设计任意飞行的航天器?
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航天器相对运动实例
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对于人造地球卫星来说,航天器轨道高度是任务设计的关键参数。
为什么?
轨道高度决定了:
发射成本
效载荷规模。如雷达、光学相机、通信卫星发射机
对地球的覆盖范围。
对热点地区的覆盖特性
决定了一些有特殊用途的轨道
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对于深空探测器,航天器轨道设计决定了整个任务过程
卡西尼号是17国参与的土星探测任务,历时过6年8个月、32亿千米。
卡西尼号的诡异飞行轨迹
为什么这样设计?
行星助力飞行,节省燃料。如果直接飞往土星,需要70吨推进剂,
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亚星三号卫星
亚星三号是美国休斯公司为香港亚洲卫星公司制作的通信卫星,于1997年12月由质子火箭发射进入地球静止轨道,但由于火箭故障,进入了轨道倾角为51°的无用轨道,发射失败,香港卫星公司向保险公司索赔2亿美金。
一个航天史上的故事由此开始
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从严格意义上来说,航天器动力学开始于上世纪50年代前苏联发射第一颗人造地球卫星,但它的起源非常久远。
古典天文学
中国是世界上天文学起步最早,发展最快的国家之一。早在尧舜时代就设置了天文官。
古希腊也是古典天文学什么发达的国家,取得了辉煌的成就,并对欧洲各国的文化影响很大。主要成果包括:确定地球的形状和大小;日月的远近和大小;日心说等。
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古典天文学的社会需求
制定历法的需要,知道农业生产。如我们常说的24节气
预测天灾人祸,旦夕祸福。(在古代,占星术和天文学是没有明显的区别的)
古典天文学研究方法
没有理论指导,没有先进的观测手段
兴趣,长期不懈的观测,积极思考
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