北大太空探索課件02探索太空-2探索太空的航天器

1、第七章 探索太空的航天器航天器的構(gòu)成航天器的分類地球空間探測(cè)太陽(yáng)觀測(cè)什么叫航天器基本上按照天體力學(xué)的規(guī)律在太空運(yùn)行的各類人造飛行體統(tǒng)稱為航天器（Spacecraft） 航天器的構(gòu)成科學(xué)負(fù)載:各種科學(xué)儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng): 信息的存儲(chǔ)和預(yù)處理姿態(tài)控制系統(tǒng): 自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定通信系統(tǒng): 天線與電子部件電源系統(tǒng): 太陽(yáng)能電池,蓄電池與核電源溫度控制系統(tǒng):保持航天器正常運(yùn)行推進(jìn)系統(tǒng): 用于變軌航天器分類方法是否載人是否圍繞地球飛行目標(biāo)和飛行方式 載人航天器(manned spacecraft)：載人飛船、航天飛機(jī)和空間站不載人航天器(unmanned spacecraft) ：衛(wèi)星、飛船（行星探測(cè)器）根

2、據(jù)目標(biāo)和飛行方式 分類從探索太空的角度，可 將航天器分為10種類型：科學(xué)衛(wèi)星（Satellite）空間站（Space station）飛越飛船（Flyby spacecraft）軌道器（Orbiter ）大氣層探測(cè)器（Atmospheric Probe）著陸器（Lander）漫游器（Rover）穿進(jìn)器（Penetrator）太空觀測(cè)臺(tái)(Observator )跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（Tracking and Data Relay Satellite ）1.科學(xué)衛(wèi)星 用于對(duì)地球空間、行星際空間和太陽(yáng)進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)種類: 地球空間探測(cè)衛(wèi)星 太陽(yáng)和太陽(yáng)風(fēng)觀測(cè)衛(wèi)星 空間對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星第一顆人造地球衛(wèi)星1957

3、.10.4：蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼”1號(hào)（Sputnik-1）外殼直徑為58cm的鋁球，質(zhì)量為83.6kg;內(nèi)裝一只化學(xué)電池，一臺(tái)雙頻發(fā)射機(jī)，可獲得高層大氣和電離層的信息。蘇聯(lián)的第二顆衛(wèi)星1957-11-03發(fā)射帶電粒子探測(cè)器、太陽(yáng)輻射計(jì)攜帶了小狗萊卡觀測(cè)萊卡的 電視攝像機(jī)美國(guó)的第一顆衛(wèi)星1958.1.31：美國(guó)發(fā)射“探險(xiǎn)者-1”衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)地球輻射帶地球空間探測(cè)按探測(cè)方式分: 就地(in situ) 和遙感探測(cè)按同時(shí)探測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量分: 單星,雙星和星座(四顆以上)就地探測(cè)優(yōu)點(diǎn): 探測(cè)儀器直接與待測(cè)的對(duì)象接觸,準(zhǔn)確度比較高缺點(diǎn): (1)如果是單星探測(cè),只能探測(cè)沿衛(wèi)星軌道的物理參數(shù) (2

4、)不能區(qū)分物理量的空間變化和時(shí)間變化 遙感探測(cè)優(yōu)點(diǎn):可同時(shí)獲得距離衛(wèi)星不同區(qū)域的物理參數(shù)缺點(diǎn):探測(cè)結(jié)果與理論模式有關(guān),準(zhǔn)確度受到限制TIMED衛(wèi)星的紫外遙感探測(cè)雙星探測(cè)特點(diǎn): (1)可同時(shí)獲得不同地點(diǎn)物理量的空間分布 (2)如果改變兩顆衛(wèi)星的距離,可獲得某些物理量不同空間尺度的變化ISEE-1/2衛(wèi)星國(guó)際日地探索者衛(wèi)星兩顆衛(wèi)星的相對(duì)位置可根據(jù)需要調(diào)節(jié)星座探測(cè)優(yōu)點(diǎn):可獲得待測(cè)物理參數(shù)的三維分布缺點(diǎn):衛(wèi)星數(shù)量多(至少4顆),成本高,操作復(fù)雜CLASER-II衛(wèi)星THEMIS(亞暴演變與微尺度相互作用)發(fā)射特征5個(gè)相同的衛(wèi)星尾向排列3個(gè)衛(wèi)星在10Re監(jiān)測(cè)電流中斷開始2個(gè)分別衛(wèi)星在20Re和30Re遙

5、感監(jiān)測(cè)等離子體加速THEMIS 在2007年2月用同一顆火箭發(fā)射磁層多尺度（MMS)5顆自旋穩(wěn)定的衛(wèi)星四個(gè)軌道階段：階段 1: 1.2 RE 12 RE, 10傾角.(9個(gè)月)階段2: 1.2 RE 30 RE, 10傾角.(3個(gè)月)階段3: 8 RE 100-120 RE月球引力助推取得 90軌道平面變化階段4: 10 RE 40 RE,傾角.(11個(gè)月)磁層星座（MC)太陽(yáng)觀測(cè)地心軌道衛(wèi)星拉個(gè)朗日點(diǎn)衛(wèi)星日心軌道衛(wèi)星地心軌道衛(wèi)星高能太陽(yáng)分光成像儀SOLAR-ASOLAR-B太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)者一些應(yīng)用衛(wèi)星高能太陽(yáng)分光成像儀2002年2月5日發(fā)射600公里圓形軌道,傾角為30度第一個(gè)硬X射線成像儀

6、主要目的是研究耀斑SOLAR-B測(cè)量太陽(yáng)磁場(chǎng)研究CME和耀斑發(fā)生的原因太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)者研究磁場(chǎng)怎樣產(chǎn)生和怎樣加熱日冕研究紫外和極紫外輻射的變化性太陽(yáng)活動(dòng)預(yù)報(bào)了解太陽(yáng)活動(dòng)周期產(chǎn)生的原因日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)（ STEREO ）Solar TErrestrial RElations Observatory （STEREO）2006年6月發(fā)射對(duì)CME進(jìn)行立體觀測(cè)太陽(yáng)與日球觀測(cè)臺(tái)(SOHO)1995年12月2日發(fā)射位于L1點(diǎn)重1850公斤12個(gè)儀器尤里賽斯(Ulysses)1990年10月6日發(fā)射1992年2月8日飛越木星,利用引力助推作用,軌道變?yōu)樘?yáng)極軌2007年11月30日開始第三次飛越太陽(yáng)北極太陽(yáng)軌道

7、器日心軌道,距離太陽(yáng)45個(gè)太陽(yáng)半徑日面分辨率為100公里2015年發(fā)射太陽(yáng)哨兵太陽(yáng)探測(cè)器(Solar Probe)距太陽(yáng)表面的最近為3RS目的:確定磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和變化日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速的能源能量粒子加速的就機(jī)制塵埃等離子體及其對(duì)太陽(yáng)風(fēng)和能量粒子的影響2. 空間站3.飛越飛船 旅行者星塵水手系列先鋒系列冥王星-開泊帶快車4.軌道器圍繞行星運(yùn)行的航天器，典型代表有： 卡西尼土星軌道器 火星勘查軌道器 麥哲倫金星軌道器5.大氣層探測(cè)器 惠更斯探測(cè)器伽利略大氣層探測(cè)器維伽1金星氣球維伽2金星氣球6.著陸器 Viking（海盜） Mars Landers Venera 13（金星）Venus Lande

8、r Surveyor（勘察器） Moon Landers 獵兔犬2號(hào)Luna 167.穿進(jìn)器 Deep Impact (深度撞擊)Ice Pick (探測(cè)歐羅巴) Lunar-A (探測(cè)月球) 8.漫游器 火星探路者勇氣號(hào)與機(jī)遇號(hào)“鳳凰”火星著陸器火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室9.太空觀測(cè)臺(tái)太空觀測(cè)臺(tái)的目的是進(jìn)行空間天文觀測(cè)，但并沒有將其發(fā)射到觀測(cè)目標(biāo)附近，而是位于以地球或太陽(yáng)為中心的軌道。 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡 錢德拉 X-射線觀測(cè)臺(tái)康普頓射線觀測(cè)臺(tái)STIRF空間紅外望遠(yuǎn)鏡GLAST哈勃空間望遠(yuǎn)鏡軌道為高度大約為600 km 的圓形軌道，軌道周期約97 分鐘，軌道傾角為 28.5長(zhǎng) 15.9 m重 11,110

9、kg主反射鏡孔徑為 2.4 m ，高于籃球運(yùn)動(dòng)員 Gheorghe Muresan, who is 2.3 m.目前的儀器ACS 高級(jí)觀測(cè)攝像機(jī) WFPC2- 寬視場(chǎng)與行星攝像機(jī)2 STIS- 空間望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀NICMOS 近紅外攝像機(jī)與多目標(biāo)光譜儀FGS 小天體導(dǎo)引傳感器Timeline1990年4月24日由“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)發(fā)射，4月25日進(jìn)入太空1993年12月2日第一次進(jìn)行維修1997年2月11日進(jìn)行第二次維修1999年 12月19日進(jìn)行 3A 維修2002年進(jìn)行 3B維修與安裝新設(shè)備2008?第四次維修，安裝廣角攝像機(jī)3和宇宙起源光譜儀，維修電池和陀螺儀。2008-2012結(jié)束運(yùn)

10、行，令其墜毀于大氣層Chandra X 射線望遠(yuǎn)鏡所用材料是低膨脹系數(shù)的玻璃陶瓷。經(jīng)過精密的嚴(yán)磨和拋光后，得到所要求的高質(zhì)量表面光潔度。錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡的平滑度是幾個(gè)原子大小的量級(jí)，如果地球也是如此平滑，其最高的山峰也低于2m。成像質(zhì)量的關(guān)鍵取決于反射鏡的形狀、部件準(zhǔn)直度和表面質(zhì)量，后者在短波長(zhǎng)更為重要。康普頓(Compton)射線觀測(cè)臺(tái)James Webb Space Telescope發(fā)射日期:2011年8月負(fù)載質(zhì)量:6200公斤(哈勃望遠(yuǎn)鏡的1/3)主反射鏡孔徑:6.5mSIRTF GLAST10、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（TDRS）轉(zhuǎn)發(fā)地面站對(duì)中、低軌道航天器的跟蹤、遙控信息和轉(zhuǎn)發(fā)航天器發(fā)

11、回地面的數(shù)據(jù)的通信衛(wèi)星。TDRS的功能跟蹤、測(cè)定中、低軌道衛(wèi)星 為對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)遙感、遙測(cè)數(shù)據(jù) 承擔(dān)航天飛機(jī)和載人飛船的通信和數(shù)據(jù)傳輸中繼業(yè)務(wù)滿足軍事特殊需要 TDRS的構(gòu)成對(duì)地通信天線全向天線多波段通信天線太陽(yáng)電池?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器中國(guó)的天鏈一號(hào)01星 2008年4月26日發(fā)射可覆蓋衛(wèi)星或飛船50%的飛行弧段事實(shí)傳送資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等應(yīng)用衛(wèi)星獲得的科學(xué)數(shù)據(jù) 使航天器故障能夠及早發(fā)現(xiàn)、盡早解決 。美國(guó)的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星第一代：TDRS1-7第二代：TDRS8-10TDRS1-10美國(guó)的TDRS分布我國(guó)的地球空間探測(cè)活動(dòng)?xùn)|方紅一號(hào)衛(wèi)星（DFH-1） 東方紅二號(hào)（DFH-2） 于1984年4月8

12、日首次發(fā)射成功。共研制和發(fā)射3顆東方紅二號(hào)衛(wèi)星。 東方紅三號(hào)衛(wèi)星（DFH-3） 星上有24路轉(zhuǎn)發(fā)器。服務(wù)區(qū)域包括：中國(guó)大陸、海南、臺(tái)灣及近海島嶼。 于1997年5月12日由長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭發(fā)射升空，5月20日16時(shí)衛(wèi)星成功的定點(diǎn)于東經(jīng)125赤道上空。 返回式一號(hào)衛(wèi)星（FSW-1） 我國(guó)第一代返回式軍事照相偵察衛(wèi)星。 FSW-1為可見光照相偵察衛(wèi)星，攜帶一臺(tái)全景掃描相機(jī)。衛(wèi)星完成預(yù)定攝影任務(wù)后，將存放膠片的再入艙，在預(yù)定的地區(qū)回收。于1975年11月26日發(fā)射入軌，29日返回。共發(fā)射9顆。 返回式一號(hào)甲（FSW-1A） 是我國(guó)第一代軍事攝影定位衛(wèi)星。至今已進(jìn)行了5次飛行試驗(yàn)，4次獲得成功。返回

13、式一號(hào)甲衛(wèi)星由返回艙和儀器艙（包括過渡段）兩大部分組成。于1987年9月9日至13日進(jìn)行了首顆衛(wèi)星的飛行試驗(yàn)，安全返回。返回式衛(wèi)星(FSW-2) FSW-2是我國(guó)第二代返回式衛(wèi)星，迄今已成功發(fā)射了3顆。軌道壽命：1520天 。FSW-2的底部最大直徑2.2m?？傞L(zhǎng)度4.64m，起飛質(zhì)量25003100kg。 實(shí)踐一號(hào)衛(wèi)星（SJ-1） 科學(xué)探測(cè)和技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星.于1977年3月3日發(fā)射入軌,1979年5月11日衛(wèi)星軌道壽命結(jié)束,星上長(zhǎng)期工作的遙測(cè)系統(tǒng)一直清晰地向地面發(fā)回遙測(cè)信息。 實(shí)踐二號(hào)衛(wèi)星（SY-2） 采用“一箭三星”發(fā)射方案，即以實(shí)踐二號(hào)為主星，加實(shí)踐二號(hào)甲和實(shí)踐二號(hào)乙，共3顆衛(wèi)星一起發(fā)射。1981年9月20日首次發(fā)射成功。 實(shí)踐四號(hào) (SJ-4) 我國(guó)發(fā)射的第一顆小衛(wèi)星，主要研究空間帶電粒子及其對(duì)航天器的影響。是我國(guó)第一次發(fā)射的對(duì)空間帶電粒子及其效應(yīng)進(jìn)行探測(cè)的衛(wèi)星。 實(shí)踐五號(hào)衛(wèi)星（SJ-5） SJ-5號(hào)衛(wèi)星是小型應(yīng)用衛(wèi)星 ，可用于科學(xué)試驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。科學(xué)試驗(yàn)： 空間流體科學(xué)實(shí)驗(yàn)、單粒子效應(yīng)及其對(duì)策研究、S波段高速數(shù)傳發(fā)射機(jī)試驗(yàn)及大容量固態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)。北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星（Beidou） 全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。第一發(fā)： 2000.10.30 第二發(fā)： 2000.12.20 第三發(fā)： 2003.5.25第四發(fā)： 2007.2.3第五發(fā)