人教版教材《測量平均速度》實用1

01四月20241第2章空間環(huán)境及其對航天活動的影響01四月20241第2章空間環(huán)境及其對航天活動的影響內(nèi)容大綱概述太陽電磁輻射及其對航天活動的影響地球大氣地球電離層及其對導(dǎo)航定位的影響地磁場及其對航天器姿態(tài)的影響其他環(huán)境因素對航天活動的影響太陽及日—地環(huán)境預(yù)報和預(yù)警內(nèi)容大綱概述2.1概述外層空間環(huán)境對航天器的運動和各系統(tǒng)工作有明顯的影響，這些環(huán)境包括電磁輻射、真空、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、空間碎片、行星大氣、磁場和引力場等。根據(jù)各種空間環(huán)境的時間和空間分布特性，太陽系內(nèi)的空間環(huán)境大致可以分為：行星際空間環(huán)境、地球空間環(huán)境和其他行星空間環(huán)境。

2.1概述外層空間環(huán)境對航天器的運動和各系統(tǒng)工作有明顯的影行星際空間環(huán)境太陽電磁輻射太陽宇宙線太陽風(fēng)行星際磁場銀河宇宙線微流星體和空間碎片行星際空間環(huán)境太陽電磁輻射空間環(huán)境與航天范·艾倫：美國著名的天文學(xué)家，地球物理學(xué)家，地球輻射帶（范艾倫輻射帶）發(fā)現(xiàn)者，通過探險者一號與探險者三號發(fā)現(xiàn)、驗證了近地空間存在輻射帶。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，16.5%航天故障是由于空間環(huán)境造成的。近地空間：一般指距離地球90～65000km（10個地球半徑）以內(nèi)的范圍?？臻g環(huán)境與航天范·艾倫：美國著名的天文學(xué)家，地球物理學(xué)家，地球引力場對低地球軌道上的航天器軌道和姿態(tài)控制影響最大，引力加速度及重力梯度力矩直接影響總體方案的選擇和控制方案的選取，重力梯度力矩大小與航天器的特征長度五次冪成正比。地球大氣對天地往返運輸系統(tǒng)在進入和返回時產(chǎn)生氣動加熱。在500km以下，大氣是僅次于引力的第二大因素，大氣阻力對軌道維持、氣動力及其力矩、推進劑消耗量影響十分重要，直接影響著空間站運營管理的控制策略，對于大型空間站氣動力矩正比于特征尺度的三次方，姿控推進劑消耗量正比于特征尺寸度的四次方，軌道阻力補償量正比于特征尺寸度的平方。地球引力場對低地球軌道上的航天器軌道和姿態(tài)控制影響最大，引力太陽光輻射和反照是空間站熱設(shè)計中的外熱源的環(huán)境依據(jù)，是太陽能電池光源的提供者，另外，太陽光壓引力的阻力和力矩對空間站的影響不可忽略。地球磁場與空間站剩余磁矩相互作用產(chǎn)生磁力矩，產(chǎn)生感應(yīng)電位，影響環(huán)境參數(shù)的測量和實驗。等離子體對太陽能電池帆板產(chǎn)生主動充電，并且使電磁波的折射指數(shù)發(fā)生改變，進而改變電磁波傳播路徑?？焖賻щ娏Ｗ訉υ骷a(chǎn)生電離、輻射損傷，導(dǎo)致軟錯誤，硬錯誤，部分或永久失效。流星、人造殘骸對航天器結(jié)構(gòu)撞擊、磨蝕導(dǎo)致機械損傷。太陽光輻射和反照是空間站熱設(shè)計中的外熱源的環(huán)境依據(jù)，是太陽能空間環(huán)境最大特點是其參數(shù)隨時間和空間不斷變化而變化，所以，一成不變的環(huán)境模型（式）對航天活動而言是沒有任何價值的，需要進行動態(tài)的補充和更新。在軌運行的航天器處于十分復(fù)雜的空間環(huán)境包圍之中。大氣密度對低地球軌道上的航天器的軌道壽命的影響很大，空間帶電粒子輻射對航天材料、儀器設(shè)備和航天員都有損害作用。電離層影響著無線電波的傳播，因而影響通訊、導(dǎo)航與定位。太陽電磁輻射及其反照影響航天器的環(huán)境的外熱源。地磁場對航天器姿態(tài)控制方法有很大的影響。近地空間的微流星和空間碎片對航天器的結(jié)構(gòu)存在潛在損害?？臻g環(huán)境最大特點是其參數(shù)隨時間和空間不斷變化而變化，所以，一2.2太陽電磁輻射及其對航天活動的影響太陽是日—地空間主要的輻射源，輻射類型包括：太陽黑子和11年周期黑子活動有11年周期，稱為太陽黑子周。太陽耀斑太陽射電發(fā)射太陽電磁輻射2.2太陽電磁輻射及其對航天活動的影響太陽是日—地空太陽輻射對航天活動的影響在軌運行的航天器建立自身熱平衡的主要熱源就是太陽能，它是航天器設(shè)計尤其是熱設(shè)計的主要環(huán)境條件。地球反照和地球及其大氣系統(tǒng)的紅外輻射也是在進行航天器熱設(shè)計時要考慮的因素。太陽的紫外輻射會使熱控表明深層和熱控材料、器件的潛能退化，可能導(dǎo)致航天器失去熱平衡。此外，紫外輻射對絕緣材料、光學(xué)材料和高分子材料也十分有害。太陽電池方陣功率的精確計算與太陽光譜數(shù)據(jù)相關(guān)。太陽光壓對航天器的姿態(tài)控制力矩估計及航天器軌道保持能力都有影響。太陽輻射對航天活動的影響在軌運行的航天器建立自身熱平衡的主要2.3地球大氣大氣模式指大氣狀態(tài)和變化過程的模式，它是以數(shù)學(xué)方程組表示的理論模型。大氣模式是對真實大氣的某種應(yīng)用的初步近似，找出某一過程的主要因子。統(tǒng)計模式以大量的觀測資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)學(xué)處理后給出一定的公式或計算程序?？梢圆榈讲煌瑮l件下各種大氣結(jié)構(gòu)參數(shù)的時間和空間分布。所謂大氣結(jié)構(gòu)是指其物理和化學(xué)狀態(tài)的基本參數(shù)，如溫度、壓力、密度、成分，以及大氣運動的空間分布和隨時間的變化。標(biāo)準(zhǔn)大氣和參考大氣的異同？（地理條件和季節(jié)條件）2.3地球大氣大氣模式指大氣狀態(tài)和變化過程的模式，它是以航天領(lǐng)域內(nèi)常用的大氣模式主要包括Jacchia模式和Msis模式。Jacchia模式主要有J65、J70、J77，使用了1958～1975年間17年的衛(wèi)星阻力數(shù)據(jù)，用該模式進行軌道跟蹤測量與設(shè)計時與真實大氣擬合的最好。任何模式都力圖根據(jù)要求盡可能的反應(yīng)大氣隨季節(jié)、晝夜、太陽活動和緯度的變化。實際上，真實的大氣包括的物理過程很復(fù)雜，要從理論上得到大氣主要物理量的分布是不現(xiàn)實的，完全從實測資料發(fā)現(xiàn)規(guī)律也是很困難的，所以現(xiàn)有的大氣模式絕大部分都是半經(jīng)驗半理論的。航天領(lǐng)域內(nèi)常用的大氣模式主要包括Jacchia模式和Msis2.4地球電離層及其對導(dǎo)航定位的影響大氣層包括了兩部分：中性大氣和部分電離大氣，后者對應(yīng)于低溫的等離子體。電離層對在其中傳播的電磁波產(chǎn)生折射、反射、散射、吸收和色散的現(xiàn)象。電離層改變電波傳播路徑，導(dǎo)致時延和到達角改變；電離層內(nèi)的不規(guī)則體是經(jīng)過的信號產(chǎn)生聚焦或散焦，造成波能損失，信號失真甚至丟失。局部電離層還可能產(chǎn)生噪聲，改變天線的阻抗特性；航天系統(tǒng)涉及到很多電波傳播問題，比如測控系統(tǒng)的定軌問題，制導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)的定位問題。2.4地球電離層及其對導(dǎo)航定位的影響大氣層包括了兩部分：中電離層對通訊和航天活動的影響電離層對無線電波的吸收（電子從無線電波獲得的能量通過碰撞轉(zhuǎn)移給大氣的中性成分）多普勒頻移（由于電離層的運動或電離層特性隨時間變化，導(dǎo)致電波在電離層中傳播的路徑隨時間變化，接收到的電波信號的頻率發(fā)生了偏移）航天器與電離層的相互作用等離子體鞘對航天器的不等量充電400～600km高度上航天器上的電流泄漏電離層對通訊和航天活動的影響電離層對無線電波的吸收（電子從無2.5地球磁場及其對航天器姿態(tài)影響在近地空間環(huán)境中對航天活動有危害的帶電粒子有三個來源，即地球輻射帶（范艾倫帶），主要成分是質(zhì)子和電子，被地球磁場所捕獲，經(jīng)常穩(wěn)定地存在，強度大。太陽宇宙線，主要指太陽發(fā)生耀斑時射出的帶電粒子，持續(xù)時間短、強度大。銀河宇宙線，來自銀河系，單個粒子能量很高，強度卻很小。2.5地球磁場及其對航天器姿態(tài)影響在近地空間環(huán)境中對地球磁場與航天器剩余磁矩相互作用產(chǎn)生磁力矩，有用的磁力線圈是控制系統(tǒng)的一部分。由于有磁場影響改天了航天器本體表面的電磁狀態(tài)，并產(chǎn)生感應(yīng)電位，影響對環(huán)境參數(shù)的測量和實驗。地磁場對航天器姿控已經(jīng)環(huán)控方案設(shè)計造成一定的影響。地球磁場與航天器剩余磁矩相互作用產(chǎn)生