闡述一次航天史上的事故

1、闡述一次航天史上的事故一、闡述一次航天史上的事故，并說明事故的原因1、事故簡介哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返航失事： 2003 年 2 月 1 日，美國哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回地面過程中解體，機(jī)上 7 名航天員全部遇難，成為 16 年前挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事以來最大的一次航天事故。2、事故原因新報(bào)告公布之后，泡沫材料撞擊在“哥倫比亞”號(hào)失事中所起的作用，再次引起人們關(guān)注?！案鐐惐葋啞碧?hào)2 月 1 日解體墜毀后不久，泡沫碎塊問題就浮出水面。雖然美宇航局一直堅(jiān)持認(rèn)為，泡沫碎塊撞擊不會(huì)有嚴(yán)重后果，但負(fù)責(zé)對(duì)“哥倫比亞”號(hào)事故進(jìn)行調(diào)查的獨(dú)立委員會(huì)，目前仍在對(duì)泡沫碎塊的影響進(jìn)行深入分析。這一獨(dú)立調(diào)查委員會(huì)目前得出的最

2、主要結(jié)論是“哥倫比亞”號(hào)機(jī)殼上可能出現(xiàn)孔洞，導(dǎo)致超高溫氣體進(jìn)入航天飛機(jī)，最終釀成事故。而根據(jù)美宇航局 21 日公布的文件，宇航局一位工程師 1 月 29 日就曾在電子郵件中警告說，航天飛機(jī)外部隔熱瓦受損，有可能導(dǎo)致輪艙或起落架艙門出現(xiàn)裂孔。美國宇航局 2004 年 8 月 13 日進(jìn)一步確認(rèn)，美國“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷，是造成整起事故的禍?zhǔn)住?“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)事故調(diào)查委員會(huì)去年公布的調(diào)查報(bào)告稱，外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中航天飛機(jī)左翼前緣的名為 “增強(qiáng)碳碳”（即增強(qiáng)碳 -碳隔熱板）的材料。當(dāng)航天飛機(jī)返回時(shí)，經(jīng)過大氣層，產(chǎn)生劇烈摩擦使溫度高

3、達(dá)攝氏 1400 度的空氣在沖入左機(jī)翼后融化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，致使機(jī)翼和機(jī)體融化，導(dǎo)致了悲劇的發(fā)生。二、介紹一個(gè)具有航天器控制原理中，學(xué)習(xí)過的典型軌道的實(shí)際衛(wèi)星，并說明該衛(wèi)星的功用。根據(jù)其軌道高度，說明其可能收到的干擾力。1、實(shí)際衛(wèi)星及其功用地球同步衛(wèi)星，即地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對(duì)地靜止衛(wèi)星，是運(yùn)行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，地球同步衛(wèi)星常用于通訊、氣象、廣播電視、導(dǎo)彈預(yù)警、數(shù)據(jù)中繼等方面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地區(qū)的連續(xù)工作。在遙感應(yīng)用中，除了氣象衛(wèi)星外，一個(gè)突出的應(yīng)用就是通過地球同步軌道上的4 顆跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)高速率地傳送中低軌道地球觀測(cè)衛(wèi)星或航天飛機(jī)所獲取的地球資源與環(huán)境遙感數(shù)據(jù)。世界上第一顆地

4、球同步衛(wèi)星是1964 年 8 月 19 日美國發(fā)射的“辛康”（ syncom）3 號(hào)。中國于 1984 年 4 月 8 日、 1986 年 2 月 1 日和 1988 年 3 月7 日分別發(fā)射 3 顆用于通信廣播的地球同步衛(wèi)星。2、所受干擾力衛(wèi)星距離地球的高度約為 36000 km，衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同、運(yùn)行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相等，即 23 時(shí) 56 分 4 秒，衛(wèi)星在軌道上的繞行速度約為 3.1 公里 /秒，其運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。所以可能收到的干擾力：地球引力，太陽引力，月亮引力，太陽輻射壓力。三、舉出一刻實(shí)際的衛(wèi)星，說明其

5、姿態(tài)控制系統(tǒng)的組成。并說明該姿態(tài)控制系統(tǒng)主要用于客服那種干擾力矩，根據(jù)其姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)說明其受到的是常值干擾力矩還是周期性的干擾力矩。1、實(shí)際衛(wèi)星及其姿態(tài)控制組成北斗導(dǎo)航衛(wèi)星： 自身姿態(tài)確定， 主要通過激光陀螺儀，星敏感元件，以及太陽敏感元件等，進(jìn)行確定；通過自旋平衡系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)節(jié)校正。2、所受力矩的類型主要用于克服氣動(dòng)力矩、重力梯度力矩、磁干擾力矩、輻射力矩。由自旋穩(wěn)定的性質(zhì)克制受到的是常值力矩。四、說明載人飛船的返回艙為什么常采用鈍頭的軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)外形 ?詳細(xì)說明返回艙的降落傘著陸系統(tǒng)的工作過程。1、采用鈍頭結(jié)構(gòu)的原因這種外形結(jié)構(gòu)簡單，工程上易于實(shí)現(xiàn)?？梢詼p小在下降過程中的加速度， 保護(hù)宇航員

6、。2、傘降過程過程主要分為：拋掉頂蓋減速傘收縮狀開傘減速傘完全充滿減速傘脫離， 展開引導(dǎo)傘主傘開始充氣主傘收縮狀開傘打開 VHF 天線及閃光信標(biāo)主傘完全充滿主傘脫離落地。五、查閱文獻(xiàn)資料，利用 MATLAB 編程語言，根據(jù)地球和月球的質(zhì)量，計(jì)算得到地球和月球的引力作用范圍，設(shè)計(jì)航天器從地球到月球的初始軌道、轉(zhuǎn)移軌道和終軌道，并計(jì)算得到每次軌道轉(zhuǎn)移時(shí)所需要的速度增量的大小。利用 MATLAB 畫出初始軌道、轉(zhuǎn)移軌道和終軌道。 （作業(yè)中包含 MATLAB 程序）1、引力作用范圍的確定引力范圍的確定方法為： 首先已知地球和月球的質(zhì)量比，以及兩者的球心距。所以，在兩者的中心連線上有一點(diǎn)， 在這一點(diǎn)上，

7、 航天器所受到的地球的引力與月球的引力是相等的， 可以通過這個(gè)點(diǎn)來確定地球（月球）相對(duì)月球（地球）的引力作用范圍。如圖所示：設(shè)地球中心為 E，質(zhì)量為 M ，月球中心為 0，質(zhì)量為 m。顯然，在地月之間必有一點(diǎn) P，使質(zhì)量為 m的飛船處于此點(diǎn)時(shí)，地球?qū)λ囊εc月球?qū)λ囊ο嗟?。如設(shè) po 為 x,則 pe=d-x,令 M/m=k ，則有：M/(d-x) 2= m/x2M/ m = (d-x) 2/ x2(d-x)2= kx2（K 1）x2 +2dxd2=080 x2 +2dxd2=0(10 x-d)(8x+d)=0X1=0.1dX2=-0.12dX1X2=0.22d=84000可見同樣得到月

8、球的引力作用范圍是直徑為 84000 公里的一個(gè)球體， 其引力作用范圍半徑為 42000 公里同理，可知地球的引力作用范圍是342000千米2、軌道的確定通過對(duì)地球和月球的引力范圍的確定， 我們可以對(duì)地月轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行設(shè)計(jì)。繞地軌道的設(shè)計(jì)首先選擇初始的近地軌道， 這里我選用的是40000km。然后由于在距離地球 426000km 的那一點(diǎn)，地球和月球?qū)教炱鞯囊κ窍嗤?,便于被月球所捕獲，所以選擇終軌道的半徑為426000km。這樣就可以確定轉(zhuǎn)移軌道的半長軸a=233000，焦距 c=193000km。所以，由V2/2 u/r = u/2a可知在第一個(gè)變軌點(diǎn)出的速度增量為:V1= + 1.1

9、1 km/sV2= + 0.56km/s繞月軌道的設(shè)計(jì)由于在臨界點(diǎn)處兩球體的引力相同，所以航天器在此軌道上降速可以被月球所捕獲。 所以繞月的初軌道半徑為 42000km，同時(shí)選擇近月軌道的半徑為 8000km，所以可算得轉(zhuǎn)移軌道的半長軸為 a=25000km，c=17000km；所以，由上一問同理求得速度增量為：V3= 0.77 km/sV4= 0.23km/s3、軌道示意圖（ 1:1000）500繞 地 轉(zhuǎn)近 地軌4003002001000地月轉(zhuǎn)移軌道繞 月轉(zhuǎn)近 月地月V2-100V1V3-200-300V4-400-500-300-200-1000100200300400500600700

10、六、查閱資文獻(xiàn)料，利用 MATLAB 編程語言，根據(jù)地球、太陽和火星（或太陽系的其他衛(wèi)星）的質(zhì)量，計(jì)算得到各自的引力作用范圍，設(shè)計(jì)航天器從地球到火星的初始軌道、轉(zhuǎn)移軌道和終軌道，并計(jì)算得到每次軌道轉(zhuǎn)移時(shí)所需要的速度增量的大小。利用MATLAB 畫出初始軌道、轉(zhuǎn)移軌道和終軌道。 （作業(yè)中包含 MATLAB 程序）1、引力作用范圍的確定同樣，由第五題的方法可以求得地球相對(duì)太陽的作用范圍是 260000km，火星相對(duì)太陽的作用范圍是 130000km。而太陽的引力作用范圍則覆蓋整個(gè)太陽系。2、轉(zhuǎn)移軌道的設(shè)計(jì)根據(jù)引力范圍，可以設(shè)計(jì)由地球飛往火星的軌道，大致的思路是首先從地球發(fā)射后被太陽捕獲，再通過轉(zhuǎn)移

11、軌道被火星捕獲。 （由于相對(duì)于太陽與各個(gè)行星的距離而言， 繞地及繞火軌道都微不足道，所以就根據(jù)情況選取一些數(shù)據(jù)表示一下轉(zhuǎn)移軌道。所以速度增量的計(jì)算也會(huì)與實(shí)際不一樣） 繞地軌道初始軌道半徑為 8000km，轉(zhuǎn)移軌道的半長軸為 17000km，焦距為 9000km。速度增量為：V1= + 1.67 km/s 繞日軌道地日轉(zhuǎn)移軌道（繞日初軌道）的半徑為176000km；繞日終軌道（日火轉(zhuǎn)移軌道）的長半軸為 a=209500km，焦距為 c=33500km。速度增量為：V2= +27.34 km/s 繞火軌道繞火初軌道的長半軸為a=9000km，焦距為c=4000km；繞火終軌道半徑為 5000km。

12、速度增量為：V3= 275.69 km/sV4= 0.59 km/s3、軌道示意圖（ 1:1000）250日 火200近 地150繞月轉(zhuǎn)10050地太V2V30-50-100火V4V1近 月日 火近 日-150-200-250-50050100150200250300350-100附頁 ：（MATLAB 程序）1、第五題：t=0:0.1:6.28;x11=30*cos(t)+193;y11=30*sin(t);x1=40*cos(t)+193;y1=40*sin(t);x2=233*cos(t);y2=sqrt(2332-1932)*sin(t);x3=426*cos(t)+193;y3=42

13、6*sin(t);plot(x11,y11)fill(x11,y11,b)holdonplot(x1,y1)holdonplot(x2,y2)holdonplot(x3,y3)holdongridonx41=3*cos(t)+577;y41=3*sin(t);x5=25*cos(t)+594;y5=sqrt(252-172)*sin(t);x6=8*cos(t)+577;y6=8*sin(t);plot(x41,y41)fill(x41,y41,b)holdonplot(x5,y5)holdonplot(x6,y6)holdongridon2、第六題：t=0:0.1:6.28;x11=6*co

14、s(t)+9;y11=6*sin(t);x1=8*cos(t)+9;y1=8*sin(t);x2=17*cos(t);y2=sqrt(172-92)*sin(t);plot(x11,y11,b)fill(x11,y11,b)holdonplot(x1,y1,r)holdonplot(x2,y2,r)holdongridonx31=26*cos(t)+159;y31=26*sin(t);x3=176*cos(t)+159;y3=176*sin(t);x4=209.5*cos(t)+125.5;y4=sqrt(209.52-33.52)*sin(t);plot(x31,y31,r)fill(x31,y31,r)plot(x3,y3)holdonplot(x4,y4)holdongrido