航天科技宇航動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)解析

航天科技宇航動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)解析姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號(hào)______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號(hào)和地址名稱。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、單選題1.航天器的軌道力學(xué)中，描述物體在軌道上運(yùn)動(dòng)的物理量是：

A.速度

B.加速度

C.角速度

D.軌道半徑

答案：D

解題思路：軌道半徑是描述航天器在軌道上運(yùn)動(dòng)的空間位置，它是軌道力學(xué)中的基本參數(shù)。

2.在宇航動(dòng)力學(xué)中，描述航天器在地球引力場中運(yùn)動(dòng)的方程是：

A.歐拉方程

B.牛頓第二定律

C.開普勒定律

D.納維斯托克斯方程

答案：B

解題思路：牛頓第二定律適用于描述任何物體在受到力的作用下加速度如何變化，因此是描述航天器在地球引力場中運(yùn)動(dòng)的基本方程。

3.航天器繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，若要進(jìn)入更高的軌道，需要：

A.減小速度

B.增加速度

C.增加推力

D.改變方向

答案：C

解題思路：要進(jìn)入更高軌道，航天器需要增加速度，以便在更高的軌道上達(dá)到與引力平衡的離心力，這通常需要增加推力。

4.航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，需要：

A.增加燃料消耗

B.減少燃料消耗

C.改變速度方向

D.改變加速度大小

答案：C

解題思路：變軌操作通常涉及改變航天器的速度方向，以便改變其軌道軌跡，而不一定是改變加速度大小。

5.航天器在地球表面附近進(jìn)行飛行時(shí)，受到的主要阻力是：

A.空氣阻力

B.引力

C.重力

D.熱力

答案：A

解題思路：航天器在地球表面附近飛行時(shí)，與大氣摩擦?xí)a(chǎn)生空氣阻力，這是其主要阻力來源。

6.航天器進(jìn)入軌道時(shí)，其速度方向與地球自轉(zhuǎn)方向的關(guān)系是：

A.相同

B.相反

C.垂直

D.無關(guān)

答案：B

解題思路：為了進(jìn)入軌道，航天器必須具有一定的橫向速度以克服地球引力，這個(gè)速度方向通常與地球自轉(zhuǎn)方向相反。

7.航天器在空間站上進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要：

A.增加速度

B.減小速度

C.增加推力

D.調(diào)整方向

答案：D

解題思路：對(duì)接操作需要精確的控制，調(diào)整方向是實(shí)現(xiàn)精確定位的必要步驟。

8.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，為保證其姿態(tài)穩(wěn)定，通常需要：

A.調(diào)整速度

B.增加推力

C.旋轉(zhuǎn)航天器

D.改變軌道高度

答案：C

解題思路：保持航天器的姿態(tài)穩(wěn)定需要通過旋轉(zhuǎn)來抵消外部干擾和慣性力的影響。二、填空題1.航天器繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑越大，其周期越______（長/短）。

答案：長

解題思路：根據(jù)開普勒第三定律，軌道周期\(T\)的平方與軌道半長軸\(a\)的立方成正比，即\(T^2\proptoa^3\)。因此，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，周期也會(huì)隨之增長。

2.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其速度大小與軌道高度成______（正/反）比。

答案：反

解題思路：根據(jù)軌道力學(xué)中的第一宇宙速度公式，近地軌道上的物體繞地球運(yùn)行的速度\(v\)與軌道高度\(h\)之間的關(guān)系為\(v=\sqrt{\frac{GM}{rh}}\)，其中\(zhòng)(G\)是引力常數(shù)，\(M\)是地球質(zhì)量，\(r\)是地球半徑。由此可見，速度\(v\)與軌道半徑\(rh\)的平方根成反比，因此與軌道高度\(h\)成反比。

3.航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，通常需要通過______（火箭發(fā)動(dòng)機(jī)/空氣推進(jìn)器）產(chǎn)生推力。

答案：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

解題思路：航天器變軌操作需要改變其軌道能量，這通常是通過火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力來實(shí)現(xiàn)的。空氣推進(jìn)器適用于大氣層內(nèi)的飛行器，但在真空中的軌道操作中則無法產(chǎn)生足夠的推力。

4.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，受到的主要阻力是______（大氣阻力/引力）。

答案：大氣阻力

解題思路：航天器在軌運(yùn)行時(shí)，若處于大氣層中，則會(huì)受到大氣阻力的影響。但是大多數(shù)地球軌道上的航天器都位于大氣層之外，因此引力是它們?cè)谲夁\(yùn)行時(shí)受到的主要作用力。但由于題目要求填空，且在低軌道（例如近地軌道）上的航天器會(huì)遭受大氣阻力，因此正確答案是大氣阻力。

5.航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要______（調(diào)整速度/調(diào)整方向）。

答案：調(diào)整速度

解題思路：航天器對(duì)接需要精確的相對(duì)速度和位置，以保證對(duì)接成功。因此，在對(duì)接過程中，通常會(huì)通過調(diào)整航天器的速度來調(diào)整其軌道和姿態(tài)，以保證對(duì)接時(shí)的精確對(duì)接。雖然調(diào)整方向也是對(duì)接過程中的一個(gè)步驟，但通常是在速度調(diào)整的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。三、判斷題1.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其速度方向與地球自轉(zhuǎn)方向無關(guān)。（×）

解題思路：航天器在地球軌道上運(yùn)行時(shí)，其速度方向與地球自轉(zhuǎn)方向有關(guān)。航天器在赤道附近的軌道運(yùn)行速度方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，而在極地軌道上，速度方向與地球自轉(zhuǎn)方向垂直。

2.航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，需要增加燃料消耗。（√）

解題思路：變軌操作需要改變航天器的軌道速度和高度，這通常涉及到推進(jìn)劑的消耗。為了增加或降低軌道高度，或者改變軌道傾角，航天器需要消耗燃料。

3.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其加速度大小與軌道高度無關(guān)。（×）

解題思路：航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其加速度大小與軌道高度有關(guān)。在更高軌道上，由于距離地球更遠(yuǎn)，地球?qū)教炱鞯囊p小，因此加速度也相應(yīng)減小。

4.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，受到的主要阻力是引力。（×）

解題思路：航天器在軌運(yùn)行時(shí)，受到的主要阻力是大氣阻力，而不是引力。雖然引力在低軌道上對(duì)航天器產(chǎn)生顯著影響，但在高軌道上，大氣阻力才是影響航天器壽命的主要因素。

5.航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要增加速度。（×）

解題思路：航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要降低速度。增加速度會(huì)使航天器之間的相對(duì)速度增大，增加對(duì)接的難度和風(fēng)險(xiǎn)。因此，降低速度有助于提高對(duì)接的成功率。四、選擇題1.航天器繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道半徑越大，其周期越（A.長/短）。

A.長

解題思路：根據(jù)開普勒第三定律，軌道半徑的立方與周期的平方成正比，因此軌道半徑越大，周期越長。

2.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其速度大小與軌道高度成（A.正/反）比。

A.正

解題思路：在低地球軌道（LEO）中，航天器的運(yùn)行速度軌道高度的升高而減小，但在地球同步軌道（GEO）等更高軌道上，航天器的速度軌道高度的升高而增大。因此，速度與軌道高度成正比。

3.航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，通常需要通過（A.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)/空氣推進(jìn)器）產(chǎn)生推力。

A.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

解題思路：空氣推進(jìn)器在地球大氣層內(nèi)工作，而航天器在軌運(yùn)行時(shí)已脫離大氣層，因此無法使用空氣推進(jìn)器。變軌操作通常使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來產(chǎn)生足夠的推力。

4.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，受到的主要阻力是（A.大氣阻力/引力）。

A.大氣阻力

解題思路：航天器在近地軌道上運(yùn)行時(shí)，由于大氣密度較低，但仍有微弱的大氣阻力影響。而遠(yuǎn)地軌道上的航天器主要受到地球引力的影響，大氣阻力可以忽略不計(jì)。

5.航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要（A.調(diào)整速度/調(diào)整方向）。

A.調(diào)整速度

解題思路：對(duì)接過程中，航天器需要精確控制速度以匹配對(duì)方航天器的速度和軌道。調(diào)整方向雖然也很重要，但在對(duì)接初期，速度的匹配是關(guān)鍵。

答案及解題思路：

1.A（軌道半徑越大，周期越長）

2.A（速度與軌道高度成正比）

3.A（使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力）

4.A（主要受到大氣阻力）

5.A（調(diào)整速度以保證對(duì)接精度）五、簡答題1.簡述航天器在軌運(yùn)行時(shí)，軌道力學(xué)的基本原理。

軌道力學(xué)是航天器動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要分支，其基本原理主要包括：

引力定律：航天器在軌運(yùn)行受地球或其他天體的引力作用，其軌跡為拋物線、雙曲線或橢圓。

速度能量關(guān)系：航天器在軌道上運(yùn)行的速度與其動(dòng)能、勢(shì)能之間存在關(guān)系，即總能量守恒。

角動(dòng)量守恒定律：在沒有外力矩作用的情況下，航天器在軌道上運(yùn)行的角動(dòng)量保持不變。

奈端效應(yīng)：航天器在進(jìn)入或離開地球引力場時(shí)，會(huì)經(jīng)歷速度變化，這種現(xiàn)象稱為奈端效應(yīng)。

2.簡述航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，需要考慮的因素。

航天器進(jìn)行變軌操作時(shí)，需要考慮以下因素：

軌道高度：改變航天器的軌道高度，需要通過增加或減少推進(jìn)劑的消耗來實(shí)現(xiàn)。

軌道傾角：調(diào)整軌道傾角，可以通過改變航天器的飛行路徑或使用推力矢量控制實(shí)現(xiàn)。

線速度：改變航天器的線速度，通常通過施加推力改變其動(dòng)能，從而進(jìn)入新的軌道。

推進(jìn)劑：變軌操作需要消耗推進(jìn)劑，因此在設(shè)計(jì)和執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要考慮推進(jìn)劑的儲(chǔ)備和效率。

動(dòng)力學(xué)條件：如大氣阻力、引力擾動(dòng)等環(huán)境因素，都可能影響變軌的效果。

3.簡述航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，為了保證對(duì)接精度，通常需要采取的措施。

為了保證航天器對(duì)接的精度，通常采取以下措施：

高度同步：保證兩航天器的軌道高度基本一致，減少高度差帶來的對(duì)接難度。

速度匹配：調(diào)整航天器的速度，使其在對(duì)接過程中相對(duì)速度盡可能小，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

姿態(tài)控制：通過姿態(tài)控制系統(tǒng)調(diào)整航天器的方向和姿態(tài)，保證對(duì)接過程中保持正確的相對(duì)位置。

精密測控：使用雷達(dá)、光學(xué)相機(jī)等測控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測航天器的相對(duì)位置和姿態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

對(duì)接軟件：開發(fā)先進(jìn)的對(duì)接軟件，對(duì)對(duì)接過程進(jìn)行精確預(yù)測和模擬，優(yōu)化對(duì)接策略。

答案及解題思路：

答案：

1.軌道力學(xué)的基本原理包括引力定律、速度能量關(guān)系、角動(dòng)量守恒定律和奈端效應(yīng)。

2.變軌操作時(shí)需考慮軌道高度、軌道傾角、線速度、推進(jìn)劑和動(dòng)力學(xué)條件等因素。

3.對(duì)接時(shí)需要保證高度同步、速度匹配、姿態(tài)控制、精密測控和對(duì)接軟件的使用。

解題思路：

1.針對(duì)軌道力學(xué)原理，結(jié)合萬有引力定律和能量守恒定律進(jìn)行闡述。

2.分析變軌操作中的各個(gè)因素，解釋其對(duì)航天器軌道變化的影響。

3.結(jié)合航天器對(duì)接的實(shí)際情況，提出保證對(duì)接精度的具體措施，并說明其原理和必要性。六、論述題1.結(jié)合實(shí)例，論述航天器在軌運(yùn)行時(shí)，如何調(diào)整軌道高度和速度。

（一）調(diào)整軌道高度

（1）實(shí)例：國際空間站（ISS）的軌道調(diào)整

（2）方法：通過軌道機(jī)動(dòng)引擎（OMS）進(jìn)行推進(jìn)，改變航天器的速度和方向，從而調(diào)整軌道高度。

（二）調(diào)整軌道速度

（1）實(shí)例：嫦娥五號(hào)月球探測器返回地球

（2）方法：通過軌道機(jī)動(dòng)引擎進(jìn)行推進(jìn)，改變航天器的速度，實(shí)現(xiàn)從月球軌道到地球軌道的轉(zhuǎn)移。

2.結(jié)合實(shí)例，論述航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，如何保證對(duì)接精度。

（一）對(duì)接前的準(zhǔn)備

（1）實(shí)例：天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)對(duì)接

（2）方法：精確測量航天器的軌道參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和相對(duì)位置，保證對(duì)接前的條件滿足對(duì)接要求。

（二）對(duì)接過程中的控制

（1）實(shí)例：國際空間站（ISS）的對(duì)接任務(wù)

（2）方法：采用自主導(dǎo)航與控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測航天器的相對(duì)位置和姿態(tài)，進(jìn)行精確調(diào)整，保證對(duì)接精度。

答案及解題思路：

答案：

1.航天器在軌運(yùn)行時(shí)，調(diào)整軌道高度和速度主要通過以下方法：

調(diào)整軌道高度：使用軌道機(jī)動(dòng)引擎進(jìn)行推進(jìn)，改變航天器的速度和方向，從而調(diào)整軌道高度。例如國際空間站（ISS）在運(yùn)行過程中，通過軌道機(jī)動(dòng)引擎調(diào)整軌道高度，以維持其穩(wěn)定的運(yùn)行軌道。

調(diào)整軌道速度：同樣使用軌道機(jī)動(dòng)引擎進(jìn)行推進(jìn)，改變航天器的速度，實(shí)現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)移。例如嫦娥五號(hào)月球探測器在返回地球的過程中，通過軌道機(jī)動(dòng)引擎調(diào)整速度，從月球軌道轉(zhuǎn)移到地球軌道。

2.航天器進(jìn)行對(duì)接時(shí)，保證對(duì)接精度的方法包括：

對(duì)接前的準(zhǔn)備：精確測量航天器的軌道參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和相對(duì)位置，保證對(duì)接前的條件滿足對(duì)接要求。例如天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)對(duì)接前，進(jìn)行了詳細(xì)的軌道和姿態(tài)調(diào)整。

對(duì)接過程中的控制：采用自主導(dǎo)航與控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測航天器的相對(duì)位置和姿態(tài)，進(jìn)行精確調(diào)整，保證對(duì)接精度。例如國際空間站（ISS）的對(duì)接任務(wù)中，通過自主導(dǎo)航與控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精確對(duì)接。

解題思路：

1.針對(duì)航天器在軌運(yùn)行時(shí)調(diào)整軌道高度和速度的問題，首先需要了解軌道機(jī)動(dòng)引擎的工作原理和作用。結(jié)合實(shí)例分析航天器如何通過軌道機(jī)動(dòng)引擎調(diào)整軌道高度和速度，以及這些調(diào)整在實(shí)際任務(wù)中的應(yīng)用。

2.針對(duì)航天器對(duì)接時(shí)保證對(duì)接精度的問題，首先需要了解對(duì)接前的準(zhǔn)備工作，包括軌道參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和相對(duì)位置的測量。分析對(duì)接過程中的控制方法，如自主導(dǎo)航與控制技術(shù)，以及這些技術(shù)在實(shí)際對(duì)接任務(wù)中的應(yīng)用。七、計(jì)算題1.若航天器繞地球運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為R，地球半徑為r，地球質(zhì)量為M，求航天器在該軌道上的速度。

解題過程：

航天器繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的向心力由地球的萬有引力提供。根據(jù)牛頓的萬有引力定律和向心力公式，我們有：

\[F=G\frac{Mm}{R^2}\]

其中，G為萬有引力常數(shù)，M為地球質(zhì)量，m為航天器質(zhì)量，R為軌道半徑。

向心力也可以表示為：

\[F=m\frac{v^2}{R}\]

將兩個(gè)力等式相等，得到：

\[G\frac{Mm}{R^2}=m\frac{v^2}{R}\]

簡化后，得到航天器的速度v：

\[v=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

2.若航天器在軌運(yùn)行時(shí)，其速度大小為v，軌道半徑為R，地球質(zhì)量為M，求航天器在該軌道上的向心加速度。

解題過程：

向心加速度a可以通過速度v和軌道半徑R計(jì)算得到，公式為：

\[a=\frac{v^2}{R}\]

將已知速度v和軌道半徑R代入，得到：

\[a=\frac{(\sqrt{\frac{GM}{R}})^2}{R}=\frac{GM}{R^2}\]

3.若航天器進(jìn)行變軌操作，需要從低軌道進(jìn)入高軌道，求航天器需要增加的速度大小。

解題過程：

從低軌道進(jìn)入高軌道，航天器需要增加速度以克服地球引力勢(shì)能的增加。增加的速度Δv可以通過能量守恒定律計(jì)算：

\[\Deltav=\sqrt{\frac{GM}{R_{high}}}\sqrt{\frac{GM}{R_{low}}}\]

其中，\(R_{hig