载人航天论文

载人航天技术入门结课论文

先进控制技术在航天器上的应用

学院：电气工程学院

专业：测控技术与仪器

班级：测控班

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学号：

一、航天器与控制技术

航空与航天是20世纪人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域，也是人类文明高度发展的重要标志。

航天领域历来是高科技“盛宴”，是一个国家综合实力的标志，要想领取“太空俱乐部”的入门券，必须靠实力说话。美国和俄罗斯是航天领域的“两极”，其载人航天技术处于世界领先水平。欧洲空间局、中国和日本正成为航天领域迅速崛起的“第三极”。

近几年来，神州系列飞船与天宫一号等一系列航天器的成功发射，向世界证明了中国快速增长的航天技术实力，神舟七号返回成功，使中国返回式航天器搜救和控制技术进入世界先进行列，我国在稳步疾速的追赶航天大国的脚步。

在为我国的航天事业呐喊加油的同时，我们也要积极的学习航天方面的重要知识。其中先进控制技术在航天器上的应用极其重要。

航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一。说白了，航天器就是一个钢铁疙瘩，没有了控制系统，就失去了对它的技术监控与各种控制。针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求，结合高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状，先进控制技术的应用极其重要。

要了解先进航天技术在航天器上的应用，先来了解一下航天器的基本知识。

航天器：

航天器是在地球大气层以外的宇宙空间执行探索、开发和利用太空以及地球以外天体的特定任务的飞行器。

航天器的分类：

航天器可分为载人航天器和无人航天器，载人航天器又分为载人飞船、空间站和航天飞机等，无人航天器可分为人造地球卫星、空间探测器和货运飞船，其中人造地球卫星按用途可有各种科学卫星、技术试验卫星和应用卫星等。

航天器的结构与机构：

航天器的结构为航天器提供总体构型，是航天器一切活动的平台，用以承受载荷、安装设备等；机构是完成功能运作的机械组件，可以在入轨后为实现各种运动提供处于工作的状态或位置。

航天器机载设备：

所谓机载设备就是各种测量传感器、各类显示仪表和显示器、导航系统、雷

达系统、通讯系统、自动控制系统、电源电气系统等设备和系统的统称。这些对于飞行器的控制工作至关重要。发动机工作状态参数需要进行压力测量（电位计式压力传感器、压阻式压力传感器、谐振式压力传感器）、温度测量（电阻式温度传感器、热电偶式温度传感器）、加速度传感器、迎角传感器等等。

载人航天器：

载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力，把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空，更广泛和更深入地认识整个宇宙，并充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验活动，开发太空极其丰富的资源。

根据飞行和工作方式的不同，载人航天器可分为载人飞船、载人空间站和航天飞机三类。载人飞船按乘坐人数分为单人式飞船和多人式飞船，按运行范围分为卫星式载人飞船和登月载人飞船。

载人空间站又称为轨道站或航天站，可供多名航天员居住和工作。

航天飞机既可作为载人飞船和空间站进行载人航天活动，又是一种重复使用的运载器。往返于地面和空间站之间，如同人类沟通太空的渡船。它能够与空间站或者是其他航天器对接后进行联合飞行。但是，飞船容积小，所载消耗性物资有限，不具备再补给的能力，所以它的太空运行时间有限，仅能够使用一次。

二、先进控制技术在航天器上的具体应用

先进控制系统在航天器上的应用是极其广泛地，可谓是涉及到了方方面面。首先我们要清楚一点，太空的环境与地球表面是截然不同的，飞在太空中的航天器必须要适应太空中的具体环境。比如说空气问题，就会涉及到空气压力、空气浮力、有氧腐蚀等一系列相关问题，这就需要我们有足够的经济与知识实力来考虑到各个方面的问题，全面防止及解决与载人航天工程有关的一切问题。以下将列出我所知道的一些先进控制技术在航天器上的应用：

热控制系统

又称温度控制系统，用来保障各种仪器设备在复杂的环境中处于允许的温度范围内。航天器热控制的方向主要有三个：应用反射材料、应用硬抗材料和应用牺牲材料，措施主要有表面处理（抛光、镀金或喷刷涂料），包覆多层隔热材料，使用热控百叶窗、热管和电加热器等。各种温度控制措施都很重要，要综合应用，达成最好的热控制效果，以保障航天员良好的生存环境保障航天器在冷热环境下均能很好的完成各项工作任务。

电源控制系统

用来为航天器所有仪器设备提供所需的电能。解决航天器的电源问题是极为重要的。一切活动都需要能量，没有能量就没有动力，没有信号，航天器便成了孤立系统，整个航天计划便也泡了汤。人造地球卫星大多采用蓄电池电源和太阳电池阵电源系统，空间探测器采用太阳电池阵电源系统或空间核电源，载人航天器大多采用氢氧燃料电池或太阳电池阵电源系统。

姿态控制系统

用来保持或改变航天器的运行姿态。航天器一般都需要姿态控制，例如使侦察卫星的可见光照相机镜头对准地面，使通信卫星的天线指向地球上某一区域等。常用的姿态控制方式有三轴姿态控制、自旋稳定、重力梯度稳定和磁力矩控制等。

轨道控制系统

用来保持或改变航天器的运行轨道。航天器轨道控制以轨道机动发动机提供动力，由程序控制装置控制或地面航天测控站遥控。轨道控制往往与姿态控制配合，它们构成航天器控制系统，来确保航天器的正常的工作轨道位置。

无线电测控系统

包括无线电跟踪、遥测和遥控3个部分。跟踪部分主要有信标机和应答机。它们不断发出信号，以便地面测控站跟踪航天器并测量其轨道。遥测部分主要由传感器、调制器和发射机组成，用于测量并向地面发送航天器的各种仪器设备的工程参数（工作电压、温度等）和其他参数（探测仪器测量到的环境数据、敏感器测量到的航天器姿态数据等）。遥控部分一般由接收机和译码器组成，用于接收地面测控站发来的遥控指令，传送给有关系统执行。

三、先进控制技术在航天器上的应用前景分析

在上面所提到的是航天器的种类、结构等基础常识及我所了解的先进航天技术在航天器上的一些应用，这些应用知识维持正常的航天活动的必须功能，随着当今日新月异的经济发展与知识大爆炸时代的来临，今后的先进控制技术将会在航天器上拥有更广、更重要的应用，以满足人类在航天器上的要求。

那时的航天器可能会走向全自动化，人们只需要下达一个指令，它就能按程序规范。完整地完成任务。先进控制技术和基本的材料与执行装置讲成为航天器的重点项目。

如现在美国的“好奇号”火星探测器，虽说耗资25亿美元，是有史以来最昂贵的的探测器，但其功能也确实是空前强大的，它可以自己调整飞行误差，安全落到火星表面，自行进行土壤采样等科研活动并输送回相关数据，“好奇号”火星探测器将在火星执行为期两年的科研活动并返回地球。此外还有空间站，我