空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术一、航天飞机的结构组成一、航天飞机的结构组成二、航天飞机的控制系统二、航天飞机的控制系统三、航天飞机的飞行控制三、航天飞机的飞行控制第九课_航天飞机技术空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机航天飞机是一种有人驾驶的、主要部分可以重是一种有人驾驶的、主要部分可以重复使用的复使用的空间运输工具空间运输工具。它可以像火箭那样垂直起。它可以像火箭那样垂直起飞，像载人飞船那样在轨道上运动，像飞机那样滑飞，像载人飞船那样在轨道上运动，像飞机那样滑翔，在地面上水平着陆。翔，在地面上水平着陆。 航天飞机除了运载和部署卫星以外，还可以检航天飞机除了运载和部署卫星以外，还可以检修、回收卫星，或进行空间营救。在军事方面，航修、回收卫星，或进行空间营救。在军事方面，航天飞机还可以执行载人近地轨道实时侦察、拦截卫天飞机还可以执行载人近地轨道实时侦察、拦截卫星、战略轰炸等任务。在空间科学技术的应用方面星、战略轰炸等任务。在空间科学技术的应用方面也非常广泛，如发射空间实验室和建立永久性国际也非常广泛，如发射空间实验室和建立永久性国际空间站等。空间站等。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术一、航天飞机的结构组成一、航天飞机的结构组成航天飞机航天飞机空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 美国的整个航天飞机系统，是由一个美国的整个航天飞机系统，是由一个轨道器轨道器、一个一个外储箱外储箱和两个和两个固体火箭助推器固体火箭助推器所组成，通常所组成，通常所说的航天飞机就是指所说的航天飞机就是指轨道器轨道器。 航天飞机每飞行一次就要扔掉一个外储箱，航天飞机每飞行一次就要扔掉一个外储箱，而固体火箭助推器和轨道器仍能重复使用。轨道而固体火箭助推器和轨道器仍能重复使用。轨道器可以重复使用器可以重复使用100100次，助推器可以重复使用次，助推器可以重复使用2020次。因此当前的航天飞机是一种部分可重复使用次。因此当前的航天飞机是一种部分可重复使用的第一代空间运输工具。的第一代空间运输工具。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机系统整体外形结构如图所示。轨道器驮在外储箱上，两台固体火箭助推器则平行地挂在外储箱的两侧。当航天飞机竖立在发射台上时，整个系统依靠助推器的尾裙支撑。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 整个系统全长5614 m，高23.34 m，起飞总质量2 000 t多，海平面的起飞总推力为31,400 kN。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 第一部件是第一部件是轨道器轨道器，即航天飞机，它是整，即航天飞机，它是整个系统的核心部分。个系统的核心部分。 轨道器是整个系统中惟一可以载人的、真轨道器是整个系统中惟一可以载人的、真正在地球轨道上飞行的部件，像一架大型的三正在地球轨道上飞行的部件，像一架大型的三角翼飞机。角翼飞机。 全长全长373724 m24 m，起落架放下时高，起落架放下时高171727 m27 m；三角形后掠机翼的最大翼展；三角形后掠机翼的最大翼展232397 m97 m；不带；不带有效载荷时质量有效载荷时质量68 t68 t，飞行结束后，携带有效，飞行结束后，携带有效载荷着陆的轨道器质量可达载荷着陆的轨道器质量可达87 t87 t。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 轨道器轨道器所经历的飞行过程及其环境比现代所经历的飞行过程及其环境比现代飞机要恶劣得多，它既要有适于在大气层中作飞机要恶劣得多，它既要有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的气动高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的气动外形，又要有承受再入大气层时高温气动加热外形，又要有承受再入大气层时高温气动加热的防热系统。的防热系统。 轨道器轨道器是整个航天飞机系统中，设计最困是整个航天飞机系统中，设计最困难，结构最复杂，遇到的问题最多的部分。难，结构最复杂，遇到的问题最多的部分。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 轨道器由前、中、尾三段机身组成。轨道器由前、中、尾三段机身组成。 前段结构可分为前段结构可分为头锥头锥和和乘员舱乘员舱两部分，头锥两部分，头锥处于航天飞机的最前端，具有良好的气动外形和处于航天飞机的最前端，具有良好的气动外形和防热系统，前段的核心部分是处于正常气压下的防热系统，前段的核心部分是处于正常气压下的乘员舱。乘员舱。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 乘员舱乘员舱又可分为三层：最上层是驾驶台，有又可分为三层：最上层是驾驶台，有4 4个座位，中层是生活舱，下层是仪器设备舱。个座位，中层是生活舱，下层是仪器设备舱。 乘员舱为航天员提供宽敞的空间，航天员在乘员舱为航天员提供宽敞的空间，航天员在舱内可穿普通地面服装工作和生活。一般情况下舱内可穿普通地面服装工作和生活。一般情况下舱内可容纳舱内可容纳4 4至至7 7人，紧急情况下也可容纳人，紧急情况下也可容纳1010人。人。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航航天天飞飞机机的的中中段段主主要是要是有效载荷舱有效载荷舱。 长长18 18 m m，直直径径4.5 4.5 m m，容容积积300300的的大大型型货货舱舱，一一次次可可携携带带质质量量达达29t29t多多的的有有效效载载荷荷，舱舱内内可可以以装装载载各各种种卫卫星星、空空间间实实验验室室、大大型型天天文文望望远远镜和各种深空探测器等。镜和各种深空探测器等。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机的后段主要装有航天飞机的后段主要装有三台主发动三台主发动机机，尾段还装有，尾段还装有两台轨道机动发动机两台轨道机动发动机和和反反作用控制系统作用控制系统。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 在主发动机熄火后，在主发动机熄火后，轨道机动发动机轨道机动发动机为航天飞机提供进入轨道、进行变轨机动为航天飞机提供进入轨道、进行变轨机动和对接机动飞行以及返回时脱离轨道所需和对接机动飞行以及返回时脱离轨道所需要的推力。要的推力。 反作用控制系统反作用控制系统用来保持航天飞机的用来保持航天飞机的飞行稳定和姿态变换。飞行稳定和姿态变换。 除了动力装置系统之外，尾段还有升除了动力装置系统之外，尾段还有升降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和减速降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和减速板等气动控制部件。板等气动控制部件。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航航天天飞飞机机系系统统的的第第二二个个部部件件是是外外储储箱箱，它它的的作作用用就就是是为为航航天天飞飞机机的的主主发发动动机机储储存存入入轨轨前前所所用用的的全部推进剂。全部推进剂。 外外储储箱箱装装在在航航天天飞飞机机的的下下方方，夹夹在在两两台台固固体体火火箭箭助助推推器器的的中中间间。它它是是航航天天飞飞机机系系统统上上惟惟一一不不可可回收的部件。回收的部件。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 外外储储箱箱全全长长47m47m，直直径径8.64m8.64m，净净质质量量33t33t，是是一个十分庞大的尖头圆柱体，由一个十分庞大的尖头圆柱体，由铝合金铝合金制成。制成。 内内有有前前、后后两两个个储储箱箱，前前储储箱箱装装600t600t多多液液氧氧，后后储储箱箱装装102t102t液液氢氢，外外储储箱箱总总共共可可装装700t700t多多的的推推进剂。进剂。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 两台固体火箭助推器两台固体火箭助推器是航天飞机系统的第三是航天飞机系统的第三个部件，它平行地安装在外储箱的两侧，航天飞个部件，它平行地安装在外储箱的两侧，航天飞机的下方。机的下方。 两台固体火箭助推器的结构完全相同，每台两台固体火箭助推器的结构完全相同，每台助推器长约助推器长约45.46 m45.46 m，直径，直径3.7m3.7m，自重，自重83t83t，可以，可以装装503t503t的固体推进剂，推力的固体推进剂，推力13MN13MN，可以重复使用，可以重复使用2020次。次。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机控制系统代表了迄今为止最复杂的航天飞机控制系统代表了迄今为止最复杂的一种航天器控制系统，它包括一种航天器控制系统，它包括运载火箭运载火箭、卫星卫星和和飞机飞机3 3种不同的控制，而且要求这三者有机地结种不同的控制，而且要求这三者有机地结合。合。二、航天飞机的控制系统二、航天飞机的控制系统空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机的飞行包括航天飞机的飞行包括发射上升发射上升、入轨入轨、轨道轨道运行运行、离轨离轨和和再入返回再入返回等阶段。等阶段。 控制系统任务：控制系统任务：保证航天飞机在各种飞行状保证航天飞机在各种飞行状况下正常执行任务和安全可靠地运行。况下正常执行任务和安全可靠地运行。 控制要求：控制要求：航天飞机又是载人航天器和多次航天飞机又是载人航天器和多次重复使用的，该控制系统的重复使用的，该控制系统的可靠性可靠性和和安全性安全性等方等方面的要求极其严格。面的要求极其严格。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机控制系统包括航天飞机控制系统包括轨道轨道和和姿态姿态控制两个控制两个部分。部分。 轨道控制轨道控制具体包括导航、制导和控制具体包括导航、制导和控制3 3种功种功能。另外，还可以使航天飞机与同轨道平面内最能。另外，还可以使航天飞机与同轨道平面内最大相距大相距560km560km的目标相会合。的目标相会合。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 尽尽管管航航天天飞飞机机控控制制系系统统具具有有强强大大的的控控制制功功能能和和复复杂杂的的结结构构，但但它它的的基基本本结结构构和和原原理理与与其其他他各各种控制系统依然一致。种控制系统依然一致。轨轨道道和和姿姿态态敏敏感感器器、轨轨道道和和姿姿态态执执行行机机构构、计计算算机机依依然然是是构构成成航航天天飞飞机机控控制制系系统统的的3 3个个基基本本单元。单元。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术（）航天飞机系统的测量敏感器（）航天飞机系统的测量敏感器 为了确定航天飞机系统的轨道和姿态，航天为了确定航天飞机系统的轨道和姿态，航天飞机系统上采用了飞机系统上采用了9 9种导航和姿态测量设备，总种导航和姿态测量设备，总共共4040个敏感器，在很多场合下把这些轨道和姿态个敏感器，在很多场合下把这些轨道和姿态测量简称为导航。测量简称为导航。机上自主轨道确定往往需要精确的姿态信息，机上自主轨道确定往往需要精确的姿态信息，才能精确确定轨道。才能精确确定轨道。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 惯性测量单元惯性测量单元 航航天天飞飞机机采采用用三三套套惯惯性性测测量量单单元元，以以并并行行冗冗余方式装在一个整体结构里。余方式装在一个整体结构里。为为了了保保证证惯惯性性测测量量单单元元的的测测量量精精度度和和对对它它进进行行校校准准的的精精度度，惯惯性性测测量量单单元元与与两两个个星星跟跟踪踪器器装装在同一个导航基座上，位于航天飞机的前舱。在同一个导航基座上，位于航天飞机的前舱。每每套套惯惯性性测测量量单单元元由由四四框框架架平平台台、电电子子设设备备、输入输出装置输入输出装置和和电源电源4 4个主要部分组成。个主要部分组成。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 惯性测量单元惯性测量单元平平台台框框架架的的安安装装方方位位从从内内向向外外是是方方位位轴轴、内内滚动轴、俯仰轴、外滚动轴。滚动轴、俯仰轴、外滚动轴。第第四四个个框框架架作作为为冗冗余余，以以保保证证大大姿姿态态运运动动时时框架不少于框架不少于3 3个自由度。个自由度。每每个个平平台台内内框框装装有有两两个个三三自自由由度度挠挠性性陀陀螺螺和和两个相互垂直安装的两个相互垂直安装的加速度计加速度计。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 星跟踪器星跟踪器两台星跟踪器分别安装在航天飞机轨道器前两台星跟踪器分别安装在航天飞机轨道器前舱的舱的OzOz轴和轴和OyOy轴上。轴上。这种星跟踪器利用电子扫描装置搜索视场，这种星跟踪器利用电子扫描装置搜索视场，并捕获星目标。并捕获星目标。它由成像装置它由成像装置光电析像管、光电倍增管、光电析像管、光电倍增管、光学系统、遮光罩和电子线路等光学系统、遮光罩和电子线路等5 5个主要部分组个主要部分组成。成。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 星跟踪器星跟踪器星跟踪器视场星跟踪器视场10101010，通过计算机引导，通过计算机引导星跟踪器扫描全视场。测量角度精度为星跟踪器扫描全视场。测量角度精度为11，能，能跟踪亮度等级为跟踪亮度等级为+3+3到一到一7 7等的星。等的星。星跟踪器用来精确测量轨道器在轨道段的姿星跟踪器用来精确测量轨道器在轨道段的姿态，同时也作为对惯性测量单元中陀螺漂移的校态，同时也作为对惯性测量单元中陀螺漂移的校准装置。准装置。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 航天员光学瞄准具航天员光学瞄准具 由由准准直直仪仪、光光学学十十字字线线、光光束束分分离离器器和和光光源源组成。组成。当当惯惯性性测测量量单单元元偏偏差差大大于于O.5O.5或或星星跟跟踪踪器器不不在在视视场场内内时时，航航天天员员可可人人工工操操作作光光学学瞄瞄准准具具对对惯惯性性测测量量单单元元进进行行校校准准，同同时时也也可可以以用用来来检检查查发发动机关机点的轨道器姿态。动机关机点的轨道器姿态。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l速率陀螺速率陀螺 作为航天飞机的姿态和速率测量的敏感器，作为航天飞机的姿态和速率测量的敏感器，共采用共采用1010个。个。其中其中4 4个斜装用在轨道器上升、离轨和再入个斜装用在轨道器上升、离轨和再入着陆阶段，另外着陆阶段，另外6 6个分别安装在两台固体助推火个分别安装在两台固体助推火箭上，用于俯仰和偏航通道的测量。箭上，用于俯仰和偏航通道的测量。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 气动参数测量系统气动参数测量系统 用用来来测测量量轨轨道道器器在在离离轨轨阶阶段段与与环环境境相相对对运运动的信息。动的信息。共共有有两两组组，分分别别装装在在轨轨道道器器左左右右两两侧侧，每每组组含含有有测测量量环环境境温温度度和和压压力力的的两两个个敏敏感感元元件件，共共四四套套。这这些些相相对对运运动动参参数数可可供供离离轨轨阶阶段段轨轨道道器器进进行行软软件件处处理理时时使使用用，可可为为航航天天员员提提供供专专门门显示，在操纵轨道器时使用。显示，在操纵轨道器时使用。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 微波扫描波束着陆系统微波扫描波束着陆系统 用来测量航天飞机在着陆前最后用来测量航天飞机在着陆前最后20 km20 km距离距离的精确位置。的精确位置。l雷达高度表雷达高度表 根根据据无无线线电电波波反反射射原原理理，直直接接测测量量航航天天飞飞机机离离地地面面的的高高度度，而而不不要要求求地地面面辅辅助助。该该装装置置用用在在轨轨道道器器着着陆陆阶阶段段。航航天天飞飞机机上上安安装装两两套套作作为为双双重重冗余系统。冗余系统。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l战术空中导航系统战术空中导航系统 该该系系统统引引用用飞飞机机的的战战术术空空中中导导航航系系统统，用用在在轨道器离轨阶段。轨道器离轨阶段。它它采采用用军军用用L L波波段段空空中中导导航航系系统统，从从机机上上向向地面提供斜距和磁定向信息。地面提供斜距和磁定向信息。机机上上共共装装三三套套，安安装装在在前前电电子子设设备备舱舱内内。每每套套由由控控制制设设备备、多多路路转转换换器器、上上天天线线与与下下天天线线和和接收变换器等接收变换器等5 5个部分组成。个部分组成。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 加速度计加速度计 在轨道器前电子设备舱装一套横向和法向加在轨道器前电子设备舱装一套横向和法向加速度计，用来测量和控制航天飞机的过载。加速速度计，用来测量和控制航天飞机的过载。加速度计量程为度计量程为1g1g，精度为，精度为0006g06g。 总之，航天飞机上共配置以上总之，航天飞机上共配置以上9 9种敏感器种敏感器3030套，共套，共4040个。个。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术（）航天飞机系统的执行机构（）航天飞机系统的执行机构 l 主发动机和外储箱主发动机和外储箱 航航天天飞飞机机的的主主发发动动机机采采用用的的是是当当今今世世界界上上最最先先进进的的高高压压补补燃燃氢氢氧氧发发动动机机。航航天天飞飞机机的的主主发发动动机机是是一一种种可可重重复复使使用用的的、高高性性能能、可可调调节节推推力力的的液液体体推推进进剂剂火火箭箭发发动动机机，它它为为航航天天飞飞机机提提供供主主要要推力。推力。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术每每一一架架航航天天飞飞机机上上装装有有三三台台主主发发动动机机，发发动动机的结构完全一样，位于轨道器的尾部。机的结构完全一样，位于轨道器的尾部。为为了了严严格格监监控控三三台台主主发发动动机机的的工工作作状状态态并并调调节节其其推推力力的的大大小小和和方方向向，每每台台主主发发动动机机都都有有一一套套可可整整体体更更换换的的发发动动机机电电子子控控制制器器，其其中中包包括括两两台台相同的互作备份的相同的互作备份的数字计算机数字计算机。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术数数字字计计算算机机能能自自动动完完成成发发动动机机起起飞飞前前的的飞飞行行准准备备检检验验，在在轨轨道道器器上上执执行行发发动动机机测测试试、启启动动和和关关机机等等功功能能，能能对对发发动动机机的的温温度度和和压压力力等等性性能能参参数数进进行行监监控控，并并以以闭闭环环方方式式对对主主发发动动机机的的推推力力、混混合合比比( (推推进进剂剂油油门门) )和和推推力力方方向向( (喷喷管摇摆框架管摇摆框架) )进行调节。进行调节。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术外储箱用来储存液氢液氧推进剂。外储箱用来储存液氢液氧推进剂。它它是是航航天天飞飞机机上上最最大大的的一一个个部部件件，也也是是迄迄今今为为止止最最大大的的推推进进剂剂储储箱箱，长长47.1 47.1 m m，直直径径8.64 8.64 m m，共共装装推推进进剂剂700t700t多多。外外储储箱箱在在航航天天飞飞机机主主发发动动机机关关闭闭时时，尚尚未未达达到到轨轨道道速速度度，即即与与航航天天飞飞机机分分离离，然然后后沿沿着着一一条条弹弹道道再再入入路路线线坠坠毁并在海上安全散落。毁并在海上安全散落。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机的三台主发动机和一个外储箱构成航天飞机的三台主发动机和一个外储箱构成了主发动机系统，结构如图所示。了主发动机系统，结构如图所示。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 固体火箭助推器固体火箭助推器 航航天天飞飞机机主主发发动动机机及及其其外外储储箱箱推推进进系系统统，虽虽然然具具有有强强大大的的推推力力，但但还还不不足足以以使使整整个个航航天天飞飞机机系系统统飞飞离离发发射射台台并并升升入入空空中中，还还必必须须借借助助辅辅助助的的推推进进装装置置并并提提供供更更多多的的推推力力，以以便共同把航天飞机系统推向高空。便共同把航天飞机系统推向高空。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 固体火箭助推器固体火箭助推器 航航天天飞飞机机系系统统所所采采用用的的辅辅助助推推进进装装置置，就就是是固固体体火火箭箭助助推推器器，其其主主要要部部件件是是固固体体火火箭发动机。箭发动机。 航航天天飞飞机机系系统统上上配配置置了了两两台台固固体体助助推推火火箭箭，这这是是迄迄今今为为止止世世界界上上最最大大和和最最重重的的固固体体火火箭箭发发动动机机。这这两两台台助助推推器器的的结结构构完完全全一一样样，是细长形圆柱体结构。是细长形圆柱体结构。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 每台固体助推器均由固体火箭发动机、推力矢每台固体助推器均由固体火箭发动机、推力矢量控制系统、分离、回收、自爆安全、电子设备、量控制系统、分离、回收、自爆安全、电子设备、推力终止、故障检测等分系统以及头锥、前段、推力终止、故障检测等分系统以及头锥、前段、尾裙、支撑等结构组成。尾裙、支撑等结构组成。 两台固体火箭助推器是与航天飞机主发动机几两台固体火箭助推器是与航天飞机主发动机几乎同时工作的，与主发动机平行燃烧，以提供最乎同时工作的，与主发动机平行燃烧，以提供最初的上升推力，两分钟后依靠分离系统与航天飞初的上升推力，两分钟后依靠分离系统与航天飞机及其外储箱在机及其外储箱在50 km50 km高空同时分离。高空同时分离。 每台助推器装有一套回收系统，它由引导伞、每台助推器装有一套回收系统，它由引导伞、助力伞和三顶主降落伞组成。助力伞和三顶主降落伞组成。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 轨道机动系统轨道机动系统 轨轨道道机机动动系系统统的的主主要要功功用用是是为为航航天天飞飞机机提提供供入入轨轨、轨轨道道运运行行、变变轨轨、交交会会和和脱脱离轨道所需要的推力离轨道所需要的推力 轨轨道道机机动动系系统统的的两两台台液液体体火火箭箭发发动动机机安安装装在在位位于于后后机机身身两两侧侧对对称称的的两两个个外外吊吊舱舱内。内。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术每每个个吊吊舱舱除除了了一一台台液液体体火火箭箭发发动动机机外外还还包包括括一一个个高高压压氦氦气气瓶瓶、增增压压储储箱箱用用的的减减压压器器和和控控制制组组件件、一一个个燃燃料料箱箱、一一个个氧氧化化剂箱以及相应管路。剂箱以及相应管路。航航天天飞飞机机的的左左右右两两个个外外吊吊舱舱组组成成左左右右两个机动系统两个机动系统空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 轨轨道道机机动动系系统统的的两两台台发发动动机机均均可可重重复复使使用用100100次次，可可经经受受1,0001,000次次起起动动和和15 15 h h的的连连续续点点火火，比比推推力为力为313 s313 s，氧化剂和燃料的混合比为，氧化剂和燃料的混合比为1.651.65。两两台台发发动动机机的的结结构构和和工工作作情情况况是是完完全全一一样样的的，根根据据设设计计要要求求，当当左左、右右舱舱系系统统中中有有一一个个发发生生故故障时，只用另一个系统仍可完成轨道机动任务。障时，只用另一个系统仍可完成轨道机动任务。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术轨轨道道机机动动系系统统采采用用推推力力矢矢量量控控制制，发发动动机机喷喷管管装装在在两两轴轴摆摆动动框框架架上上。控控制制推推力力矢矢量量控控制制的的指指令由星上控制计算机发出。令由星上控制计算机发出。航航天天飞飞机机若若要要进进入入更更高高的的轨轨道道以以完完成成所所需需要要的的各各种种任任务务，除除了了使使用用左左、右右舱舱轨轨道道机机动动系系统统外外，还还可可在在航航天天飞飞机机货货舱舱内内增增设设辅辅助助推推进进装装置置，但但要要相应地减少有效载荷的质量。相应地减少有效载荷的质量。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 反作用控制系统反作用控制系统 反作用控制系统为航天飞机提供三轴姿态控反作用控制系统为航天飞机提供三轴姿态控制和轨道控制所需的控制力矩和控制力。制和轨道控制所需的控制力矩和控制力。 反反作作用用控控制制系系统统可可以以分分为为独独立立工工作作的的3 3个个部部分分，即即机机身身前前部部头头锥锥内内的的前前舱舱系系统统和和分分别别位位于于轨轨道机动系统的两个外吊舱内的左、右舱系统。道机动系统的两个外吊舱内的左、右舱系统。主主推推力力器器对对航航天天飞飞机机进进行行正正常常状状态态的的姿姿态态控控制制，游游动动推推力力器器仅仅提提供供有有限限的的控控制制，进进行行微微调调。所所有有4444个个推推力力器器的的控控制制指指令令既既可可来来自自于于星星上上计计算算机，也可来自于航天员的手动操作。机，也可来自于航天员的手动操作。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 气动力控制系统气动力控制系统 轨轨道道器器的的主主要要气气动动力力控控制制装装置置是是机机翼翼尾尾部的部的升降副翼升降副翼和垂直尾翼上的和垂直尾翼上的方向舵方向舵。升升降降副副翼翼位位于于轨轨道道器器尾尾部部两两侧侧，升升降降副副翼做成开裂式，分为内翼和外翼两片。翼做成开裂式，分为内翼和外翼两片。此外，机身后部下面还有一对襟翼。此外，机身后部下面还有一对襟翼。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 升降副翼用于俯仰和滚动姿态控制，方向舵升降副翼用于俯仰和滚动姿态控制，方向舵用于偏航姿态控制。机身下面的一对襟翼也可提用于偏航姿态控制。机身下面的一对襟翼也可提供一定程度的俯仰控制。供一定程度的俯仰控制。 垂直尾翼上的方向舵垂直尾翼上的方向舵主要用作偏航控制。主要用作偏航控制。 以以上上5 5种种执执行行机机构构系系统统就就构构成成了了航航天天飞飞机机系系统的全部控制手段统的全部控制手段，保证航天飞机系统在各，保证航天飞机系统在各个飞行阶段的正常运行。个飞行阶段的正常运行。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术（）航天飞机的星载控制计算机（）航天飞机的星载控制计算机 星载控制计算机星载控制计算机是航天飞机控制系统的核心。是航天飞机控制系统的核心。 航航天天飞飞机机的的星星载载控控制制计计算算机机系系统统是是一一个个十十分分复杂而可靠性又很高的系统，复杂而可靠性又很高的系统，特特点点：同同时时采采用用了了5 5台台相相同同又又各各自自独独立立的的通通用用数数字字计计算算机机，通通过过数数字字数数据据总总线线相相互互连连成成一一个个冗余计算机组。冗余计算机组。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术在在航航天天飞飞机机的的关关键键性性飞飞行行阶阶段段，如如上上升升、再再入入和和着着陆陆等等，这这5 5台台通通用用数数字字计计算算机机中中的的4 4台台作作为为一个协调式冗余组来执行导航、制导和控制任务。一个协调式冗余组来执行导航、制导和控制任务。即即这这4 4台台通通用用数数字字机机接接收收相相同同的的输输入入数数据据，执执行行相相同同的的计计算算并并传传送送相相同同的的输输出出命命令令，而而且且每每一台计算机的计算都由其他一台计算机的计算都由其他3 3台计算机来检验。台计算机来检验。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 由于航天飞机的计算机系统采用了先进的结由于航天飞机的计算机系统采用了先进的结构体系，多重的数据和指令格式，综合的指令系构体系，多重的数据和指令格式，综合的指令系统和微程序设计，以及使用较高级的语言，从而统和微程序设计，以及使用较高级的语言，从而保证了航天飞机计算机系统具有高性能、高可靠保证了航天飞机计算机系统具有高性能、高可靠性和灵活性。性和灵活性。特别是通过采用多重计算机系统冗余管理技特别是通过采用多重计算机系统冗余管理技术实现故障操作故障保险，使系统性能和可靠术实现故障操作故障保险，使系统性能和可靠性得到很大提高。性得到很大提高。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术航天飞机星载控制计算机系统自从航天飞机星载控制计算机系统自从19811981年首年首次在轨成功运行以来，至今已成功完成次在轨成功运行以来，至今已成功完成100100多次多次各项飞行任务，充分证明该系统设计是正确的，各项飞行任务，充分证明该系统设计是正确的，硬件和软件具有很高的可靠性。硬件和软件具有很高的可靠性。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 综综合合以以上上所所述述，整整个个航航天天飞飞机机控控制制系系统统具具有有以以下下控控制硬件：制硬件：l 轨道测量和姿态敏感器轨道测量和姿态敏感器4040个个l 通用计算机通用计算机( (包括海量存储器包括海量存储器2 2个个) ) 5 5台台l 驱动装置驱动装置( (控制指令与执行机构之间的接口装置控制指令与执行机构之间的接口装置) )1414个个l 执执行行机机构构( (包包括括主主发发动动机机、轨轨道道机机动动发发动动机机和和反反作作用用控控制制推力器等推力器等) ) 66 66个个空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 综综合合以以上上所所述述，整整个个航航天天飞飞机机控控制制系系统统具具有有以以下下控控制硬件：制硬件：l轨道手动操纵器轨道手动操纵器 2 2个个l 姿态手动操纵器姿态手动操纵器 2 2个个l 显示设备和接口装置显示设备和接口装置 4 4套套l 操纵台显示器操纵台显示器 2 2套套空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术（）飞行过程与控制（）飞行过程与控制三、航天飞机的飞行控制三、航天飞机的飞行控制 航航天天飞飞机机每每次次飞飞行行所所执执行行的的任任务务是是各各不不相相同同的的，所所携携带带的的有有效效载载荷荷也也是是多多种种多多样样的的。但但是是，无无论论执执行行什什么么任任务务，携携带带哪哪些些有有效效载载荷荷，航航天天飞飞机机的的基基本本飞飞行行过过程程都都是是相相同同的的，可可分分为为5 5个个主主要要阶阶段段，即即上上升升段段、入入轨轨段段、轨轨道道段段、离离轨轨段段和和再再入着陆段。入着陆段。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 相相应应的的具具体体过过程程有有发发射射前前的的准准备备和和点点火火起起飞飞、固固体体火火箭箭助助推推器器的的分分离离和和回回收收、外外储储箱箱的的分分离离和和坠坠毁毁、航航天天飞飞机机进进人人轨轨道道、轨轨道道运运行行和和作作业业、航航天天飞飞机机离离轨轨和和再再入入返返回回以以及及着着陆陆等等飞飞行行的的全全过过程程。下下面面简简述述航航天天飞飞机机系系统统5 5个个基基本本飞行阶段的过程和控制。飞行阶段的过程和控制。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术航天飞机系统飞行全过程示意航天飞机系统飞行全过程示意 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 上升阶段上升阶段 航天飞机的发射程序与一次使用的消耗性运航天飞机的发射程序与一次使用的消耗性运载火箭十分相似。航天飞机起飞前载火箭十分相似。航天飞机起飞前24 h24 h，全部系，全部系统将被垂直地装到发射台上，开始发射前的最后统将被垂直地装到发射台上，开始发射前的最后准备工作。航天飞机之所以采用与普通运载火箭准备工作。航天飞机之所以采用与普通运载火箭相同的垂直发射方法，是为了尽快通过大气层，相同的垂直发射方法，是为了尽快通过大气层，以减少航天飞机的气动加热时间。当发射前的最以减少航天飞机的气动加热时间。当发射前的最后准备工作结束时，计时系统就开始倒计时，一后准备工作结束时，计时系统就开始倒计时，一秒一秒地往下减，计时系统到达零点，即到发射秒一秒地往下减，计时系统到达零点，即到发射时刻。时刻。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 零零秒秒时时点点燃燃三三台台主主发发动动机机，3 34 4 s s后后两两台台固固体体火火箭箭助助推推器器开开始始点点火火。先先点点燃燃主主发发动动机机的的目目的的一一方方面面是是为为了了使使推推力力达达到到预预定定水水平平，另另一一方方面面是是为为了了稳稳定定航航天天飞飞机机姿姿态态。由由于于三三台台主主发发动动机机的的起起飞飞总总推推力力为为5,100kN5,100kN，真真空空总总推推力力为为6,300kN6,300kN，小小于于整整个个航航天天飞飞机机系系统统的的总总起起飞飞质质量量2,000t2,000t，所所以以要要借借助助于于两两台台固固体体火火箭箭助助推推器器提提供供辅辅助助推推力力，航航天天飞飞机机才才能能离离开开发发射射台台升升空空。由由于于每每台台固固体体火火箭箭助助推推器器的的起起飞飞推推力力为为13,150kN13,150kN，因因此此航航天天飞飞机机整整个个推推进进系系统统的的起起飞飞推推力力可可达达31,400kN31,400kN，产产生生约约O,5gO,5g的初始加速度。的初始加速度。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 在航天飞机起飞阶段，如遇到应急情况，要在航天飞机起飞阶段，如遇到应急情况，要使航天飞机紧急着陆时，两台固体火箭助推器和使航天飞机紧急着陆时，两台固体火箭助推器和外储箱可立即予以炸离，航天飞机作必要的机动外储箱可立即予以炸离，航天飞机作必要的机动操纵，可像飞机一样滑翔返回并在发射场的跑道操纵，可像飞机一样滑翔返回并在发射场的跑道上降落。上降落。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 在在125s125s左右，两台助推器燃料耗尽熄火。此左右，两台助推器燃料耗尽熄火。此时航天飞机轨道高度达时航天飞机轨道高度达50km50km以上，速度约以上，速度约1,500 1,500 m ms s。利用爆炸螺栓和前、后各。利用爆炸螺栓和前、后各4 4个固体推进剂个固体推进剂的分离火箭，使两台巨型固体火箭助推器与航天的分离火箭，使两台巨型固体火箭助推器与航天飞机和外储箱分离。分离后，助推器仍具有约飞机和外储箱分离。分离后，助推器仍具有约1,500m1,500ms s的速度，按惯性继续升高。为避免助的速度，按惯性继续升高。为避免助推器与航天飞机和外储箱发生碰撞，分离发动机推器与航天飞机和外储箱发生碰撞，分离发动机都安装在助推器面向外储箱的一侧，以使助推器都安装在助推器面向外储箱的一侧，以使助推器在分离发动机的反推力作用下距正在继续爬升的在分离发动机的反推力作用下距正在继续爬升的航天飞机越来越远。航天飞机越来越远。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术当助推器分离约当助推器分离约1min1min后，惯性飞行到后，惯性飞行到67km67km高高空时，助推器在空气阻力作用下开始自由回落。空时，助推器在空气阻力作用下开始自由回落。由于两台助推器头部装有电子设备和捞救装置，由于两台助推器头部装有电子设备和捞救装置，在其与外储箱分离在其与外储箱分离6min6min后，便以后，便以30m30ms s的速度浅的速度浅落于离发射场落于离发射场30 km30 km以外的海面，由舰只回收，以外的海面，由舰只回收，维修后可供下次再用。助推器的整个回收过程如维修后可供下次再用。助推器的整个回收过程如图图10.610.6所示。所示。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术固体火箭助推器回收过程固体火箭助推器回收过程空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 固体火箭助推器分离后，三台主发动机推固体火箭助推器分离后，三台主发动机推动着航天飞机继续上升。在点火起飞约动着航天飞机继续上升。在点火起飞约8min8min之后，之后，航天飞机达到约航天飞机达到约110km110km的高空，速度已达的高空，速度已达7.8km7.8kms s，即将进入地球轨道。这时外储箱推进剂基本，即将进入地球轨道。这时外储箱推进剂基本耗尽，停止输送推进剂，主发动机关机。经过耗尽，停止输送推进剂，主发动机关机。经过18s18s后，外储箱与轨道器分离。后，外储箱与轨道器分离。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术轨道器与外储箱分离后开始滑行，此时机上轨道器与外储箱分离后开始滑行，此时机上自动驾驶仪发出指令，使朝下喷管点火，产生自动驾驶仪发出指令，使朝下喷管点火，产生1.2 m1.2 ms s垂直速度增量，轨道器与外储箱之间距垂直速度增量，轨道器与外储箱之间距离加大，然后外储箱沿一条相隔较远的轨道以亚离加大，然后外储箱沿一条相隔较远的轨道以亚轨道速度沿弹道轨道陨落到大气层，并在大气层轨道速度沿弹道轨道陨落到大气层，并在大气层中焚毁，剩下的碎片坠落后在远离发射场约中焚毁，剩下的碎片坠落后在远离发射场约150km150km的海面上。的海面上。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航天飞机在上升段开始时是三台主发动机航天飞机在上升段开始时是三台主发动机和两台助推器一起工作的，后期只有三台主发和两台助推器一起工作的，后期只有三台主发动机工作，或者在三台主发动机中任意两台工动机工作，或者在三台主发动机中任意两台工作。航天飞机控制系统可以利用每台发动机和作。航天飞机控制系统可以利用每台发动机和助推器尾喷管所具有的两轴摆动能力组合成滚助推器尾喷管所具有的两轴摆动能力组合成滚动、俯仰、偏航三轴姿态控制。动、俯仰、偏航三轴姿态控制。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 入轨阶段入轨阶段 在在主主发发动动机机关关机机后后，航航天天飞飞机机已已基基本本达达到到了了人人轨轨速速度度，少少量量不不足足需需要要依依靠靠轨轨道道机机动动发发动动机提供推力完成最后的入轨飞行。机提供推力完成最后的入轨飞行。 主主发发动动机机关关机机后后两两分分钟钟启启动动两两台台轨轨道道机机动动发动机，人工控制提高轨道远地点和近地点高发动机，人工控制提高轨道远地点和近地点高度。根据任务对轨道的要求，约几分钟后第二度。根据任务对轨道的要求，约几分钟后第二次人工控制提高轨道远地点和近地点的高度。次人工控制提高轨道远地点和近地点的高度。经过上述轨道机动后，轨道器入轨。经过上述轨道机动后，轨道器入轨。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航航天天飞飞机机入入轨轨后后立立即即开开始始检检测测各各分分系系统统的的工工作作状状态态，若若检检测测中中出出现现危危及及飞飞行行计计划划的的故故障障和和不不测测事事件件，即即可可采采取取措措施施予予以以排排除除；如如须须返返回回，则则可可开开动动轨轨道道机机动动发发动动机机系系统统和和反反作作用用控控制制系系统统脱脱离离地地球球轨轨道道，按按再再人人返返回回程程序序进进入入返返回回轨轨道道。如如检测结果一切正常，航天飞机就开始预定的工作。检测结果一切正常，航天飞机就开始预定的工作。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 首首先先利利用用轨轨道道机机动动系系统统的的两两台台小小型型火火箭箭发发动动机机作作末末速速度度修修正正，按按照照飞飞行行任任务务和和发发射射时时间间要要求求进进行行轨轨道道变变换换，把把轨轨道道修修正正成成精精确确的的圆圆轨轨道道，并并利利用用反反作作用用控控制制系系统统将将航航天天飞飞机机的的姿姿态态调调整整到到预预定任务所需的位置和方向。定任务所需的位置和方向。 入轨阶段大约要花费几分钟到十几分钟时问。入轨阶段大约要花费几分钟到十几分钟时问。尔后，航天飞机就在选定的轨道上，日夜作无动尔后，航天飞机就在选定的轨道上，日夜作无动力飞行力飞行( (有时需要作些姿态控制或轨道修正有时需要作些姿态控制或轨道修正) )，进，进行各种轨道作业。行各种轨道作业。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 轨道运行阶段轨道运行阶段 航天飞机进入轨道以后，作无动力飞行。根航天飞机进入轨道以后，作无动力飞行。根据飞行任务的需要，可在据飞行任务的需要，可在1851851,100km1,100km的高度上的高度上运行运行7 730d30d，速度为，速度为7.68km7.68kms s。 在轨道运行过程中，航天飞机可按需要完成在轨道运行过程中，航天飞机可按需要完成各项操纵飞行。轨道机动系统和反作用控制系统各项操纵飞行。轨道机动系统和反作用控制系统是轨道运行阶段的执行机构。利用轨道机动系统，是轨道运行阶段的执行机构。利用轨道机动系统，能够完成轨道机动、修正和保持；利用反作用控能够完成轨道机动、修正和保持；利用反作用控制系统，航天飞机在轨道上可以采用任何所希望制系统，航天飞机在轨道上可以采用任何所希望的飞行姿态并加以保持，可以使它的敏感器固定的飞行姿态并加以保持，可以使它的敏感器固定轴指向某一地面目标或空间目标，以满足有效载轴指向某一地面目标或空间目标，以满足有效载荷的要求。其定向精度可达荷的要求。其定向精度可达0.50.5以内。以内。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术 航航天天飞飞机机最最有有意意义义的的一一项项活活动动是是能能够够在在轨轨道道上上回回收收并并检检修修卫卫星星，尔尔后后再再重重新新施施放放到到空空间间轨道。轨道。航航天天飞飞机机在在轨轨道道平平面面内内具具有有一一定定的的机机动动飞飞行行能能力力，它它可可以以同同失失效效的的卫卫星星交交会会并并用用机机械械手手将将其其收收回回，然然后后由由航航天天员员在在货货舱舱内内进进行行检检修修，拆拆换换陈陈旧旧或或失失效效的的系系统统和和部部件件，安安装装新新的的敏敏感感器器或或实实验验件件，补补充充卫卫星星上上的的消消耗耗物物品品，如如给给气气瓶充气、加注燃料等。瓶充气、加注燃料等。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术检检修修过过的的卫卫星星经经过过测测试试后后，再再通通过过机机械械手手将将其其施施放放到到轨轨道道上上。整整个个回回收收、检检修修和和再再施施放放过过程程如如图所示。图所示。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 离轨阶段离轨阶段 在轨道器完成预定飞行任务后，准备离开轨在轨道器完成预定飞行任务后，准备离开轨道。首先由反作用控制系统对轨道器进行姿态调道。首先由反作用控制系统对轨道器进行姿态调整和控制，一般是把轨道器掉转，让轨道机动发整和控制，一般是把轨道器掉转，让轨道机动发动机喷管朝向飞行前方。动机喷管朝向飞行前方。然后通过航天飞机星载控制计算机系统发出然后通过航天飞机星载控制计算机系统发出离轨指令，点燃轨道机动发动机，对轨道器实行离轨指令，点燃轨道机动发动机，对轨道器实行制动减速。制动减速。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 离轨阶段离轨阶段 在离轨制动点火瞬间，反作用控制系统要确在离轨制动点火瞬间，反作用控制系统要确保轨道器处于精确的返回姿态。制动点火保轨道器处于精确的返回姿态。制动点火10min10min后，后，轨道器已降到最有利于再入大气层的高度，此时轨道器已降到最有利于再入大气层的高度，此时约为约为122km122km，速度，速度7.9 km7.9 kms s，通常称此点为再入，通常称此点为再入点，由此航天飞机进入再入阶段。在制动点火的点，由此航天飞机进入再入阶段。在制动点火的同时，反作用控制系统也与轨道机动系统一同工同时，反作用控制系统也与轨道机动系统一同工作，保证轨道器以约作，保证轨道器以约-1-1的再入角和的再入角和3434的攻角的攻角通过再入点进入大气层。通过再入点进入大气层。 空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 再入与着陆阶段再入与着陆阶段 再再入入与与着着陆陆阶阶段段是是航航天天飞飞机机飞飞行行的的最最后后过过程程，也是控制与操纵最复杂的过程。也是控制与操纵最复杂的过程。 这阶段分为再入、末端能量管理和着陆这阶段分为再入、末端能量管理和着陆3 3个个过程。再入过程的轨道高度为过程。再入过程的轨道高度为12212221 km21 km。再入。再入开始时采用反作用控制系统进行姿态控制以达到开始时采用反作用控制系统进行姿态控制以达到制动和降低轨道高度的目的。当再入制动和降低轨道高度的目的。当再入8 min8 min后，后，航天飞机高度降到航天飞机高度降到767684 km84 km，速度为，速度为7 779 km79 kms s。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 再入与着陆阶段再入与着陆阶段 由于此时气动压力已达由于此时气动压力已达1 102 Pa02 Pa，所以对航，所以对航天飞机进行俯仰和滚动两个方向的姿态控制可以天飞机进行俯仰和滚动两个方向的姿态控制可以不用反作用控制系统，而改用气动面控制。此时，不用反作用控制系统，而改用气动面控制。此时，航天飞机飞行控制系统靠调整攻角来消除距离误航天飞机飞行控制系统靠调整攻角来消除距离误差，并靠调整偏转角来保持动压与速度的关系。差，并靠调整偏转角来保持动压与速度的关系。再入后再入后30 min 30 s30 min 30 s，航天飞机降到，航天飞机降到25 km25 km高度，高度，速度为速度为731 m731 ms s。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术此此后后航航天天飞飞机机反反作作用用控控制制系系统统完完全全停停止止工工作作，下下一一步步的的下下降降控控制制改改用用气气动动控控制制方方法法，机机翼翼成成为为决决定定性性的的操操纵纵部部件件，从从此此开开始始了了无无动动力力飞飞行行。当当再再入入后后31 31 min min 33 33 s s，航航天天飞飞机机降降到到21 21 kmkm的的高高度度，再入过程结束，开始转入末端能量管理过程。再入过程结束，开始转入末端能量管理过程。空间飞行器动力学与控制空间飞行器动力学与控制 第九课第九课_ _航天飞机技术航天飞机技术l 末端能量管理阶段末端能量管理阶段末末端端能能量量管管理理过过程程的的轨轨道道高高度度约约21213 3 kmkm，该该过过程程控控制制完完全全采采用用气气动动阻阻力力方方法法。航航天天飞飞机机调调整整其其攻攻角角，把把动动压压保保持持在在686814 14 PaPa这这个个范范围围内内。航航天天飞飞机机能能否否正正常常安安全全着着陆陆完完全全取取决决于于这这一一过过程程的的飞飞行行。由由于于这这个个过过程程完完全全是是无无推推力力飞飞行行，只只能能利利用用现现有有能能量量来来调调整整各各种种气气动动力力，从从而而控控制制航航天天飞飞机机飞飞行行，因因此此不不管管是是利利用用自自动动控控制制或或人人工工操操作作都都要要求求严严格格控控制制航航天天飞飞机机的的能能量量、高高度度、速速度度、飞行路线、航向、距离等参数。飞行路线、航向、距离等参数。