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弹道与轨道基础

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Overview

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弹道导弹、运载火箭和航天器在飞行中按照特有的力学规律运动,这些力学规律直接影响它们的使用方法和使用效能。弹道与轨道理论是从事弹道导弹和航天器发射、测控与运行管理的工程技术人员必须掌握的专业基础知识。本课程旨在系统介绍弹道导弹、运载火箭和航天器这类飞行器运动所涉及的基本概念和基础知识,结合航天发射、航天测运控工程实践需要,从运载火箭、航天器飞行的全过程分析入手,分段研究其弹道与轨道的力学问题。

本课程注重内容的基础性、理论性和实用性,紧密结合最新的弹道与轨道力学研究成果,不仅介绍经典理论,而且有先进的应用实例。课程创新性地以航天飞行器的发射段、运行段、返回段为主线,通过实际应用与理论知识的映射,构建了三层、三模块的内容体系,共11章。其中,三层是指基础知识层、受力分析层和运动理论层,而运动理论层又包含了三个模块,即发射段模块、运行段模块和返回段模块。

本课程共11章。第1章介绍力学基础,包括矢量导数关系,变质量力学的基本原理,连续质点系动力学方程;第2章介绍空间直角坐标系及其转换,包括空间直角坐标系之间的转换矩阵,常用的空间直角坐标系,常用空间直角坐标系之间的转换;第3章介绍飞行器主动段受力,包括地球引力,发动机推力,控制力与空气动力;第4章介绍飞行器的主动段运动,包括弹道分段,地心惯性坐标系中的动力学方程,地面发射坐标系中的空间弹道方程;第5章介绍天球坐标系,包括天球与球面三角形,常用的天球坐标系,天球坐标系之间的转换;第6章介绍介绍时间系统,包括时间计量系统的要求,天体的周日视运动,基于天体周日视运动的时间系统,轨道计算中常用的时间系统及其转换;第7章介绍二体运动及其特性,包括二体问题的一般解,二体运动的一般特性,位置与时间之间的关系;第8章介绍轨道要素,包括轨道要素的定义,轨道要素与直角坐标、球坐标间的相互转换;第9章介绍星下点轨迹与轨道类型,包括星下点轨迹的定义及计算方法,卫星轨道分类,地球静止轨道、地球同步轨道、回归轨道、太阳同步轨道、冻结轨道、闪电轨道等常用轨道类型;第10章介绍自由段弹道特性,包括飞行器自由段弹道方程,关机点参数与弹道的关系,飞行时间与射程的计算;第11章介绍飞行器的返回与再入,包括返回轨道,再入段运动,着陆段运动。

本课程适合作为航天领域各专业的本科生课程学习使用,也可以作为航天领域专业技术人员的基础知识学习参考。


Syllabus

  • 第一章 力学基础
    • 1.1 矢量导数关系
    • 1.2 变质量质点系的基本方程
    • 1.3 连续质点系动力学方程
  • 第二章 空间直角坐标系
    • 2.1 方向余弦阵
    • 2.2.1 地心惯性坐标系与地心坐标系
    • 2.2.2 发射坐标系、发射惯性坐标系与平移坐标系
    • 2.3 箭体坐标系、速度坐标系
    • 2.4 测站坐标系和轨道坐标系
  • 第三章 主动段受力
    • 3.1 地球引力
    • 3.2 发动机推力
    • 3.3 控制力与空气动力
  • 第四章 飞行器主动段运动方程
    • 4.1 飞行器主动段运动方程
  • 第五章 天球坐标系
    • 5.1 天球与球面三角形
    • 5.2 天球坐标系
  • 第六章 时间系统
    • 6.1 时间与时间计量
    • 6.2 天体的视运动
    • 6.3 恒星时、真太阳时、平太阳时、民用时
    • 6.4 地方时、世界时、区时
  • 第七章 二体运动及其特性
    • 7.1 二体运动
    • 7.2 轨道速度
    • 7.3 位置与时间的关系
  • 第八章 轨道要素
    • 8.1 轨道要素
    • 8.2 轨道要素求直角坐标
    • 8.3 直角坐标求轨道要素
    • 8.4 球坐标求轨道要素
  • 第九章 星下点轨迹与轨道类型
    • 9.1 星下点与星下点轨迹
    • 9.2 轨道类型
    • 9.3 地球静止轨道
    • 9.4 地球同步轨道
    • 9.5 太阳同步轨道
    • 9.6 回归轨道
    • 9.7 冻结轨道
    • 9.8 大椭圆轨道与闪电轨道
    • 9.9 伴随轨道
  • 第十章 自由段弹道特性
    • 10.1 关机点参数与自由段弹道的关系
    • 10.2 关机点参数与射程的关系
  • 第十一章 飞行器的返回与再入
    • 11.1 飞行器的返回与再入
  • 第十二章 考试
    • 复习参考
      • 弹道部分复习
      • 轨道部分复习

    Taught by

    Zhang YaSheng, Zhang XueYang, Wang Xun, Wang WeiJie, Zhou HaiJun, Cheng WenHua, Li YanYan, and Yu MoYao

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