空间飞行器设计第3讲

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1、第三讲近地空间环境1航天器在空间飞行时所处的环境（包括自然的和人为的）称为空间环境。太阳系内的空间环境可分为：地球空间环境行星际空间环境其他行星空间环境大多数航天器运行在近地空间。23.1地球空间环境3.1.1地球的数学描述采用国际大地测量与地球物理联合会（IUGG-1975）推荐值参考椭球体：长半径a=6378.14km短半径b=6356.76km扁率f=1/298.257引力常数＝GM=3.986005×105km3/s2地球大气层以外的领域通称宇宙空间（外层空间、太空）太阳系内宇宙空间分为：行星空间、行星际空间。行星空间指行星引力作用的范围,行星际指行星间其他空间。3表面重力

2、加速度：标准值g0＝9.80665m/s245纬度处g45＝9.80612m/s2其他纬度处g＝9.78031×(1+0.005302sin2-0.000006sin22)半径向量＝a(1-0.00336317sin2＋0.00000639sin22)式中，地理纬度。43.1.2近地空间（Near-earthSpace)地球引力作用以内的区域称为地球空间，为一个球体：R＝9.3×105km(约150个地球半径)平均地月距离：eEM＝3.84×105km（384404km,约60个地球半径）月球对地球也有其作用空间：R月＝6.6×104km53.1.2近地空间深层空间(深

3、空，DeepSpace)：近地空间（Near-earthSpace）：100km

4、流层：南北极7－8km，赤道上16－18km，中高纬度处8－12km。占3/4空气质量，空气状况经常变化，风雨雷电在此发生。2.平流层：→50km，大气无上下对流，只有水平方向的流动，空气质量占1/4。20km以下温度一般保持在216.65K(-56.5℃)。20－32km气温逐渐升高。层内水蒸气、尘埃很少。93.中间层：→80km，空气只有1/3000。50－53km之间，气温随高度上升，达282K0，以后下降，到80km处降为196.86K。4.热层：→400km。80km以上，气温随高度上升，到150km处，达1000K。在400km处，达1500－1600K。5.外层：400

5、－1600km。大气边界位于2000－3000km。10图3.2地球大气温度随高度的变化关系11按大气被电离情况,分为电离层和非电离层：非电离层：H<50km，大气处于中性原子状态；电离层：50km以上到大气层边缘，是电离介质区，由电子、正负离子及中性粒子组成。电离层受地磁场影响，从而影响短波通讯。12图3.3正常电离层结构示意图按电子浓度可将电离层细分为：D层：H=50~90km,电子103~104/cm3（昼）；E层：H=90~140km,(1~2)×105/cm3（昼大夜小）；F层：F1：H=140~200km，电子3×105/cm3（夏昼）；F2：H=200~1000或200

6、0km,(1~2)×106/cm3（昼大夜小、冬大夏小）13(1).密度（表3－1）海平面处0＝1.225×10－3g/cm3＝1.2kg/m3。密度随高度急剧下降。在100km高度，只有10－70。也随时间、纬度、季节、太阳活动和地磁活动影响而变化。3.2.2地球大气的物理特性14表3－1不同海拔高度的大气密度海拔高度(km)大气密度(g/cm3)海拔高度(km)大气密度(g/cm3)01833496782961101250=1.22510-110-1010-2010-3010-4010-5010-6010-7010-80165245370540730980

7、1600275010-9010-10010-11010-12010-13010-14010-15010-16015(2).温度海平面大气温度的标准为T0＝15℃（288K）。120－300km之间：式中，T∞，T120—分别为外层和H=120km处的大气温度，K；T∞Z—海拔高度，km；S—常数，S=0.291exp(-q2/2),(3-1)16海拔300~1000km之间,接近等温;海拔1000km以上,大气温度随高度增加。17空间大气的