航天器

航天器

航天器(亦稱空間飛行器、太空飛行器),是在繞地球軌道或外層空間按受控飛行路線運行的載人的飛行器,包括發射航天飛行器的火箭、人造衛星、空間探測器、宇宙飛船、太空梭和各種空間站。
  • 中文名稱
    航天器
  • 其他名稱
    空間飛行器、太空飛行器
  • 定義
    是在繞地球軌道或外層空間按受控飛行路線運行的載人的飛行器
  • 具體包括
    火箭、人造衛星、空間探測器、宇宙飛船、太空梭和各種空間站。

基本介紹

航天器航天器

航天器,又稱空間飛行器、太空載具等,是指在地球大氣層以外的宇宙空間中,基本按照天體力學的規律運動的各種飛行器。載人航天器家族中有三個成員:載人飛船、空間站和太空梭。

航天器基本上是無動力的,依靠運載火箭,通常為第二級火箭提供的初速來運動。運載火箭在燃料耗盡後就自動分離,向地球下落;航天器或者進入繞地球軌道,或者在給以動量情況下,繼續飛向太空目的地。

航天器本身也可能裝有小型液體火箭發動機供機動飛行之用。在美國的“阿波羅”月球探測計畫中,登月艙就裝有火箭發動機,以便從月球起飛,飛回軌道上的“阿波羅”號飛船。飛船本身也得有足夠的火箭動力使其脫離月球軌道返回地球。

航天器的設計異常復雜,尤其是載人航天器。它包含幾百萬個部件,要求高度微型化但可靠率要達到99. 9999%以上。如果汽車的零件達到同樣的可靠度的話,那麽在首次故障之前,就可運行100年。

航天器還需要電源來帶動所攜帶的各種設備。不載人的航天器大多採用太陽電池板和相連的蓄電池。在載人航天器上,包括在“太空實驗室”上通常用燃料電池,有時則為燃料電池與太陽電池的組合。

分類情況

航天器根據是否載人分為無人航天器和載人航天器。

無人航天器根據是否環繞地球運行則被分為人造地球衛星和空間探測器。

按照航天器的用途和結構形式,還可以將它們進一步進行細分,無人航天器和載人航天器。

組成結構

航天器結構剖析航天器結構剖析

航天器在宇宙空間運動,是由于天體引力場的作用,它的速度是由發射的運載器提供的,根據不同的任務,可選擇和設計不同的軌道。大多數航天器不帶飛行動力裝置,它一般由專用系統(有效載荷,不同用途的航天器裝有不同的專用艙)和保障系統(包括結構系統、電源系統、姿態控製系統、無線電測控系統、生命保障系統、應急救生系統、返回著陸系統等)組成。

專用系統

不同用途航天器的主要區別在于裝有不同的專用系統。專用系統種類很多,隨航天器執行的任務不同而異。例如,天文衛星的天文望遠鏡、光譜儀和粒子探測器,偵察衛星的可見光照相機、電視攝像機或無線電偵察接收機,通信衛星的轉發器和通信天線,導航衛星的雙頻發射機、高精度振蕩器或原子鍾等。單一用途航天器裝有一種類型的專用系統,多用途航天器裝有幾種類型的專用系統。

保障系統

各種類型航天器的保障系統往往是相同或類似的,一般包括以下一些系統:

結構系統:用于支承和固定航天器上的各種儀器設備,使它們構成一個整體,以承受地面運輸、運載器發射和空間運行時的各種力學和空間環境。結構形式主要有整體結構、密封艙結構、公用艙結構、載荷艙結構和展開結構等。航天器的結構大多採用鋁、鎂、鈦等輕合金和增強纖維復合材料。

熱控製系統:又稱溫度控製系統,用來保障各種儀器設備在復雜的環境中處于允許的溫度範圍內。航天器熱控製的措施主要有表面處理(拋光、鍍金或噴刷塗料),包覆多層隔熱材料,使用熱控百葉窗、熱管和電加熱器等。

電源系統:用來為航天器所有儀器設備提供所需的電能。人造地球衛星大多採用蓄電池電源和太陽電池陣電源系統,空間探測器採用太陽電池陣電源系統或空間核電源,載人航天器大多採用氫氧燃料電池或太陽電池陣電源系統。

姿態控製系統:用來保持或改變航天器的運行姿態。航天器一般都需要姿態控製,例如使偵察衛星的可見光照相機鏡頭對準地面,使通信衛星的天線指向地球上某一區域等。常用的姿態控製方式有三軸姿態控製、自旋穩定、重力梯度穩定和磁力矩控製等(見航天器姿態控製)。

軌道控製系統:用來保持或改變航天器的運行軌道。航天器軌道控製以軌道機動發動機提供動力,由程式控製裝置控製或地面航天測控站遙控。軌道控製往往與姿態控製配合,它們構成航天器控製系統。

小型航天器小型航天器

無線電測控系統:包括無線電跟蹤、遙測和遙控 3個部分。跟蹤部分主要有信標機和應答機。它們不斷發出信號,以便地面測控站跟蹤航天器並測量其軌道。遙測部分主要由感測器、調製器和發射機組成,用于測量並向地面傳送航天器的各種儀器設備的工程參數(工作電壓、溫度等)和其他參數(探測儀器測量到的環境資料、敏感器測量到的航天器姿態資料等)。遙控部分一般由接收機和解碼器組成,用于接收地面測控站發來的遙控指令,傳送給有關系統執行。

回著陸系統:用于保障返回型航天器安全、準確地返回地面。它一般由製動火箭、降落傘、著陸裝置、標位裝置和控製裝置等組成。在月球或其他行星上著陸的航天器配有著陸系統,其功用和組成與返回型航天器著陸系統類似。

生命保障系統:載人航天器生命保障系統用于維持航天員正常生活所必需的設備和條件,一般包括溫、濕度調節、供水供氧、空氣凈化和成分檢測、廢物排除和封存、食品保管和製作、水的再生等設備。

應急救生系統:當航天員在任一飛行階段發生意外時,用以保證航天員安全返回地面。它一般包括救生塔、彈射座椅、分離座艙等救生設備。它們都有獨立的控製、生命保障、防熱和返回著陸等系統。

電腦系統:用于存貯各種程式、進行信息處理和協調管理航天器各系統工作。例如,對地面遙控指令進行存貯、解碼和分配,對遙測資料作預處理和資料壓縮,對航天器姿態和軌道測量參數進行坐標轉換、軌道參數計算和數位濾波等。航天器電腦有單機、雙機和多機系統。

運行原理

物理學原理

航天器在天體引力場作用下,基本上按天體力學的規律在空間運動。它的運動方式主要有兩種:環繞地球運行和飛離地球在行星際空間航行。環繞地球運行軌道是以地球為焦點之一的橢圓軌道或以地心為圓心的圓軌道。行星際空間航行軌道大多是以太陽為焦點之一的橢圓軌道的一部分。

運動方式

天地往返穿梭器—太空梭天地往返穿梭器—太空梭

航天器大多不攜帶飛行動力裝置,在極高真空的宇宙空間靠慣性自由飛行。航天器的運動速度為八到十幾公裏每秒,這個速度是由運載器提供的。航天器的軌道是事先按照航天任務來選擇和設計的。有些航天器帶有動力裝置用以變軌或軌道保持。

運行安全

航天器由運載器發射送入宇宙空間,長期處在高真空、強輻射、失重的環境中,有的還要返回地球或在其他天體上著陸,經歷各種復雜環境。航天器工作環境比航空器環境條件惡劣得多,也比火箭和飛彈工作環境復雜。發射航天器需要比自身重幾十倍到上百倍的運載器,航天器入軌後,需要正常工作幾個月、幾年甚至十幾年。因此,重量輕、體積小、高可靠、長壽命和承受復雜環境條件的能力是航天器材料、器件和設備的基本要求,也是航天器設計的基本原則之一。對于載人航天器,可靠性要求更為突出。

控製技術

絕大多數航天器為無人飛行器,各系統的工作要依靠地面遙控或自動控製。航天員對載人航天器各系統的工作能夠參與監視和控製,但是仍然要依賴于地面指揮和控製。航天器控製主要是借助地面和航天器上的無線電測控系統配合完成的。航天器工作的安排、監測和控製通常由航天測控和資料採集網或使用者台站(網)的中心站的工作人員實施。隨著航天器電腦系統功能的增強,航天器自動控製能力在不斷提高。

系統技術

航天器的電源不僅要求壽命長,比能量大,而且還要功率大,從幾十瓦到幾千瓦。它使用的太陽電池陣電源系統、燃料電池和核電源系統都比較復雜,涉及到半導體和核能等項技術。航天器軌道控製和姿態控製系統不僅採用了很多特有的敏感器、推力器和控製執行機構以及數位計算裝置等,而且套用了現代控製論的新方法,形成為多變數的反饋控製系統。航天器結構、熱控製、無線電測控、返回著陸、生命保障等系統以及多種專用系統都採用了許多特殊材料、器件和設備,涉及到眾多的科學技術領域。航天器的正常工作不僅決定于航天器上各系統的協調配合,而且還與整個航天系統各部分的協調配合有密切關系。航天器以及更復雜的航天系統的研製和管理,都須依靠系統工程的理論和方法。

詳細分類

航天器分為無人航天器和載人航天器。無人航天器按是否環繞地球運行分為人造地球衛星和空間探測器。通常,航天器分為人造地球衛星、空間探測器和載人航天器,它們按用途和飛行方式還可進一步分類。

人造地球衛星

俄羅斯聯盟號飛船俄羅斯聯盟號飛船

簡稱人造衛星,是數量最多的航天器,約佔航天器總數的90%以上。 它按用途分為科學衛星、套用衛星和技術試驗衛星。科學衛星用于科學探測和研究,主要包括空間物理探測衛星和天文衛星等。套用衛星是直接為國民經濟和軍事服務的人造衛星。套用衛星按用途分為通信衛星氣象衛星、偵察衛星、導航衛星、測地衛星、地球資源衛星、截擊衛星和多用途衛星等。套用衛星按是否專門用于軍事又可分為軍用衛星和民用衛星,有許多套用衛星是軍民兼用的。

空間探測器 又稱深空探測器,按探測目標分為月球探測器、行星和行星際探測器。各種行星和行星際探測器分別用于探測金星、火星、水星、木星、土星和行星際空間。美國1972年 3月發射的“先驅者”10號探測器,預計在1986年10月越過冥王星的平均軌道,將成為第一個飛出太陽系的航天器。 載人航天器 按飛行和工作方式分為載人飛船、航天站和太空梭。載人飛船包括衛星式載人飛船和登月載人飛船。太空梭既是航天器又是可重復使用的航天運載器。

發展歷史

1958年6月5日,蘇聯科學院院士、火箭飛船總設計師科羅廖夫在為政府起草的《開發宇宙空間的遠景工作》中提出1961~1965年完成研製能乘2~3人的載人飛船,1962年開始建造空間站。

1958年10月7日,美國航宇局(NASA)正式批準“水星”號載人飛船工程。這是航宇局1958年10月1日成立後作出的第一個重大決策。

1959年9月9日,美國用“宇宙神”D運載火箭首次成功地發射了“水星”飛船模型,進行亞軌道飛行。此後一直到1961年4月25日,美國共進行了7次無人飛船試驗,其中失敗3次,成功4次,為美國成功實施載人航天飛行奠定了堅實基礎。

俄羅斯“暴風雪”號太空梭俄羅斯“暴風雪”號太空梭

1960年1月,蘇聯成功發射了兩艘無人的衛星式飛船,進行亞軌道飛行。此後一直到1961年3月25日,蘇聯共進行了7次無人飛船試驗,其中失敗4次,成功3次,最後兩次連續成功。蘇聯決策機關認為已完全具備了載人飛船的發射能力。

1961年3月23日,蘇聯準備上天的航天員邦達連科在為期10天的地面訓練的最後一天,在一個高濃度氧氣艙裏,用酒精棉球擦完身上固定過感測器的部位後,隨手將它仍在電熱器上,立即引起大火,他被嚴重燒傷,10小時後,搶救無效死亡。

1961年4月12日,蘇聯發射世界第一艘載人飛船“東方”1號。尤裏·加加林少校乘“東方”1號飛船用了108分鍾繞地球運行一圈後,在薩拉托夫附近安全返回。加加林成為世界上第一位遨遊太空的航天員,使蘇聯在與美國開展的載人航天競賽中贏得了世界第一。1968年3月27日,加加林駕駛米格15殲擊機訓練時,因飛機事故遇難身亡。

1961年5月5日,美國第一位進行亞軌道飛行的航天員艾倫·B·謝潑德駕駛美國“水星”MR3飛船進行首次載人亞軌道飛行,美國因此成為繼蘇聯之後世界上第二個具有載人航天能力的國家。

1961年5月25日,美國總統肯尼迪在國會宣布:在60年代結束之前,美國要把人送上月球,並安全返回地面。從此,美國正式開始實施舉世聞名的“阿波羅”載人登月工程計畫。這是在與蘇聯之間展開的誰第一個把人送上天的競賽中失利後,美國發起的又一個競賽項目。

1962年2月20日,美國發射載人飛船“水星”6號,航天員歐約翰·H·格倫中校駕駛“水星”6號飛船繞地球飛行3圈,歷時4小時55分23秒,在大西洋海面安全返回。格倫因此成為美國第一個進入地球軌道的人。

1962年8月11日,蘇聯發射載有尼古拉耶夫少校的“東方”3號飛船上天。8月12日,蘇聯發射載有波波維奇中校的“東方”4號飛船上天。“東方”4號與“東方”3號首次在太空實現載人飛船的交會飛行,最近相距5公裏,第一次從太空傳回電視。

1963年6月16日,世界上第一位進入太空的女航天員捷列什科娃中尉駕駛蘇聯“東方”6號飛船進入太空,飛船繞地球飛行48圈,歷時70小時50分,19日返回。

1964年10月12日,蘇聯成功發射載3人的第二代載人飛船“上升”1號。航天員科馬羅夫、耶戈洛夫和費捷斯托夫駕駛飛船繞地球飛行16圈,歷時24小時17分,返回于庫斯塔奈地區。這是蘇聯、也是世界航天史上第一次載3人飛行。

哥倫比亞號太空梭哥倫比亞號太空梭

1965年3月18日,蘇聯發射載有別列亞耶夫、列昂諾夫的“上升”2號飛船。飛行中,列昂諾夫進行了世界航天史上第一次太空行走,他在離飛船5米處活動了12分鍾,完成了目視觀測、拆卸工作及其他實驗。

1965年3月23日,美國成功發射第二代載人飛船“雙子星座”3號。飛船乘載著美國航天員格裏索姆中校和約翰·楊少校,繞地球飛行5圈,歷時4小時53分鍾。這是美國首次載2人飛行。

1965年6月3日,美國發射載有航天員麥克迪維特上尉和懷特上尉的“雙子星座”4號飛船,繞地球飛行62圈。懷特到艙外行走21分鍾,用噴氣裝置使自己在太空中機動飛行。這是美國第一次太空行走。

1965年12月15日,美國發射“雙子星座”6號飛船,飛船載有希拉中校和斯坦福爾德上尉。飛船繞地球飛行16圈,歷時25小時51分鍾。此次飛行是與12月4日發射的“雙子星座”7號交會,並保持近距離編隊飛行,最近時約0.3米。這是美國載人飛船第一次空間交會飛行。

1966年3月16日,美國發射載有航天員阿姆斯特朗和斯科特的“雙子星座”8號,繞地球飛行6.5圈,歷時10小時41分。飛行中首次實現載人飛船與一個名叫“阿金納”的對接艙體對接。這是世界航天史上第一次空間對接。

1967年1月27日,美國“阿波羅”4A飛船在發射台上進行登月飛船的地面試驗。飛船內坐著曾參加過“水星”號、“雙子星座”飛船飛行的格裏索姆上校、美國第一個完成艙外活動的懷特中校和第一次準備參加太空飛行的查菲少校。突然,充滿純氧的座艙起火爆炸,3名航天員當即燒死。

1967年4月23日,蘇聯用“聯盟”號運載火箭發射第三代飛船“聯盟”1號。4月24日飛船返回時,因降落傘故障,飛船墜毀于烏拉爾奧倫波克附近,航天員科馬羅夫不幸遇難。

1968年4月14日,蘇聯發射宇宙212號無人飛船。飛船在軌運行中與後來發射的宇宙213號無人飛船自動對接。這是蘇聯完成的第一次空間對接。

1968年10月11日,美國發射“阿波羅”7號飛船。航天員希拉、艾西爾和坎寧哈姆繞地球飛行163圈,歷時260小時9分鍾,22日返回。這是“阿波羅”飛船的第一次載人地球軌道飛行。

1968年12月21日,美國發射載有波爾曼、洛弗爾和安德斯的“阿波羅”8號飛船。飛船進入距月面112公裏的月球軌道上飛行了10圈,時間20小時6分鍾,並向地球發回電視。27日返回。這是世界上第一艘繞月飛行的載人飛船。

1969年7月16日,美國發射“阿波羅”11號載人飛船,第一次把人送上月球

國際空間站國際空間站

1970年4月11日,美國發射載有航天員洛弗爾、海斯和斯威加特的“阿波羅”13號飛船進行第3次登月飛行。

1970年6月1日,蘇聯發射載有航天員尼古拉耶夫和謝瓦斯基揚諾夫的“聯盟”9號飛船。飛船繞地球飛行268圈,歷時424小時59分,創造了載人飛行史上的新記錄。

1971年4月19日,蘇聯用“質子”號火箭發射世界上第一個載人空間站“禮炮”1號。

1971年6月6日,蘇聯發射載有航天員多勃羅沃爾斯基、帕查耶夫和沃爾科夫和“聯盟”11號飛船。飛船成功地實現了和“禮炮”1號空間站的對接、在軌運行24天後,在返回途中,返回艙空氣泄露,返回地面時,人們發現未穿航天服的3名航天員全部遇難。

1971年12月7日,美國發射載有塞爾南、埃文斯和施密特的“阿波羅”17號飛船。11日到達月球,兩名航天員在月面逗留75小時,在月球軌道上釋放了一顆衛星。飛船19日返回。這是人類迄今最後一次載人登月飛行,也是“阿波羅”飛船第7次登月飛行。

1973年5月14日,美國用“土星”V火箭發射名為“天空實驗室”的空間站。後與多艘“阿波羅”飛船對接,先後有3批9名航天員到其上工作。原預計“天空實驗室”能運行到1982年,但終因空間站故障嚴重,無法正常使用,其運行軌道急劇下降,于1979年7月12日墜落于南印度洋澳大利亞西南水域。這是美國發射的第一個載人空間站。

1975年4月5日,蘇聯發射載有拉扎列夫和馬卡羅夫的聯盟18A飛船,準備與禮炮4號對接。火箭第3級點火不久,正值火箭上升到144公裏的高空時,因製導系統發生故障,飛船在空中翻滾,並偏離預定軌道。地面控製中心不得不發出應急救生指令,使火箭緊急關機,返回艙與飛船分離,航天員按應急方案返回,在西伯利亞西部山區安全著陸。飛行隻進行了22分鍾。這是載人航天以來,第一次因火箭飛行不正常而成功地採取的應急救生措施。

1975年7月15日,蘇、美發射飛船進行聯合對接飛行。首先發射的是載有蘇聯航天員列昂諾夫和庫巴索夫的“聯盟”19號飛船。發射後7.5小時,美國“阿波羅”18號飛船載著美國航天員斯坦福爾德、斯萊頓和布蘭德從肯尼迪航天中心發射成功。7月17日,“阿波羅”18號飛船和“聯盟”19號飛船成功地對接。飛船對接狀態保持了兩天,美蘇航天員實現了飛船間的互訪。這是冷戰期間美蘇兩個競爭對手難得的“太空握手”。

1981年4月12日,美國發射了世界上第一架太空梭“哥倫比亞”號。此後又陸續建造了“挑戰者”號、“亞特蘭蒂斯”號、“發現”號和“奮進”號太空梭。1986年1月28日,“挑戰者”號太空梭在發射升空僅73秒後即爆炸,機上7名航天員全部遇難;2003年2月1日,“哥倫比亞”號太空梭在返航途中解體,機上7名航天員再次遇難。盡管如此,美國太空梭投入運營22年來,已成功飛行111次,在太空部署過衛星、維修過“哈勃”、完成了無數科學試驗,是目前正在建造中的國際空間站的主要運送工具。

1984年7月17日,蘇聯發射“聯盟”T12號飛船升空。船上傳有扎尼拜科夫、沃爾克和女航天員薩維卡婭,與“禮炮”7號空間站-“聯盟”T10號飛船聯合體對接。25日,薩維茨卡婭和扎尼拜科夫一起進行了3小時35分鍾的艙外活動。薩維茨卡婭成為世界上第一位在太空行走的女性。

中國“神舟”一號飛船中國“神舟”一號飛船

1986年2月20日,蘇聯發射了第三代長期載人空間站——“和平”號空間站的核心艙。此後歷時10年,直到1996年4月26日,蘇聯(俄羅斯)才建成由核心艙、“量子”1號艙、“量子”2號艙、“晶體”艙、“光譜”艙和“自然”艙組成的完整的“和平”號空間站。

1995年6月27日,美國“亞特蘭蒂斯”號太空梭載著5名美國航天員和2名俄羅斯航天員升空,首次實現與俄羅斯“和平”號空間站對接飛行。此後一直到1998年,美國太空梭與俄羅斯“和平”號空間站進行了8次對接飛行,所取得的成功經驗降低了目前正在組裝的國際空間站裝配和運行中的技術風險。

1996年9月26日,在俄羅斯“和平”號空間站上工作的美國女航天員露西德乘“亞特蘭蒂斯”號太空梭返回地面。露西德在太空生活了188天,打破了俄羅斯航天員康達科娃創造的女性在太空飛行的最高紀錄。

1998年11月20日,俄羅斯用“質子”K火箭將國際空間站的第一個部件——“曙光”號多功能艙送入太空,建造國際空間站的宏偉而艱巨的任務從此拉開了帷幕。

2001年4月28日,世界上首位太空遊客、美國富翁蒂托搭乘“聯盟”TM32號飛船從哈薩克拜科努爾航天發射場出發,到國際空間站上旅遊觀光8天,5月6日返回地面。

2002年4月25日~5月5日,世界上第二位太空遊客、南非億萬富翁馬克·沙特沃斯也在太空度過了10天的時光,其中8天生活和工作在國際空間站上。

作用意義

中國“神舟”五號飛船中國“神舟”五號飛船

航天器的出現使人類的活動範圍從地球大氣層擴大到廣闊無垠的宇宙空間,引起了人類認識自然和改造自然能力的飛躍,對社會經濟和社會生活產生了重大影響。

航天器在地球大氣層以外運行,擺脫了大氣層阻礙,可以接收到來自宇宙天體的全部電磁輻射信息,開闢了全波段天文觀測;航天器從近地空間飛行到行星際空間飛行,實現了對空間環境的直接探測以及對月球和太陽系大行星的逼近觀測和直接取樣觀測;環繞地球運行的航天器從幾百公裏到數萬公裏的距離觀測地球,迅速而大量地收集有關地球大氣、海洋和陸地的各種各樣的電磁輻射信息,直接服務于氣象觀測、軍事偵察和資源考察等方面;人造地球衛星作為空間無線電中繼站,實現了全球衛星通信和廣播,而作為空間基準點,可以進行全球衛星導航和大地測量;利用空間高真空、強輻射和失重等特殊環境,可以在航天器上進行各種重要的科學實驗研究。

隨著太空梭和其他新型空間運輸系統的使用,空間組裝和檢修技術的成熟,人類將在空間建造各種大型的空間系統,例如,直徑上千米的大型光學系統、長達幾公裏的巨型天線陣和永久性航天站等。未來航天器的發展和套用主要集中在三個方面:進一步提高從空間獲取信息和傳輸信息的能力,擴大套用範圍;加速試驗在空間環境條件下生產新材料和新產品;探索在空間利用太陽輻射能,提供新能源。從空間獲取信息材料能源是航天器發展的長遠目標。

特點介紹

航天器在運動方式、環境與可靠性、控製和系統技術等方面都有顯著的特點。

航天器大多不攜帶飛行動力裝置,在極高真空的宇宙空間靠慣性自由飛行。航天器的運動速度為八到十幾千米每秒,這個速度是由航天運載器提供的。航天器的軌道是事先按照航天任務來選擇和設計的。有些航天器帶有動力裝置用以變軌或軌道保持。

航天器由航天運載器發射送入宇宙空間,長期處在高真空、強輻射、失重的環境中,有的還要返回地球或在其他天體上著陸,經歷各種復雜環境。航天器工作環境比航空器環境條件惡劣得多,也比火箭飛彈工作環境復雜。發射航天器需要比自身重幾十倍到上百倍的航天運載器,航天器入軌後,需要正常工作幾個月、幾年甚至十幾年。因此,重量輕、體積小、高可靠、長壽命和承受復雜環境條件的能力是航天器材料、器件和設備的基本要求,也是航天器設計的基本原則之一。對于載人航天器,可靠性要求更為突出。

絕大多數航天器為無人飛行器,各系統的工作要依靠地面遙控或自動控製。航天員對載人航天器各系統的工作能夠參與監視和控製,但是仍然要依賴于地面指揮和控製。航天器控製主要是借助地面和航天器上的無線電測控系統配合完成的。航天器工作的安排、監測和控製通常由航天測控和資料採集網或使用者台站(網)的中心站的工作人員實施。隨著航天器電腦系統功能的增強,航天器自動控製能力在不斷提高。

航天器運動和環境的特殊性以及飛行任務的多樣性使得它在系統組成和技術方面有許多顯著特點。航天器的電源不僅要求壽命長,比能量大,而且還要功率大,從幾十瓦到幾千瓦。它使用的太陽電池陣電源系統、燃料電池和核電源系統都比較復雜,涉及到半導體核能等項技術。航天器軌道控製和姿態控製系統不僅採用了很多特有的敏感器、推力器和控製執行機構以及數位計算裝置等,而且套用了現代控製論的新方法,形成為多變數的反饋控製系統。航天器結構、熱控製、無線電測控、返回著陸、生命保障等系統以及多種專用系統都採用了許多特殊材料、器件和設備,涉及到眾多的科學技術領域。航天器的正常工作不僅決定于航天器上各系統的協調配合,而且還與整個航天系統各部分的協調配合有密切關系。航天器以及更復雜的航天系統的研製和管理,都需依靠系統工程的理論和方法。

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