2025年大学第四学年（航空航天工程）航天器动力学阶段测试题及答案.doc

2025年大学第四学年（航空航天工程）航天器动力学阶段测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）

答题要求：本卷共6题，每题5分。在每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。

1. 航天器在轨道上运行时，其动力学状态主要受以下哪种因素影响最为显著？（ ）
A. 地球自转 B. 太阳辐射 C. 地球引力 D. 航天器自身质量分布
2. 关于航天器轨道动力学中的能量守恒原理，以下说法正确的是（ ）
A. 航天器动能和势能之和始终保持不变
B. 仅动能保持不变
C. 仅势能保持不变
D. 动能和势能都不断变化，但总和不变
3. 当航天器进行轨道机动时，主要通过改变以下哪个物理量来实现？（ ）
A. 航天器的形状 B. 推进剂的质量 C. 轨道速度 D. 航天器的颜色
4. 以下哪种轨道类型具有较高的轨道高度和较小的轨道倾角？（ ）
A. 极地轨道 B. 地球同步轨道 C. 太阳同步轨道 D. 低地球轨道
5. 航天器在轨道上的姿态控制对于其正常运行至关重要，姿态控制主要是通过调整以下哪些方面来实现的？（ ）
A. 航天器的温度 B. 航天器的材料特性 C. 作用在航天器上的外力矩 D. 航天器的发射时间
6. 在研究航天器动力学时，常用的坐标系不包括以下哪种？（ ）
A. 惯性坐标系 B. 轨道坐标系 C. 地心地固坐标系 D. 球坐标系

第II卷（非选择题 共70分）

7. （10分）简述航天器动力学中轨道要素的概念，并列举至少五个主要的轨道要素。

8. （15分）阐述航天器在椭圆轨道上运行时，速度和加速度的变化规律，并说明其与能量和轨道特性的关系。

9. （15分）材料：某航天器计划从低地球轨道转移到地球同步轨道。已知低地球轨道高度约为400公里，地球同步轨道高度约为36000公里。
问题：请分析该航天器实现轨道转移所需的主要步骤和关键技术，并说明能量变化情况。

10. （20分）材料：在航天器姿态控制中，常用的控制力矩陀螺（CMG）系统。CMG通过高速旋转的转子产生角动量，利用改变角动量的方向来产生控制力矩。
问题：请详细阐述CMG系统的工作原理，并说明其在航天器姿态控制中的优势和局限性。

11. （20分）材料：随着航天技术的发展，航天器面临的空间环境越来越复杂。包括空间辐射、微流星体撞击等。
问题：请分析这些空间环境因素对航天器动力学性能的影响，并提出相应的应对措施。

答案：1. C 2. D 3. C 4. B 5. C 6. D 7. 轨道要素是描述航天器轨道运动特征的参数。主要轨道要素有：轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、平近点角等。 8. 在椭圆轨道上，航天器近地点速度最大，远地点速度最小。加速度在近地点和远地点方向与速度方向垂直，大小与距离平方成反比。能量守恒，轨道半长轴决定总能量，偏心率决定轨道形状。 9. 步骤：先在低轨加速，进入过渡轨道，再在合适位置减速进入地球同步轨道。关键技术有精确轨道控制和高效推进技术。加速时能量增加，进入同步轨道减速能量减少。 10. 工作原理：CMG转子高速旋转产生角动量，通过改变角动量方向产生控制力矩。优势：控制精度高、响应快。局限性：存在奇异问题，即某些姿态下控制力矩失效。 11. 空间辐射影响电子设备性能，微流星体撞击可能损坏航天器结构。应对措施：采用抗辐射材料，对关键设备进行屏蔽；设计防护结构，提高航天器抗撞击能力。