一、航天技术概述

航天技术是指将航天器送入太空，以探索、开发和利用太空及地球以外天体的综合性工程技术，又称空间技术。它是20世纪人类认识和改造自然进程中最有影响的科学技术之一。

（一）航天技术的组成

航天技术主要由航天运载器技术、航天器技术和航天测控技术组成。

1.航天运载器技术

它是航天技术的基础，常用的运载器是运载火箭。运载火箭主要由动力系统、控制系统、箭体结构和无线电测量系统组成。

2.航天器技术

航天器是在太空沿一定轨道运行并执行一定任务的飞行器，亦称空间飞行器。通常分无人航天器和载人航天器两大类。

无人航天器，按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器等。人造地球卫星，按用途分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星等。空间探测器，按探测目标分为月球探测器、行星（如金星、火星等）探测器和星际探测器。

载人航天器，按飞行和工作方式分为载人飞船、空间站和航天飞机等。

3.航天测控技术

航天测控技术是对飞行中的运载火箭及航天器进行跟踪测量、监视和控制的技术。为了保证火箭正常飞行和航天器在轨道上正常工作，必须在地面建立测控（包括通信）系统。地面测控系统由分布在全球各地的测控台、站及测量船组成。

（二）航天器飞行的基本条件

要使航天器在太空飞行，必须具备一定的速度和一定的高度这两个条件。

1.航天器飞行的速度

从地球上将航天器发射上天，使其沿一定轨道运行而不落回地面来，必须借助运载火箭的推力产生足够大的飞行速度，航天器才能冲破地球引力和空气的阻力，飞向太空。根据对航天器的不同运行要求，通常将航天器运行速度分为第一、第二、第三宇宙速度。

第一宇宙速度：又叫环绕速度，指航天器（地球上的物体）绕地球作圆轨道运行而不掉回地面所必须具有的速度（7.9千米/秒）。

第二宇宙速度：又叫脱离速度。航天器运行速度大于环绕速度时，将沿椭圆轨道运行。当运行速度增加到11.2千米/秒时，航天器将挣脱地球引力，成为一颗绕太阳运行的人造行星。

第三宇宙速度：又称逃逸速度。当运行速度达到16.7千米/秒时，航天器将脱离太阳系，进入茫茫宇宙深处。

2.航天器飞行的高度

地球周围有稠密的大气层，空气密度与距地面的垂直高度成反比。在距地面100千米的高度上，空气密度约为海平面的一百万分之一，在200千米高空，空气密度只有海平面的五亿分之一。航天器运行轨道太低，与空气摩擦产生高温，会将航天器烧毁，空气的阻力也会使航天器运行速度下降而陨落。因此，要使航天器在空间轨道上安全运行，除必要的速度外，运行高度通常在120千米以上。

（三）航天器的运行轨道

航天器运行轨道是指其运行时质心运动的轨迹，由其入轨点位置、入轨速度和入轨方向决定。

1.轨道参数

人们为了说明航天器运行轨道的形状、空间方位及其特定时刻所在的位置，常用以下轨道参数来描述。

轨道形状和高度：绕地球运行的航天器轨道形状有圆轨道和椭圆轨道两种。航天器到地球表面的垂直距离，称为航天器的轨道高度。沿圆轨道运行的航天器只有一个高度参数；沿椭圆轨道运行的航天器在轨道上离地面最近的位置叫近地点，离地面最远的位置叫远地点，这两个点到地面的垂直距离分别称为近地点高度和远地点高度。根据执行任务不同，航天器可以选用不同形状、不同高度的轨道。

轨道周期：即航天器在轨道上绕地球运行一周所用的时间。航天器高度越高，速度越慢，周期也就越长。

轨道倾角：即航天器绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。它用地心至北极的方向与轨道平面正法向之间的夹角度量。倾角小于90度的轨道，航天器自西向东顺着地球自转方向运行，称为顺行轨道；倾角大于90度的轨道，航天器自东向西逆着地球自转方向运行，称为逆行轨道；倾角为0度的轨道，航天器始终在赤道上空飞行，称为赤道轨道；倾角为90度的轨道，航天器飞越地球两极上空，称为极地轨道。

2.常用轨道

地球同步轨道：轨道周期与地球自转周期（23小时56分4秒）相同的航天器轨道称为地球同步轨道。此时航天器每天在相同时刻经过地球相同地方的上空。轨道周期与地球自转周期相同、倾角为0度、高度为35786千米的航天器轨道，称为地球静止轨道。通信、气象、广播电视等卫星，通常采用地球静止轨道。

太阳同步轨道：轨道平面东进角速度和太阳在黄道上运动的平均角速度相等的轨道。在这种轨道上运行的卫星，每次从同一纬度地面目标上空经过，都保持同一地方时、同一运行方向，具有相同的光照条件，因此可在同样条件下重复观测地球。气象、地球资源等卫星，通常采用这种轨道。

极地轨道：倾角为90度的航天器轨道称为极地轨道。在极地轨道上运行的卫星，每圈都经过地球两极上空，其星下点轨迹可覆盖整个地球。气象、地球资源、侦察等卫星，通常采用这种轨道。