2025年大学（航空航天工程）航天器轨道力学原理综合测试卷及答案

2025年大学（航空航天工程）航天器轨道力学原理综合测试卷及答案

（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。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.航天器在椭圆轨道上运行时，其速度大小随位置变化的规律是（）A.近地点速度最小，远地点速度最大B.近地点速度最大，远地点速度最小C.整个轨道上速度保持不变D.速度大小无规律变化2.以下关于航天器轨道能量的说法，正确的是（）A.轨道能量只与航天器质量有关B.轨道能量与轨道半长轴有关且半长轴越大能量越大C.轨道能量与轨道半长轴有关且半长轴越小能量越大D.轨道能量与航天器的初始发射速度无关3.当航天器进行轨道机动时，改变轨道的关键因素是（）A.航天器的姿态调整B.发动机的推力方向C.发动机的推力大小D.轨道平面的选择4.对于圆轨道航天器，其轨道角速度与轨道半径的关系是（）A.轨道半径越大角速度越大B.轨道半径越小角速度越大C.轨道角速度与轨道半径无关D.角速度与半径的平方成反比5.航天器在轨道上受到的主要摄动力不包括（）A.地球引力摄动B.太阳辐射压力摄动C.大气阻力摄动D.航天器自身动力系统的干扰6.两航天器在同一轨道平面内，要实现交会对接，以下哪种轨道策略较为合适（）A.一个航天器在高轨道，一个在低轨道B.两个航天器都在相同高度的圆轨道C.一个航天器在椭圆轨道远地点，一个在椭圆轨道近地点D.两个航天器都在椭圆轨道且半长轴相同第II卷（非选择题共70分）（一）填空题（每题5分，共20分）答题要求：请在横线上填写正确答案。1.航天器轨道的六个基本参数分别是轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和________________。2.开普勒第二定律表明，航天器在轨道上运动时，单位时间内扫过的________________相等。3.当航天器的轨道偏心率e=0时，其轨道为________________。4.轨道机动的基本原理是通过改变航天器的________________来实现轨道的改变。（二）简答题（每题10分，共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰，要点明确。1.简述航天器轨道力学中能量守恒定律在航天器轨道运动中的体现。2.说明航天器轨道摄动对航天器飞行任务的影响。（三）计算题（每题15分，共30分）答题要求：解答应写出必要的文字说明、计算步骤和答案。1.已知某航天器在椭圆轨道上，轨道半长轴a=10000km，偏心率e=0.5，求航天器在近地点和远地点的速度。（引力常数GM=3.986×10^14m^3/s^2）2.一航天器在半径为r=6800km的圆轨道上运行，求其轨道周期T。（引力常数GM=3.986×10^14m^3/s^2）（四）材料分析题（每题10分，共20分）答题要求：阅读材料，结合所学知识回答问题。材料：在一次航天器轨道调整任务中，航天器原本在一个近地点高度为200km，远地点高度为1000km的椭圆轨道上运行。通过发动机点火，航天器获得了一定的速度增量，使其轨道发生了改变。经过调整后，航天器进入了一个近地点高度为300km，远地点高度为1200km的椭圆轨道。1.分析此次轨道调整中，航天器轨道半长轴、偏心率的变化情况。2.说明发动机点火提供的速度增量对航天器轨道参数改变的作用原理。（五）论述题（每题20分，共20分）答题要求：论述应观点明确，论据充分，论证合理。论述航天器轨道力学原理在未来星际探索任务中的重要性及应用前景。答案：第I卷：1.B2.B3.C4.B5.D6.C第II卷：（一）1.真近点角2.面积3.圆轨道4.速度大小和方向（二）1.航天器在轨道运动中，动能与引力势能之和保持不变。在近地点动能大势能小，远地点动能小势能大，二者相互转化但总和不变。2.轨道摄动会使航天器实际轨道偏离设计轨道，影响航天器的位置精度、姿态控制，可能导致轨道寿命缩短，增加轨道维持成本，甚至影响与其他航天器的交会对接及科学探测任务等。（三）1.近地点速度：由能量守恒和角动量守恒可推出公式v_p=√(GM(1+e)/(a(1-e)))，代入数据得v_p=√(3.986×10^14×(1+0.5)/(10000×1000×(1-0.5)))=10.9km/s；远地点速度：v_a=v_p(1-e)/(1+e)=10.9×(1-0.5)/(1+0.5)=3.63km/s。2.根据开普勒第三定律T^2=4π^2r^3/GM，代入数据得T=√(4×3.14^2×(6800×1000)^3/(3.986×10^14))=5424s≈1.51h。（四）1.原轨道半长轴a1=(200+1000)/2+600km，调整后轨道半长轴a2=(300+1200)/2=750km，半长轴增大。原轨道偏心率e1=(1000-200)/(1000+200)=2/3，调整后轨道偏心率e2=(1200-300)/(1200+300)=3/5，偏心率减小。2.发动机点火提供速度增量，改变了航天器的动能，从而改变了其总能量，根据能量与轨道参数的关系，使得轨道半长轴增大。同时，速度增量的方向和大小影响了航天器的运动状态，进而使偏心率发生改变。（五）航天器轨道力学原理在未来星际探索任务中至关重要。它能精确规划航天器轨道，