• 比推力越大，产生一定推力所需的推进剂重量秒耗量就 越少；或者说，当推进剂流量一定时，比推力越大，所 产生的推力就越大。
• 比推力完全取决于有效排气速度vef。 • 上式分子和分母都同乘以发动机的工作时间t，则得到比
冲的公式，因此尽管比冲和比推力在定义和物理意义上 有区别，但它们的数值和量纲是相同的。
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1.1 推力器
推力器应用范围：
• 航天器刚入轨后的消除初始姿态偏差、速率阻尼、姿态捕获； • 航天器正常轨道运行期间的快速姿态机动； • 航天器轨控发动机工作期间的姿态稳定； • 大型航天器姿态控制、交会对接。
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1.1 推力器
推力器系统性能参数：（一）推力 • 由牛顿第二定律可以推导出推力器真空中的推力公式为：
动量推力 压力推力
——单位时间推进剂排出数量，即秒耗量 ve ——相对于航天器的排气速度 Se ——推力器喷嘴出口截面积 pe ——推力器喷嘴出口射流压力
说明： 推力器产生的推力不仅与喷出的射流有关，还与外界大气压有关。 这两部分中，主要是动量推力，占全部推力的90%以上。增大推力的主要 途径是增加喷射物质的秒耗量和提高排气速度。
中国资源二号卫星
中国资源二号卫星推进系统
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1.1 推力器
三、液体推进系统
2、双组元推进系统 • 双组元发动机的推进剂包括氧化剂和燃烧剂（一般为四氧化
二氮和甲基肼），工作时由专门的输送系统分别送入燃烧室； • 比冲高，在大型卫星、飞船和航天飞机等航天器中应用； • 能独立完成轨道注入、轨道保持、姿态控制和再入机动，功
能全面。
中国东方红三号
中国神舟系列飞船
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1.1 推力器
三、液体推进系统
3、双模式推进系统 • 将单组元高可靠、低推力和双组元高比冲优点有机结合，构
成的复合的先进控制系统； • 采用双组元推进剂用于大力矩需求情况，采用单组元推进剂
用于姿态稳定等小力矩需求情况； • 同样能独立完成轨道注入、轨道保持、姿态控制和再入机动，
三、液体推进系统
1、单组元推进系统 • 采用无水肼作为推进剂产生推力，工作时推进剂组元自身分
解后再燃烧产生高温气体； • 航天器姿态控制和轨道控制最广泛使用的推进系统； • 是一种非常理想的推进系统，在可靠性、寿命、使用历史、
比冲、安全性、费用等综合指标上，都比其它推进系统优越。 • 主要缺点是比冲较低，一般适合用于中小型卫星。
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1.1 推力器
推进系统分类 一、冷气推进系统
• 利用储存在室温的高压惰性气体作为推进剂。 • 成本低、系统简单、可靠，但性能低，冲量小。 • 一般用于早期卫星或航天器，或者对总冲要求较低的小卫星。
前苏联“东方一号”（1961）
美国“空间实验室”（1973）
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• 当推力器推力方向过航天器质心，可为航天器提供控制推力； • 当推力器推力方向不过航天器质心，将同时产生控制推力和
相对航天器质心的力矩，成为姿态控制执行机构。
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1.1 推力器
基本概念
• 力矩：力F使物体绕O点转动， 不仅与力的大小有关，而且 与O点到力的作用线的垂直距
离d有关， 力矩 定义为
航天器控制----(四)
航天器姿态执行器与控制器
马广富 哈尔滨工业大学
航天器控制
姿态控制系统
姿态确定
姿态敏感器
姿态确定算 法
稳定方式
航天器控制
轨道控制系统
姿态控制 轨道确定 轨道控制
姿态稳定
执行机构
姿态机动
控制计算机
自主导航
非自主导航
轨道保持
轨道调整
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主要内容
航天器姿态执行机构 航天器姿态控制器-星载计算机 姿态控制系统的任务与分类
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1.1 推力器
推力器系统性能参数：（二）比冲、比推力
• 比冲：对一个推进系统的效率的描述，单位质量的推进 剂所能带来的冲量（推力×时间），计算公式为：
比比冲冲单(m位/s？)
Is

I mp
总比冲(N • s) 推进剂总质量（kg）
• 如总比冲一定，比冲越高，则所需的推进剂越少，相应 发动机的尺寸和重量都可以降低；
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1.1 推力器
二、固体推进系统
• 将燃料和氧化剂聚合在一起，利用固态推进剂产生推力 ； • 与液体推进系统相比，结构简单，比冲低，精度低； • 主要用于轨道注入和返回舱再入制动，或星际航行探测器或
地球行星过渡轨道动力装置；
美国 HS-376卫星平台
中国 风云二号卫星
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1.1 推力器
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1 航天器姿态执行机构
思考：对航天器产生力矩的方法？
喷射气体或离子 的反作用力矩
（推力器）
角动量交换 （反作用飞轮， 控制力矩陀螺）
地球磁场作用 （磁力矩器）
太阳辐射压力 重力梯度
（太阳帆， 重力梯度杆）
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1.1 推力器
推力器
• 目前航天器控制使用最广泛的执行机构之一。它根据牛顿第 二定律，利用质量排出，产生反作用推力，这也正是这种装 置被称为推力器或喷气执行机构的原因。
三轴解耦姿态稳定控制，使控制逻辑简单灵活。 • 产生的力矩大，过渡过程时间短。相比之下外部干扰力矩和
内部干扰力矩比喷气小得多，因此在姿态控制系统初步设计 时，可以忽略干扰力矩的影响。 • 所携带推进剂有限，适用于非周期性大干扰力矩的场合和工 作寿命较短的低轨道航天器。 • 推力器控制系统一般采用固定推力发动机和开关控制方式， 推力不连续，一般不能用于高精度控制。
M dF
• 力偶：作用在同一平面上大 小相等、方向相反、作用线 相互平行的两力构成一对力 偶。
• 推力器在用于姿态控制时， 一般都是力偶形式。
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1.1 推力器
推力器作为姿态控制执行机构的特点：
• 可以在轨道上任何位置工作，不受外界其它因素的影响。 • 沿航天器本体轴产生的控制力矩远大于耦合力矩，可以实现
• 如推进剂一定，比冲越高，则总冲就越大，相应推力器 的控制能力也增加。
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1.1 推力器
推力器系统性能参数：（二）比冲、比推力
• 比推力：单位时间推进剂消耗量（秒耗量）所产生的推力， 定义为比推力，即
比推力(m/s)
Is
vef g0

F
m g0
推力(N) 秒耗量（kg/s）