研究航天器和運載火箭在飛行中所受的力及其在力的作用下的運動的學科,又稱星際航行動力學。空間動力學研究的運動包括航天器的質心運動,稱為軌道運動;航天器相對於自身質心的運動和各部分的相對運動稱為姿態運動;以及與航天器發射和航天器軌道機動飛行相關的火箭運動。航天器的飛行過程壹般分為三個階段。②軌道段:航天器主要在重力等自然外力的作用下運動。為了維持預定軌道,有時需要少量推力;有時軌道機動需要很大的推力。(3)著陸軌道段:部分航天器需要返回地球表面或在目標天體表面著陸。此時,飛船在火箭推力和介質阻力的作用下,脫離軌道,降落在天體表面。在上述階段中,航天器的運動包括軌道運動和姿態運動兩部分。在運行軌跡部分,壹般來說,兩個運動可以分開求解。在發射階段和著陸階段,這兩個運動密切相關,需要同時求解。航天器運動的研究以牛頓力學和火箭力學為基礎,壹般不考慮相對論效應。空間動力學以數學、力學和控制理論為基礎。其研究內容分為三部分:軌道運動、姿態運動和火箭運動。
人造地球衛星是在太空中圍繞地球運行的物體,其運行狀態類似於地球在太空中圍繞太陽運行。他們的狀態和我們在地球表面生活的狀態最大的區別就是失重!太空理論說:失重是“壹個物體具有質量,但在重力場中自由運動時不顯示其重量的狀態,也稱零重力。”失重有時是指零重力和微重力環境。”“宇宙飛船在環繞地球的軌道上或在行星際空間航行時,處於持續失重狀態。在環繞地球的軌道上,只有飛船的質心實際上處於零重力狀態,其他部分由於其向心力並不完全等於地球引力而獲得相對於質心的微加速度,這種狀態稱為微重力狀態。飛船軌控推進器的點火、宇航員的移動、電機的轉動、輕微的氣動阻力都會使飛船產生微加速度。所以飛船的失重是嚴格意義上的微重力。飛船的旋轉會破壞這種狀態。“人們在電視上看到宇航員在空間站自由漂浮,應該認為空間站也處於失重狀態。同理,軌道上的地球也處於失重狀態!”在失重狀態下,人體和其他物體只用很小的力就能浮起。“如果空間動力學專家在這段話後加壹句:在失重狀態下,地球只要受壹個很小的力,也能在漂浮狀態下翻轉。那麽我們就可以更早的認識到地球自轉軸會適應性翻轉的自然現象。然而,我們只能遺憾地說,地球翻轉運動是航天動力學專家錯過的科學發現。
生活在地球上的人,無論哪壹天,總是受到地心引力的影響,所以東半球、西半球、北半球、南半球的人都是腳對著地心站起來的。正因為如此,人們在考慮很多事情的時候,總是離不開物體有重量這個具體的思維。但是,在空間科學範疇內的軌道衛星運動的力學狀態和機理,不能只用引力的知識來思考,還要用失重狀態下的空間動力學知識來思考。很多學者無法接受地球翻轉的新發現,因為他們總是習慣用重力和重力狀態來思考。要創新,就要有新的思維方式,新的思維方式。
在軌衛星,不管其原始重量如何,實際上都像氣球壹樣漂浮在太空軌道上。因為是失重狀態,所以在操作過程中,經常會出現非旋轉運動之外的意外翻滾。例如,在1958年,第壹顆美國衛星“探索者1”由於其四個鞭狀天線的振動而損失了大量能量。正常工作壹段時間後,衛星發生意外側翻,導致任務失敗。1973年4月3日,蘇聯向空間站2號發射禮炮。空間站進入軌道後不久,姿態控制系統發生故障,導致空間站側翻,最後爆炸成25塊碎片。1998 5月19日,位於北美西經99度赤道上空的銀河4號通信衛星突然發生故障,星上姿態控制系統的控制處理器出現故障,導致衛星側翻停止工作。至於美國探索者1衛星在飛行中出現意外的翻滾運動,後來的分析結果表明,問題出在衛星內部運動部件的運動上。只要拋棄理想剛體的假設,代之以準剛體,即內部有能量耗散的近似剛體模型,就可以解釋觀察到的現象。“作為壹顆圍繞太陽運行的行星,地球類似於壹顆沒有姿態控制器的軌道衛星。它的旋轉軸會出現意想不到的突然自然滾動現象嗎?學者和讀者可以自己思考。作者只是在努力收集各種可以作為證據的現象和材料,並不壹定用公式推導出自然界的實際變化。
對於在軌衛星的轉軸傾覆現象,空間動力學專家是這麽說的。剛體動力學證明:“當剛體繞最大主慣性軸或最小主慣性軸旋轉時,具有陀螺軸穩定性。然而,實際的衛星並不是壹個剛體。衛星含有彈性部件,並裝有姿態控制和軌道控制所需的液體燃料。這會引起衛星內彈性部件的振動和燃料箱內液體燃料的晃動,消耗衛星的轉動動能,衛星的運動最終會趨於最小動能狀態。在角動量守恒的情況下,最小動能狀態是衛星繞最大主慣性軸旋轉的狀態。也就是說,當衛星繞最小主慣性軸自旋,內部有機械能耗散時,名義自旋軸會在空間翻轉。”地球作為壹個具有大氣圈、水圈和液態外核的天然衛星,由於地球內核的異常運動、極地冰蓋的不均勻膨脹和收縮、海水的頻繁漲落、地球本身的不均勻膨脹和收縮、地下深處礦產品的大量開采、不均勻的運輸集中和地外天體的撞擊,必然會產生內部機械能耗散。其動能狀態會發生變化,轉動慣量也會表現為最大主慣性軸、中間主慣性軸、最小主慣性軸的累積變化。因此,在某個關鍵時刻,名義旋轉軸的空間翻轉就會成為壹種不可避免的運動現象。
基於空間動力學理論,壹方面,地球應該保持最小動能狀態,即繞最大主慣性軸旋轉,但旋轉和其他運動正在逐漸破壞它希望保持的最小動能狀態。這壹對矛盾的交替和轉化,使得地球的自轉軸不可避免地在空間進行適應性翻轉運動。這個翻轉運動理論上應該是90度,實際上會有更小數量級的加減。這種翻轉運動的周期或長或短,但確實是壹種頻繁的運動現象。應該說地球自轉軸翻轉,是自然衛星在自然運動狀態下的正常調整和變化,也是科學界在認識自然過程中忽略的壹個“漏洞”。當然,地球真的會發生突然快速的自轉軸翻轉嗎?妳每次翻幾個角度?周轉速度如何?應該由航天動力學專家詳細論證。本文只是從現象上對地球翻轉現象提出了新的思考。這種思維不是漫無目的的思維,而是有數學、物理、力學的基礎,有紮實的地質資料積累,有多種從新的角度分析的、古代史書記載的綜合證據。