试论数学在航天事业中的应用

周国航

杞县高中

试论数学在航天事业中的应用

周国航

杞县高中

我国航天事业的发展举世瞩目，并且在最近几年也取得了辉煌的成绩。在2010年10月1日，嫦娥二号发射成功，这也标志着我国的航天事业更进一步。根据航天事业的不断发展，相关人员了解到，数学科学和航天事业的飞速前进有着不可分离的关系，相互之间的作用也越来越明显，这样极大的体现除了数学的价值，数学不仅仅具有科学性的价值，其应用价值以及人文价值也非常突出，在现代学生的学习中凸显重要。基于此，本文就对数学在航天事业中的应用进行分析，以此让社会对数学有全新的认识。

数学；航天事业；应用；探索；分析

航天事业的发展代表着我国的综合国力又向前一步，并且航天事业的进步也离不开教育以及科学的能力的增强。远距离的航天最大的最突出的问题就是对各种数据的运算和科学技术的使用，其中不乏数学的价值，数学在航天事业中所起到的作用而是不容忽视的，因此在航天事业发展的过程中还需要对数学知识的运用进行分析和研究，以此促进数学知识的进一步使用，让我国的航天事业得到大跨步的发展。以下对此进行细致的研究，希望对航天事业有一定的启示和帮助。

一、数学在航天航空事业中的价值使用

航天事业的大跨步发展需要更多的人才供应，尤其是在数学科学领域的人才，无论是数据的应用还是具体的计算都需要数学学科。航天航空需要数学、力学以及基本飞行器设计能力突出的人才，这样才能够在验算、实验以及航天器和运载端的总体设计上更加突出。在数学学科中，主要在航天方面所发挥的价值有以下几点：

首先，飞行器的设计原理中需要基本的数学知识，尤其是飞行器结构设计，其中所使用的几何和微积分是必不可少的。

其次，数学中的数值算法编程也能够解决一些数值的问题，在航天事业中常见的有复杂的非线性工程组问题，还有插值拟合。飞行器设计对这些数学知识的运用要求比较高，数学是基础学科，学好数学才能设计更加安全稳定的飞行器，并且航天航空事业也会向着更加完善的方向发展。

二、数学在航天航空中的实际运用案例分析

（一）航空轨迹问题

在某年10月，我国的神州载人飞船发射成功，在9点9分50秒的时间正是进入到预定的轨道之中，并且由此开始了巡天飞行。此轨道的运行是以地球为主要中心，设定为F2，F2也是轨道椭圆形的焦点，在坐标中以椭圆为中心原点，在靠近地面200千米的距离上有一点A，成为近地点A。远地点为B。和地面之间的距离为350千米，在题目中已知地球的半径用R表示，R=6371千米。已知上述条件，求得两点问题：

（1）飞船飞行的椭圆轨道方程是什么?

（2）飞船在行驶地球14圈以后，在当地时间16日的5点59分，返回舱和推进舱之间出现了分离的现象，由此当天的飞行任务也到此结束。飞船在天上的飞行距离大约是6×105千米。那么已知这些条件请问，飞船巡天飞行的平均速度是多少？

这些都是和航天航空有关的数学问题，这些数学问题的研究能够让航天航空事业的发展更加稳定，相关数据的计算更加精确。对于第一个问题可以使用椭圆方程来解答从题意中能够了解到，a-c=OA-OF2=F2A,就是数字6371+200=6571，并且a+c=OB+ OF2=F2B=6371+350=6721,从两个方程的解中能够看到a=6646、c= 75,那么a2的值为44169316，由此课件，b2=a2-c2=(a+c)(a-c),最后结果就是6721×6571=44163691，这样椭圆形方程就能够根据公式获得。对于第二个问题的解答，从题目中能够看到在15日的9点9分50秒时，一直到16日的5点59分，一共用了74950秒，那么飞船在巡天过程中的平均速度就是600000∕74950，最后结果大约是8km∕s。

（二）航空椭圆轨道研究

在嫦娥一号的探月卫星运行中，卫星按照地月的转移向月球运行，在靠近月球比较近的一个点上，设置为P，P进入到以月球为焦点的椭圆轨道I，绕着月球飞行，并且在卫星P第二次进入到椭圆轨道中时还是按照F点进行椭圆轨道的绕行，最后卫星P第三次进入到以F点为圆心的圆形轨道之中。如果使用2c1和2c2表示椭圆的轨道I和椭圆的轨道II，并且使用2a1和2a2对椭圆的长度进行表示，有以下集中计算公式，情对计算公式的序号进行排列,第一，a1+c1=a2+c2；第二，a1-c1=a2-c2;第三，a1-c1=a2-c2。要想对这道题进行解答就需要从PF入手分析，PF=a1-c1=a2-c2，可以对椭圆轨道的I和II离心率问题进行研究，分别设置为e1e2，按照数学中离心率的知识就能够对椭圆的特点进行了解，那么非常显然得到了e1比e2大，并且c1a2也比a1c2大[1]。

三、航天航空发展过程中的数学原理分析

航天航空学者在对数学问题进行研究的过程中发现，使用数学几何问题能够更加直观对一些三维立体问题进行解释和反应。例如，怎样的航天飞行设计更加节省原料。减少能耗也是航天发展的一个必经之路和必然选择，因此可以设置两点，从P1走到P3，如果走直线距离，那么节省的油料就最多，但是这样行走则是一种逆行重力场的表现，需要耗费更多的燃料。若是沿袭着重力的管道从P1一直到P2，然后再走向P3那么就是一种小方向上的操作，能够实现P3点的达到，还能节省更多的油料。

结束语

综上所述，本文对数学在航天事业中的应用进行了分析和研究，未来的航天事业发展还需要更多的数学知识和数学研究，为了能够让航天航空问题更加完善，并且减少燃料的使用，降低消耗就需要学者和设计师们强化研究，创新科技，使用更多的数学知识解答未来的问题。我国的神州飞船还会继续不断的进入月球、火星以及木星，这方面的研究也会有很大的使用空间，因此需要学校和各类研究人员认真学习数学知识和数学原理，努力应用于实践，只有这样才能促进我国航天事业的进步和发展。

[1]吴果林,李修清,廖桂湘等.应用技术型本科院校数学课程教学改革的探索与实践——以桂林航天工业学院为例[J].教育教学论坛,2015,11(49):150-151.