Contents
xiii
3.4 Early Astronautical Societies and Historical Merits . . . . . . . . . . . . . . 122
3.4.1 Soviet Societies on Rocketry and Astronautics . . . . . . . . . . . 123
3.4.2 German Society for Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.4.3 American Space Research Organizations . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.4.4 British Interplanetary Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.4.5 Other Countries’ Groups and Individuals . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3.5 Entering the Age of Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.5.1 Liquid Rockets and V-2 Missiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.5.2 Launching the First Artificial Earth Satellite . . . . . . . . . . . . . 145
3.5.3 Manned Earth Orbit Flights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3.5.4 Manned Landing on the Moon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.6 Flying Out of the Solar System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
3.6.1 Boundaries of the Solar System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3.6.2 Pioneer Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3.6.3 Pioneer Plaque and Pulsar Positioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.6.4 Voyager Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.6.5 Debates on Voyager-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
3.6.6 New Horizons Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
4 Navigations from Ground to Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.1 Connotations Related to Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.2 From Ancient South-Pointing Chariot to Modern Navigation
System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4.3 Celestial Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4.3.1 Basic Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4.3.2 Development and Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
4.4 Inertial Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4.4.1 Basic Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4.4.2 Development and Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
4.5 Radio Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4.5.1 Ranging and Bearing Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . 217
4.5.2 Hyperbolic Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
4.5.3 Doppler Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
4.6 Navigation Satellite System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.6.1 Origin of Navigation Satellite Idea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.6.2 First-Generation Navigation Satellite System . . . . . . . . . . . . . 225
4.6.3 Second-Generation Navigation Satellite System . . . . . . . . . . 228
4.7 The Navigations for Spacecrafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
4.7.1 Orbit and Attitude Determinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
4.7.2 Orbit and Attitude Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.8 Ground Navigation Networks for Spacecrafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.8.1 Relation Between TT&C System and Navigation
Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.8.2 Ground Control Networks of GNSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
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3.4 Early Astronautical Societies and Historical Merits . . . . . . . . . . . . . . 122
3.4.1 Soviet Societies on Rocketry and Astronautics . . . . . . . . . . . 123
3.4.2 German Society for Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.4.3 American Space Research Organizations . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.4.4 British Interplanetary Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.4.5 Other Countries’ Groups and Individuals . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3.5 Entering the Age of Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.5.1 Liquid Rockets and V-2 Missiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.5.2 Launching the First Artificial Earth Satellite . . . . . . . . . . . . . 145
3.5.3 Manned Earth Orbit Flights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3.5.4 Manned Landing on the Moon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.6 Flying Out of the Solar System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
3.6.1 Boundaries of the Solar System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
3.6.2 Pioneer Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
3.6.3 Pioneer Plaque and Pulsar Positioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
3.6.4 Voyager Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.6.5 Debates on Voyager-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
3.6.6 New Horizons Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
4 Navigations from Ground to Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.1 Connotations Related to Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
4.2 From Ancient South-Pointing Chariot to Modern Navigation
System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4.3 Celestial Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4.3.1 Basic Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4.3.2 Development and Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
4.4 Inertial Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4.4.1 Basic Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4.4.2 Development and Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
4.5 Radio Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
4.5.1 Ranging and Bearing Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . 217
4.5.2 Hyperbolic Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
4.5.3 Doppler Navigation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
4.6 Navigation Satellite System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.6.1 Origin of Navigation Satellite Idea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
4.6.2 First-Generation Navigation Satellite System . . . . . . . . . . . . . 225
4.6.3 Second-Generation Navigation Satellite System . . . . . . . . . . 228
4.7 The Navigations for Spacecrafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
4.7.1 Orbit and Attitude Determinations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
4.7.2 Orbit and Attitude Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.8 Ground Navigation Networks for Spacecrafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.8.1 Relation Between TT&C System and Navigation
Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
4.8.2 Ground Control Networks of GNSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254