航天技术是指将航天器送入太空,以探索开发和利用太空及地球以外天体的综合性工程技术,又称空间技术.其组成主要包括:
(1)航天运载器技术.航天运载器技术是航天技术的基础.要想把各种航天器送到太空,必须利用运载器的推力克服地球引力和空气阻力.常用的运载器是运载火箭.
运载火箭主要由动力系统,控制系统,箭体和仪器,仪表系统组成.为了使航天器获得飞出地球所需要的速度,靠单级运载火箭的推力目前难以达到.为此,人们发展了多级运载火箭.多级运载火箭是由几个能独立工作的火箭沿轴向串联组成.
(2)航天器技术.航天器是在太空沿一定轨道运行并执行一定任务的飞行器,亦称空间飞行器.航天器分无人航天器和载人航天器两大类.
无人航天器按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器等.其中人造地球卫星按用途分为:①科学卫星:用于探测和研究;②应用卫星:直接为国民经济和军事服务;③技术试验卫星:用于技术试验和应用卫星试验.空间探测器按探测目标分为月球探测器,行星(金星,火星,水星,土星等)探测器和星际探测器.
载人航天器按飞行和工作方式分为载人飞船,空间站和航天飞机等.其中载人飞船可分为卫星式载人飞船,登月式载人飞船和行星际载人飞船等;空间站可分为单一式空间站和组合式空间站.
(3)航天测控技术.航天测控技术是对飞行中的运载火箭及航天器进行跟踪测量,监视和控制的技术.为了保证火箭正常飞行和航天器在轨道上正常工作,除了火箭和航天器上载有测控设备外,还必须在地面建立测控(包括通信)系统.地面测控系统由分布全球各地的测控台,站及测量船组成.航天测控系统主要包括:光学跟踪测量系统,无线电跟踪测量系统,遥测系统,实时数据处理系统,遥控系统,通信系统等.
中国航天事业自1956年创建以来,经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期,迄今已达到了相当规模和水平:形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系;建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网;建立了多种卫星应用系统,取得了显著的社会效益和经济效益;建立了具有一定水平的空间科学研究系统,取得了多项创新成果;培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。
中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后和特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的。中国独立自主地进行航天活动,以较少的投入,在较短的时间里,走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路,取得了一系列重要成就。
月球是地球的唯一天然卫星,它与地球有着密切的演化联系。
根据对建立在月球上的阿波罗11号和12号月震台记录资料的分析,以及对月球表面和月岩的研究,可知现今的月球内部也有圈层结构,但与地球内部的圈层结构并不完全相同。月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。
整个月球可以认为由月球岩石圈(0~1000公里)、软流圈(1000~1600公里)和月球核(1600~1738公里)组成。月球岩石圈又可进一步分为四层,即月壳(0~60公里)、上月幔(60~300公里)、中月幔(300~800公里)和月震带(800 ~ 1000公里)。
软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处,均存在月震波速的急剧变化,表明在这些深度处存在显著的不连续性。
月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次,25公里~60公里之间为月壳的第二层,由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成,中月幔和下月幔由基性岩组成。
月球震源的位置位于600~1000公里的深度之间,平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多,因此,可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成,它可能呈塑性或部分熔融状。
在月球1000公里深处,月幔温度不会高于1000°C。根据对月球内部状况的了解,固体部分圈层结构并不是地球本身所特有的。
月球的上述圈层结构,也是月球的演化过程中整个月球物质圈层分化的结果。
33年前的7月24日是一个大日子,因为美国航天员7月20日首次登陆月球后返回地球。
不过,一直以来都有人唱反调,称人类从来没有登陆月球,那些航天员在月球漫步、插美国旗的照片和影象,全都是美国太空总署弄出来的“登月骗局”,更声称已找出幕后黑手!姑勿论孰真孰假,激辩至今仍不间断。 自1969年7月20日航天员阿姆斯特朗(Armstrong)首次登陆月球的一刹那,就不断有阴谋论传出,质疑那个月球是假的,是美国西部内华达州的沙漠或迪斯尼的电影厂景而已,月球表面的光影也只是电影射灯打光等等,一切有关60至70年代登陆月球的场面都是美国太空总署发布出来的“登月骗局”(Moon Hoax)。
国旗无风也会动 “登月骗局”这个说法在近几年又再被热炒,有名作家、电视节目以此作话题,连美国霍士电视(Fox Network)去年亦就此拍了一个特别节目,探讨美国航天员是否真的曾登陆月球,更令“登月骗局”再度成为热门话题。 “登月骗局”阴谋论的支持者提出多个疑点,由于说得有鼻子有眼,一度令外界哗然,不过,之后陆续有人逐点反驳,以还人类登月一个清白。
阴谋论者提出最著名的一个疑点,就是航天员在月球插下的美国国旗,放手后国旗仍摆动多时,即表示现场有风,也即是有空气,显示航天员身处在地球。 但反驳者解释,那支是用铝金制成的旗杆,呈L形。
当航天员插旗时,由于月球地质较硬,要用力扭动才可把旗插上,所以这个扭动再加上旗杆本身弹性引起的震动,便造成国旗的摆动。 而根据牛顿力学第一定律“动者恒动,静者恒静”,在真空的环境中,没有空气的缓冲,国旗反而可以摆动多时而不停。
温度高无碍拍照 阴谋论者也曾质疑登月照片穿崩,因为航天员影子长短不一及对象反射近距离强光,都显示现场有多过一个的光源。 他们说,由于月球表面只有太阳一个光源,而且不是近距离照射,所以另外一个光源必定来自拍景用的射灯,引证了登月是假的。
但这一说法又被否定,反驳者解释月球表面不平坦,才形成不同长短的影子。 他们又质疑月球上根本无法拍摄,因为月球被太阳直接照射之下,气温可高达华氏250至280度(约摄氏121至138度),胶片早已溶解了。
然而他们根本不知道航天员用的是特制菲林。 其实,阴谋论者提出的论据很多时都以他们对摄影作为媒体的有限了解,而且对登月计划一知半解,故他们提出的其它疑点都一一被反驳。
苏联必定会揭穿 专业人士表示,“登月骗局”不可信,因为当时美苏是死对头,苏联一直密切监察太阳神计划的每一步,若发现不对路,必定会马上拆穿美国。 香港太空馆助理馆长黄耀华指出,“当时美苏正处冷战,如果美国做假,苏联一定会乘机揭穿,而且苏联有无人驾驶宇宙飞船上月球,如果是骗局苏联不可能看不出来!” 另一个铁一般的事实就是美国真的拿了月球上的岩石回地球,“那块月球岩石,交给全世界的科学家研究,如果是假的一早就穿帮了。”
一些“阴谋论”反驳者表示:“这些荒谬言论,对那些曾为人类登陆月球付出生命的人,是一种侮辱!” 骗局之父著书立说 “登月骗局”的其中一名幕后炒手,就是被称为“登月骗局之父”的Bill Kaysing,他与英国一位摄影师David Percy撰写了《我们从未曾登陆月球》(We Never Went to the Moon)一书。 Bill Kaysing在1957曾在其中一间登月舱制造商Rocketdyne工作,虽然在1963年太阳神计划开始前已离职,但却自称熟悉太阳神骗局的底细。
不过对照片穿帮的疑问,显示他对摄影技术完全是门外汉。他为加强著作的可信性,声称曾邀请多位匿名专家协助。
另外,身为皇家摄影学会会员、任职摄影师的David Percy,则以摄影专家的身分,指出登月照片中的破绽;不过David也曾被外间批评不懂摄影技巧。其它登月骗局的支持者,包括声称拍到太阳神11号上的航天员,在宇宙飞船内做假脚印的记者Bart Sibrel和自学工程师Ralph Rene。
疑点逐一击破 支持“登月骗局”论据 1. 航天员放手后,国旗杆仍摆动多时。 2. 在太阳神17号电视传送画面中,两个航天员同时入镜,但两个影子长短不一,且向着不同方向,证明现场有不同光源。
3. 太阳神16号航天员John Young站在月球上向国旗敬礼时,背景中竟拍摄不到星星,而他亦没有影子。 4. 照片中近景一块石头上面似乎有一个C字,分明是电影道具。
5. 在太阳神14号和17号的传送画面中,航天员遮光面罩反射了很大的强光,那是射灯的反射,证明现场只是一个布景。 反驳“登月骗局”论据 1. 当航天员插旗时,用力扭动,扭动再加上铝金属制旗杆本身弹性引起的震动,便造成国旗的摆动。
在真空的环境中,没有空气的缓冲,国旗反而可以摆动多时不停。 2. 月球表面凹凸不平,所以影子出现长短不一的现象。
航天员用的哈苏摄影机,配用60mm Bio-Gon广角镜头,亦会令扭曲了原本平衡的影子。 3. 没星星是菲林曝光问题,若要拍到星星,月面上的东西都会曝光过度。
没影子因为John Young并非站在地上,而是跃起了,在半“真”空中,所以影子距离他身体几呎外。 4. 以显微镜细看,C字只是相纸上一条头发或衣物纤维的影子。
5. 那个反光是月球地平在线一些恒久的玻璃。
中国航天事业自1956年创建以来,经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期,迄今已达到了相当规模和水平:形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系;建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网;建立了多种卫星应用系统,取得了显著的社会效益和经济效益;建立了具有一定水平的空间科学研究系统,取得了多项创新成果;培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。
中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后和特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的。中国独立自主地进行航天活动,以较少的投入,在较短的时间里,走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路,取得了一系列重要成就。
中国在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域已跻身世界先进行列;在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验以及空间微重力实验等方面均取得重大成果。空间技术1. 人造地球卫星。
中国于1970年4月24日成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”,成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。截至2000年10月,中国共研制并发射了47颗不同类型的人造地球卫星,飞行成功率达90%以上。
目前,中国已初步形成了四个卫星系列——返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列,“资源”地球资源卫星系列也即将形成。中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家,卫星回收成功率达到国际先进水平;中国是世界上第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。
中国的气象卫星、地球资源卫星主要技术指标已达到二十世纪九十年代初期的国际水平。近几年来,中国研制并发射的6颗通信、地球资源和气象卫星投入使用后,工作稳定,性能良好,产生了很好的社会效益和经济效益。
2. 运载火箭。中国独立自主地研制了12种不同型号的“长征”系列运载火箭,适用于发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道卫星。
“长征”系列运载火箭近地轨道最大运载能力达到9200千克,地球同步转移轨道最大运载能力达到5100千克,基本能够满足不同用户的需求。自1985年中国政府正式宣布将“长征”系列运载火箭投入国际商业发射市场以来,已将27颗外国制造的卫星成功地送入太空,在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。
1957年10月4日 前苏联发射世界第一颗人造地球卫星。
半年后,美国的人造卫星上天 1959年9月12日 前苏联发射“月球”2号探测器,为世界上第一个撞击月球表面的航天器 1961年4月12日 前苏联宇航员加加林成为世界第一位飞入太空的人 1969年7月20日 美国宇航员阿姆斯特朗乘坐“阿波罗”11号飞船,成为人类踏上月球的第一人 1970年12月15日 前苏联“金星”7号探测器首次在金星上着陆 1971年4月9日 前苏联“礼炮”1号空间站成为人类进入太空的第一个空间站。两年后,美国将“天空实验室”空间站送入太空 1971年12月2日 前苏联“火星”3号探测器在火星表面着陆。
5年后,美国的“海盗”火星探测器登陆火星 1981年4月12日 世界第一架航天飞机---美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功 1986年1月28日 美国航天飞机“挑战者”号在升空73秒后爆炸 1986年2月20日 前苏联发射“和平”号空间站,服役已经超期8年,至今仍在运行,是目前最成功的人类空间站 1993年11月1日 美、俄签署协议,决定在“和平”号空间站的基础上,建造一座国际空间站,命名为阿尔法国际空间站 我国航空航天大事件: 1956年10月8日,我国第一个火箭导弹研究机构———国防部第五研究院成立。 1970年4月24日,长征一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了东方红一号卫星,我国成为世界上第三个独立研制和发射卫星的国家。
1975年11月26日,长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了我国第一颗返 回式科学试验卫星,并于3天后成功回收。 1984年4月8日,长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了我国第一颗地球同步轨道卫星———东方红二号试验通信卫星。
1990年4月7日,中国用自行研制的长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了亚洲一号通信卫星,这是中国长征系列运载火箭首次发射国外卫星,使我国在世界航天商业发射服务领域占有了一席之地。 1999年10月,我国和巴西联合研制的第一颗地球资源卫星顺利升空,并正常运行,这是我国首次在空间技术领域进行的全面国际合作。
2003年10月15日,“神舟”五号飞船成功发射,并于2003年10月16日圆满回收,使我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。 2003年12月和2004年7月,我国与欧洲空间局联合研制并发射了“探测一号”和“探测二号”科学卫星,“地球空间双星探测计划”取得圆满成功。
2004年1月23日,我国绕月探测工程正式由国务院批准立项。 2005年10月12日,神六成功发射。
航天技术分发射技术、运行测控、回收技术三大部分。
近年中国又有载人航天、嫦娥计划,那将更加复杂。 上述技术和物理及计算机软件技术结合最为紧密。
和物理力学的关系显而易见,又由于其中牵扯大量实时数据处理,没有相应处理技术也是无法实现的。 航天技术,就是把人造天体送上太空,以探索、开发、利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术,又称空间技术。
下面,我们分四个方面来介绍航天技术: 一、航天技术发展概况; 二、航天技术基础知识; 三、军事航天技术; 四、我国航天技术。 一、航天技术发展概况 这是一张航天技术发展概况的草图,从这个图可以看出,是前苏联在1957年发射第一颗人造地球卫星,从那时到现在,已经过去42年。
42年只不过弹指一挥间,而航天技术(亦称空间技术)却获得突飞猛进的发展,到1998年底,世界各国共发射了航天器近5300多颗,其中前苏联和后来的俄罗斯以及美国占发射总数的绝大部分。在这些航天器中军用卫星占三分之二,它们在军事上发挥着极为重要的作用。
目前,侦察卫星不仅成了大规模侦察的重要手段,而且可以提供战役战术范围内的侦察服务;军事通信卫星能够为陆海空三军部队提供可靠的通信手段;导航卫星可以为各种攻击平台(攻击的载体)和打击手段如舰艇、飞机、导弹等进行精确导航;测地卫星能够测出各种军事目标的精确地理位置,从而大大提高了武器的命中精度;气象卫星,可以提供比较准确的全球或局部地区的气象情报,为制定作战计划提供更充分的依据。上述这些军用卫星的发展,又导致反卫星武器(亦称拦截卫星)的出现。
因此,传统的海陆空三维战场将演变成海陆空天电五维战场,不久,将出现一支新的军种-“天军”。目前,美俄都建立了航天司令部,美国有一个航天师,一所太空学校。
因此,可以说,短短的42年间,航天技术取得了令人眼花缭乱的成就。在这中间,值得一提的是载人登月飞行,建立空间站,航天飞机的发射以及现在正在建设中阿尔法国际空间站。
载人登月飞行,只有美国做到这一点。1969年,美国第一位宇航员首次登上月球,以后又12名宇航员先后九次登上月球。
关于空间站和航天飞机后面还要介绍。 二、航天基础知识 (一)卫星绕地球运转所具备的条件 (二)卫星是怎样上天的? (一)卫星绕地球运转所具备的条件 说到卫星,那么,什么是卫星?什么是人造地球卫星?所谓卫星就是绕行星运转的天体,月球就是地球的卫星,这种卫星称为自然卫星。
而人造地球卫星是指在一定轨道上绕地球运转并完成一定使命的人造天体,也称人造卫星。卫星绕地球运转必须具备一定的条件:一个是速度条件;一个是高度条件。
1、速度条件 大家在中学物理中都学过了万有引力定律和三大运动定律。这些定理告诉我们,当一个物体围绕地球做匀速圆周运动时,必然产生向外的惯性离心力。
如果离心力刚好等于向心力(即重力),这个物体将沿圆轨道绕地球运行而不掉回地面。在这种情况下,这个物体的速度叫环绕速度。
大约等于每秒7.9公里。这就是通常所说的第一宇宙速度。
:大家可能认为速度不够快,这是以秒计算,如以小时计算这个速度是26800Km/小时,不到1.5小时在外层空间绕地球一圈。 下面介绍几个概念:航空:一般把在地球周围稠密大气层以内的飞行活动(例如飞机、气球的飞行)称为航空; 航天:把在稠密大气层以外、太阳系以内的飞行活动(例如人造卫星、载人飞船的飞行)称为航天; 航宇:把太阳系以外的飞行活动称为航宇。
从理论上讲,以第三宇宙速度飞出太阳系是可以实现的。但是以这个速度到太阳系以外去航行,即使是飞到离太阳系最近的一颗恒星——半人马座2星,也得飞上10万年。
显然,这没有实际意义。所以,要实现恒星之间航行,就必须以接近光的速度,即30万公里/秒航行才行。
这就需要运载技术来一个革命性的飞跃。这是第一技术关速度足够大。
所谓第一宇宙速度是指航天器绕地球作圆轨道运行而不掉回地面所必须具有的。当速度达到每秒11.2公里时,物体将挣脱地球的引力场,而变成绕太阳运转的人造卫星。
这时的速度为第二宇宙速度(亦称脱离速度)。 所谓第二宇宙速度,即卫星能够脱离地球引力场而绕太阳运行所需要的速度。
如果物体运动的速度再增加到16.7公里/秒,这时太阳的引力也拉不住它了,而成为银河系的一个人造天体。这时的速度称为第三宇宙速度。
所谓第三宇宙速度就是从地面发射一个物体,能脱离太阳系引力场所需的最小速度。 一般把在地球周围稠密大气层以内的飞行活动(例如飞机、气球的飞行)称为航空;把在稠密大气层以外、太阳系以内的飞行活动(例如人造卫星、载人飞船的飞行)称为航天,或星际航行;而把太阳系以外的飞行活动称为航宇。
2、高度条件 高度在100——120Km以上。为什么卫星要选择100Km以上这样的高度?1960年第53届巴塞罗那国际航空联合大会决议规定,“地球表面100Km以上空间为航天空间,为国际公共领域,100Km以下空间为航空空间领域。”
这是为什么卫星要选择100Km以上这样的高度。卫星轨道为什么要选择120Km以上这。
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