航天讲稿.doc

未来航天发展构想未来的人类空间探索开发主要分为两个方向：1.不断的向深海发展，开发海洋资源，勘测未知海洋。2.不断的向太空迈进，不断的深入宇宙，探索广袤的宇宙空间。本节从探索宇宙空间角度出发，描述目前前沿的航天科技，介绍相关航天知识，并对未来航天发展方向提出自己的见解。为什么要发展航天 加深对地球本身的认识通过人造地球卫星观测地球气象水文，地域等相关地理信息。 探测未知宇宙空间，帮助人类认识宇宙通过卫星上的空间望远镜（开普勒22b）观测宇宙天体等各种形态，现状等。 探测其他行星恒星信息目前人来能达到月球，火星探测已经开始，美国真在积极筹备登陆火星 开拓宇宙空间资源开发利用月球上发现的稀有金属等。月球上稀有金属的储藏量比地球还多，另外，月球上的矿藏也十分丰富。可长期开采。航天器介绍航天器：又称空间飞行器、太空飞行器。按照天体力学的规律在太空运行，执行探索、开发、利用太空和天体等特定任务的各类飞行器。 航天器作用 航天器在地球大气层以外运行，摆脱了大气层阻碍，可以接收到来自宇宙天体的全部电磁辐射信息，开辟了全波段天文观测； 航天器从近地空间飞行到行星际空间飞行，实现了对空间环境的直接探测以及对月球和太阳系大行星的逼近观测和直接取样观测； 环绕地球运行的航天器从几百千米到数万千米的距离观测地球，迅速而大量地收集有关地球大气、海洋和陆地的各种各样的电磁辐射信息，直接服务于气象观测、军事侦察和资源考察等方面； 人造地球卫星作为空间无线电中继站，实现了全球卫星通信和广播，而作为空间基准点，可以进行全球卫星导航和大地测量； 利用空间高真空、强辐射和失重等特殊环境，可以在航天器上进行各种重要的科学实验研究。 目前航天器种类 航天器分为军用航天器、民用航天器和军民两用航天器，这三种航天器都可以分为无人航天器和载人航天器。无人航天器分为人造地球卫星、空间探测器和货运飞船。载人航天器分为载人飞船、空间站和航天飞机、空天飞机。 人造地球卫星分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星分为空间物理探测卫星和天文卫星。应用卫星分为通信卫星、气象卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、侦察卫星、预警卫星、海洋监视卫星、截击卫星和多用途卫星等。 空间探测器分为月球探测器、行星及其卫星探测器、行星际探测器和小行星探测器。 国际空间站介绍国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。该空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西和欧空局11个国家，正式成员国有比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和爱尔兰）共16个国家参与研制。其设计寿命为1015年，总质量约423吨、长108米、宽（含翼展）88米，运行轨道高度为397千米，载人舱内大气压与地表面相同，可载6人。国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱，对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成，建成后总质量将达438吨，长108米。航天飞机航天飞机（Space Shuttle，又称为太空梭或太空穿梭机）是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器，结合了飞机与航天器的性质。它既能代表运载火箭把人造卫星等航天器送入太空，也能像载人飞船那样在轨道上运行，还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。但是由于存在一些致命缺陷，使得美国航天飞机于2011年7月21号“亚特兰蒂斯”航天飞机着陆后宣布航天飞机的谢幕。比如高成本，风险大，安全性难以保障等。技术上的不足。空天飞机空天飞机：空天飞机是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，以高超音速在大气层内飞行，加速进入地球轨道后，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。目前大多数空天飞机还处于研发试验阶段，还未具体应用于航天优点：空天飞机能自由往返于天地之间，凡是航天飞机能干的事，它几乎都能胜任。它可以把大的卫星送入地球轨道，一次投放多颗卫星；它能对在轨道上运行的卫星进行维修或回收，当然也可以对敌国的卫星实施破坏，甚至收为己有；它能向空间站运送或接回宇航员和各种物资；更重要的是它还能执行各种诸如拦截、侦察和轰炸等军事任务，成为颇具威力的空天兵器。 空天飞机飞行速度很快，便于实现全球范围内的快速客运，地球上任何两个城市间的飞行时间都用不了2个小时。美国设计的一种空天飞机，乘客305人，可在32公里高度和1.2万公里航程内巡航，其巡航速度高达5马赫数。尽管航天飞机比起一次使用的运载火箭前进了一大步，但仍有诸如故障频繁，费用昂贵等许多不足。而空天飞机与航天飞机不同，它的地面设施简单，维护使用方便，操作费用低，在普通的大型机场上就能水平起飞和降落，具有一般航线班机的飞行频率。这种飞机的外型与大型客机相似，更多地具有飞机的优点。它以液氢为燃料，在大气层飞行时，充分利用大气中的氧气。加之它可以上百次的重复使用，真正实现了高效能和低费用的优点。据估算，用它发射近地卫星费用只有航天飞机的1/5，而发射地球同步卫星费用则可减少一半。这使空天飞机在即将到来的空间商务竞争中立于不败之地。美国空军的X-37B空天飞机原型机“轨道试验飞行器1号”将于2010年4月上演处女航。美国东部时间22日19时52分（北京时间23日7时52分），人类首架空天飞机X37B搭乘“阿特拉斯5”型运载火箭发射升空。按计划，X37B最多可在太空持续飞行270天。航天各国发展计划美国作为一个航天强国，航天科技领先于世界上其他国家。虽然于2011年终止了航天飞机使用，但其积累的航天经验及技术仍然在世界各国中首屈一指。2010年四月美国的空天飞机原型机“轨道试验飞行器一号”升空，预示着美国下一代可重复使用航天器的发展方向。奥巴马政府在去年4月公布的新太空计划，美国将加快新型大型运载火箭的研发工作，增加载人太空任务数量，为人类登陆火星做准备。 美国的未来宇宙开发设想 2015年启用太空梯 2020年开通宇宙公路 2030年建成月球宾馆 2040年建成火星据点 2050年建成宇宙巡回航母201 5 年启用太空梯美国国家宇宙委员会( U S NC C ) 报告书提出开发通往宇宙的、既安全又便宜的运输手段。 2009 年一家位于美国西雅图的公 司主动挑起 了制造太空梯的重担。 目前美国航空航天局的高级设计研究所已投资制造太空梯， 全部资金大约需要70100亿美元。从理论上讲 ，太空梯并不神奇。 在地球赤道的海面上建造一个平台， 用 飞 船放下一条长达 10万 k m 的绳索， 把它固定在平台上 ，随着地球一起旋转，由于旋转所产生 的离心 力刚好抵消了地球的吸引力 ，它便得到了一个向外的张力，于是，太空梯就从地球到太空之间竖立起来。它就像你在头顶上甩 动一根一头拴着小球的绳子一样。 然后，用一个由激光提供能量 的爬 升器在缆绳上 上 下移动 ，运送飞船、建筑材料甚至乘客。科学家们设想 ， 先把一个携带太空梯半成品的飞船或航天 飞 机发射到与地球同步的静止卫 星所在的轨道上 ， 使其和地球同步飞行。 把这个半成品的太空梯从飞船上放下来 ， 落到赤道海面上 的平台上 。 把半成品的太空梯固定在平台上 ，然后 ，飞 船就漂浮在上面。 接着再 用一个 由激光束提供能量的爬升器在这个太空梯的半成品上 上 下移动 ， 把其他建造太空梯的缆绳拧在这个太空梯半成品上 ，进一步建造太空梯 ，这大约要 用两年半的时间。 这样 ，太空梯才最后建成。2020年开通宇宙公路U S NC C 报告书上指出 ，开发通往宇宙既安全又 便宜的另一运 输手段是宇宙公路。 即以地球为出发点 ，把公路延伸到太空。 目前这 些公路的出入 口仅限于美国的卡纳维拉尔角和苏联的拜科努尔等几个地点 ，而且 费用高得惊人。 为了把太空置 于 人类的控制之 下 ， 必须开发更便宜的，从什么地方都能起飞 的运输手段。根据 U S N C C 报告书预测， 将在 2020年实现在普通机场也能起飞 的 Z eus航空航天 飞机 ，可采用改变动作的方式飞 行 ，即从起 飞 到速度达到 4 倍音速这 一阶段 ， 采用吸收外部气体并压缩它的滑轮喷气引擎 ； 在高空速度从 4 倍音速增加到 12倍音速期间，采用压 缩外部气体速度能的超音速燃烧j 中 压 喷气弓J擎 ； j 中出大气层后采用火箭引擎。 这样在不 同的速度和高度 ，分别采用最佳的动作方式就能达到经济省能的效果。这种 Z eus航空航天 飞机是未来专门用于运送旅客的。 为了把货物运往太空还要开发两级火箭式货物运 输机。这种货物运 输机采用 无 人 驾驶的自动方式但其第二 级轨道 器也可 以作为客机使用。 火箭式客机在效率和费用方面不如航空航天 飞机 ，但技术困难少 ，因此usNC C 也把它作为一种方案提出来这种运输机像航天 飞机那样垂直起飞 ，但助推器 (第一级 ) 也是有翼的与主体分离后 ，可 以滑翔返 回发射场航天 飞机的运输费用是 1 k g货物9000美元 ，但将来两级火箭式货物运输机的费用可 以期待降到 1 k g货物 l000美金；2030 年建成月球宾馆U S NC C 报告书指出，太空港是21世纪初，人类将在近地轨道、围绕月球和火星轨道，以及在地月系统中的自由点上陆续建成空间港，作为空间客运的转运站。其间将有巡天飞船常年巡回飞行，又有转运飞船像驳船一样在空间港与巡天飞船之间接货物和人员。当近地空间港和火星空间港建成成后，便形成一个完整的航天运输网络。人类如要长期地居月球、火星和空间港上工作、生活、定居，必须不依赖于地球而开发完全能自给自足的生物圈，并建成立初期前哨站和基地，形成开发太阳系的完整系统。月球太空港一旦建成 ，不仅是宇航员，科学家与许多技能工人也将陆续登月。 与此同时，建造宾馆 ， 组 团登月旅行的计划也在积极构思中。一切顺利的话 ，2030年 ，一座别开生面的月球宾馆将在太空出现 。在月球上建造宾馆 ， 首先要考虑月球和地球环境的不同。 理想位置宜选在昼 夜温差小、 生活环境稳定的地方， 也就是建在太阳西沉后仍是白天的地方。鉴于月球的地轴倾斜度为 5 。 ， 距月球两极纬度 5 。 的地方就不会有完全的黑夜， 气温可稳定 在 0 c c 左右；这样的地区，月球上有 l 4 4 万 k m ， 同时， 考虑到距月球地表深 9 3 c m 以下的地方受太阳温度变化影响少， 因此 月球宾馆通常是考虑建在地下的。 初步设想利用月球的熔岩隧道建在 地下的月球宾馆， 将建立一个维持生命的 环境调节系统 ， 使空气保持与地球相同的 大气压 ， 室温控制在 1 8 o c - 2 4 o c 之间。第 一座月球宾馆将设有 2 0 0间客房和供客 人用餐的餐厅、 休息室等， 宾馆的墙面设 有能看到宾馆周围和宇宙景色的银幕， 每 个客房都设有浴室、 厕所、 电视和可视电 话， 并配有健身体育设施。在重力和加速度只有地球 1 6的月球上 ，乒乓球和网球 必须加重质量， 同时还应在乒乓台周围和 网球场上铺满有吸附力的地毯， 人们的鞋底也装有吸附器以增加引力。2 0 4 0年建立火星据点 U S N C C的报告的第三要点， 是把火星 作为月球之后的开拓 目标。火星的环境 比月球更容易亲近。火星有相当于地球 1 名 的大气( 因此可以使用气体制动器) ， 同 时也存在水。自转周期是 2 4 h 3 7 m i n 。 也 有四季的变化， 表面重力是地球的3 8 。 U S N C C报告指出， 人类在火星建立实 用型据点是在 2 0 4 0年后。在此之前， 无 人探测器将多次详细调查火星表面、 内层 以及空域状况。火星基地远 比月球基地 距离地球远 ， 因此从一开始就要求自给自 足。火星上若有紧急事态发生， 救援队从 地球赶到火星也需要一年以上的时间。 所以必须建立两个火星基地 ， 以便互相支援帮助。因此 ， 火星基地不仅营造在火星 表面， 而且要营造在其卫星幅波斯和德莫 斯之上。这两颗火卫和小行星一样， 可能 也含有很多有用的物资。现行的假说认 为这两颗卫星是被火星俘获的小行星。2 0 5 0年建成宇宙巡回航母 U S N C C报告认为： 5 0 年后到月球去旅 行，也许就像 5 0 年前乘飞机到国外 样 容易 ， 但是飞往火星则决非易事 ， 因为到 火星去旅行，旅途就需要 5 到7个月以上 的时间。为此 ，开发宇宙巡回航母成为 U S N C C报告的第四要点。 据 U S N C C报告， 从地 月系统到外太 空的出发点是 P u l l 一 1 太空港。在两个天 体周围存在着 5 个引力均衡点， 由于是法 国数学家拉格朗日首先发现的， 所以取名 为 拉 格 朗 日点 ：其 中 3个 ( P u l l - i 、 P u l l 一 2 、 P u l l 一 3 )在连结两个天体的直线 上 ， 另外 2个( P u l l 一 4 、 P u l I - 5 ) 分别与两个天体连结能形成等边三角形。 之所以选 择拉格朗日点作为飞往外太空的出发点，是因为从这里出发，所需的脱离速度极 小 ， 最为节省能源。P u l l 一 1太空港的建设 将迟于地球太空港和火星太空港， 大约要 在 2 0 4 0年 -2 0 5 0年 。 作为连结月球和火星的交通手段 ， U S N C C报告提出开发宇宙巡回航母的独 特设想，这是跨越地球和火星的轨道 ， 环 绕太阳旋转的宇宙船。根据以往的概念， 星宇宙飞船首先在地球附近加速 ， 转移 到环绕太阳的轨道，到达火星附近再减 速， 转移到环绕火星的轨道。这样每一单 程都要加速和减速 ， 徒然浪费能量。宇宙 巡回航母不需要加速或减速 ， 仅在地球和 火星附近通过。为到达 目的地 ， 先用联络 船移乘宇宙巡回航母 ， 再在适当时换乘联 络船 ，降落在目的星。如果选择合适的轨 道，那么宇宙巡回航母就可以以几乎相同的机遇接近地球和火星。乘坐宇宙巡回航母的旅行需几个月 的时间， 因此船内的设施就像远洋客船那 样复杂。船内建立人造生态系统， 再生氧 气和水， 并栽培植物 ， 因此粮食的一部分可以自给。而且， 宇宙巡回航母必须能自 给 自足地航行几年 ， 因为万一接近火星的移乘和补给失败， 那么到下一次接近都要 单独航行。宇宙巡回航母以自身旋转产生人造引力， 防止乘员身体变弱。改变旋转速度，人造引力的强度也会随之改变。从地球飞向火星，先产生与地球相同的人造引力 1 G ，到达火星附近时降为 0 3 8 G 。这样， 乘员 可在航行过程中与目的地的引力相适应。从火星返回地球时，人造引力再逐渐提高。俄罗斯俄罗斯目前每年进行航天发射的次数占全球的40%左右，位居世界第一。在不远的将来，俄计划将这一数字再提高10%。在强调增加航天发射次数的同时，普京指出，俄罗斯不应仅甘心扮演“发射大国”的角色，而是需要发展新一代、更为可靠和耐用的航天器。 俄罗斯将于2013年在俄境内的普列谢茨克发射场试验轻型和重型“安加拉”运载火箭。而专为地处俄远东地区阿穆尔州的东方发射场研制的“罗斯”运载火箭的试验工作将于2015年开始，俄方计划从2018年开始使用这种新型运载火箭将载人飞船送入太空。 俄罗斯未来太空探索计划 计划在2025年前让宇航员登月，并于2027至2032年间在月球建立永久性基地，在2035年后开始载人火星之旅。 一旦在月球设立基地，俄罗斯希望利用月球作为远征火星的跳板，在2035年开始载人火星之旅。 研制出新的飞船和发射系统，以便完成月球着陆和飞往火星的任务。俄罗斯动力公司此前一直在研制一种新型可回收飞船，名为“快船”。 中国从1956年至今，我国依靠自己的力量，航空航天技术取得了令世人瞩目的成就，研制并成功发射了15种类型、近50颗人造地球卫星和3艘试验飞船。在航天运输领域自行研制了包括一次性运载火箭、轨道转移运输飞行器、重复使用天地往返运输系统在内的综合航天运输体系，其中“长征”系列运载火箭已有12种型号，具有发射低地球轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力。截至目前，“长征”系列运载火箭共实施了68次发射；其中对外发射成功22次，将27颗外国制造的卫星送入太空。中国航天未来发展计划我国已于2011年9月29日 发射了天宫一号目标飞行器，在之后的两年中，我国将相继发射神舟8、9、10号飞船，分别与天宫一号实现对接。于2014年用“长征五号”把中国空间站送上太空，中国最终将建设一个基本型空间站。 中国航天未来技术发展趋势 现役各系列运载火箭将持续改进 新概念飞行器有望将得到发展 载人航天将向民用化方面发展 我国未来航空航天技术发展趋势将体现出以下几个特点： （1） 现役各系列运载火箭将持续改进，并发展新一代运载火箭 我国航空航天事业中诸多国家重大科技专项工程，相当一部分任务都是由现役的长征系列运载火箭来完成的。在新一代系列运载火箭投入使用之前，现役运载火箭至少还有20 年的服役期，因此应该不断改进现役运载火箭，提高其可靠性及任务适应能力，拓宽任务适应范围，满足国内外近期高密度发射任务的需求。 发展新一代运载火箭将是长征系列运载火箭的升级产品，旨在全面提高中国运载火箭的整体水平和能力，保持我国运载技术在世界航天领域的地位。新一代运载火箭采用无毒、无污染推进剂，采用大直径结构、大推力发动机等先进技术，大幅度提高运载能力，低轨最大运载能力达到20t 级、G T0 最大运载能力达到10t 级；实现型号的“三化”设计，具备低成本、高可靠、测试操作方便的优点。 （2）新概念飞行器有望将得到发展 未来的航天运载技术将更加体现出导弹与运载技术融合、卫星与运载技术融合、航空与航天技术融合发展的趋势。尤其是无人机、空间探测飞行器、载人航天飞行器等，将会在未来20-30年内得到快发展。 （3）载人航天将向民用化方面发展 半个多世纪以来，载人航天发展迅速，目前已经在商业领域开始发展。未来将有可能向民用化方向取得更大的发展，原因在于：一是技术不断成熟，成本将有所下降；二是为航空航天可持续发展提供更大的支持。目前航天发展现状目前人类的宇宙探索从速度方面来说还停留在光速内阶段，探测距离就整个宇宙来讲还仅仅只是在月地之间，更远距离的探索开发技术还只是在初始阶段（火星）太空望远镜观测等。未来宇宙开发科技动向探讨 开发超光速引擎。实现飞船在很短时间内从一个星系到另外一个星系的航行。能够实现远距离星际航行。 研制宇宙航行概念下的复合材料。飞船飞出大气层，进入宇宙，在宇宙复杂环境中高级复合材料是保证飞船能够安全航行的基本保障。 未来宇宙导航系统，星标定位系统的研究。在