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航天科普知识 北京航星机器制造公司2011年10月 太阳系全家福 老版 这是来自于德国斯图加特的天文学家斯特藩有关金星凌日细节的图片 假冒的太阳黑子 金星 太阳直径1390000km 金星直径12103km 这是2005年5月19日美国国家航天局的漫游者号火星探测车捕捉到的太阳已沉入火星地平线以下的情景 这是卡西尼号宇宙飞船于2004年12月14日拍摄到的土卫四以巨大的土星为背景的照片 还有几个椭圆形风暴正沿着土星大气的云纹运行 在图象右边的黑点儿实际上根本不是太阳黑子 那是刚刚升空的发现者号航天飞机与国际国际空间站接轨在一起的情景 人类雄伟的一步 大约经过半个世纪努力 人类终于在1957年将人造卫星送入太空 从而开创了航天新纪元 1961年加加林乘东方1号宇宙飞船进入太空 人类实现了遨游太空的伟大理想 1969年阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号宇宙飞船登月获得成功 创造了人类涉足地球以外另一天体的记录 在大气层内或太空飞行的器械都叫飞行器 飞行器分为三类 航空器 航天器 火箭 导弹 在大气层内飞行的飞行器称为航空器 如气球 飞艇 飞机等 在太空飞行的飞行器称为航天器 如人造地球卫星 载人飞船 空间探测器 航天飞机 空间站等 但是飞机飞行高度如果超过30千米 就会因为那上面的空气太稀薄而托不动飞机 四道难关 地球引力关 最终要达到将近每秒8千米的速度才能跳出这个手掌 一般的民航飞机航行速度每秒不到0 3千米 而声音的传播速度每秒不足0 4千米 子弹刚出枪口的速度大约每秒1千米 因而它们都跳不出这个手掌 至少要比子弹的速度大8倍 才有可能克服地球引力而不落到地球上 只有达到第一宇宙速度 即7 9千米 秒的时候 才能成为地球的卫星 达到第二宇宙速度 即11 2千米 秒的时候 才能像地球 金星 火星等星体那样 成为太阳系的一颗新行星 当达到第三宇宙速度 即16 7千米 秒的时候 就可以飞出太阳系 真空关 人离不开氧气 而一般汽车 轮船或飞机的发动机也需要 呼吸 空气里的氧气才能工作 而且 轮船和飞机还需要流体的浮力和反作用力才能运行 急剧变化的温度环境关 地球上最热的地方大约40 最冷的地方也不过零下40 而在空间离地球不远处 向阳面的温度可高达200 背阳面可冷到零下100 在远离恒星的空间 环境温度接近于绝对零度 而在恒星附近 温度则高达几百至几千摄氏度 地面上的热量交换 传导 对流和辐射都起作用 可是在太空 主要依靠辐射进行热交换 有害辐射关 如果没有大气中的臭氧层对紫外线的强烈吸收 地球上的生物将无法生存 此外 地球磁场对射向地球的粒子辐射也起到屏蔽作用 如太阳射出的称为 太阳风 的带电粒子流 由于地球磁场的屏蔽而不能直入地面 但是 人类一旦进入大气层外的空间 就将暴露于这些有害辐射之下 一 运载火箭架起通天桥 航天离不开火箭 在人类漫长的航天征途中 中国古代发明的火箭功不可没 俄国的齐奥尔科夫斯基 在本世纪初曾被人们讥笑为古怪的梦想家 但恰恰就是这位火箭鼻祖 最早从理论上提出 用多级火箭或叫 火箭列车 可以克服地球引力而进入太空 1926年3月16日美国戈达德博士 成功地发射了世界上第一枚液体推进火箭 尽管这枚小巧的火箭 只飞行了短短的2 5秒钟 到达12米高 56米远处 但是人类终于找到了打开太空王国大门的金钥匙 运载火箭一般由2 4级组成 每一级都包括箭体结构 推进系统和飞行控制系统 末级有仪器舱 内装制导与控制系统 遥测系统和发射场安全系统 这些系统有一些组件分置在各级适当的位置 级与级之间靠级间段连接 有效载荷装在仪器舱上面 外面套有整流罩 整流罩是一种硬壳式结构 其作用是在大气层飞行段保护有效载荷 飞出大气层后就可抛掉 整流罩往往沿纵向分成两半 由弹簧或无污染炸药索产生分离力而分开 整流罩直径一般等于火箭直径 在有效载荷尺寸较大时 也可大于火箭直径 形成灯泡形的头部外形 运载火箭是在第二次世界大战后 在导弹的基础上发展起来的 通常把发射人造卫星的火箭称做运载火箭 把带有弹头的火箭称做导弹 因此 导弹与运载火箭主要是运载对象不一样 运载火箭发展的第一个里程碑 是利用洲际导弹 或者是在中程导弹的基础上增加末级火箭 原苏联就是利用这种办法 从1957年开始接二连三地发射各种卫星 飞船 当时实在令人感到深奥莫测 运载火箭发展的第二个里程碑 是利用已有的中程或远程导弹 改装成组合型多级运载火箭 几乎任何一种火箭或导弹 都可以作为多级运载火箭组合体的组成部分 美国就是以 雷神 中程导弹 大力神 宇宙神 洲际导弹为基础 配置新研制的 德尔它 型固体推进剂 阿金纳 型液体推进剂 半人马座 型液氢液氧推进剂的三种通用性末级火箭 进行积木式组合 派生出许多种性能不同的运载火箭 用这些火箭发射了各种科学卫星 地球观测卫星 通信卫星 气象卫星以及金星 水星 火星 月球等的探测器和载人飞船 运载火箭发展的第三个里程碑 是为航天研制大型火箭 人要飞向远离地球38万千米的月球 往返需要8天时间 美国设计的 阿波罗 飞船 总重量46吨 高25米 最大直径6 6米 运载火箭与 阿波罗 登月飞船组装后 高度110米 约相当于36层楼房的高度 起飞重量3353吨 能把127吨重的卫星送入近地轨道 或者把50吨重的飞船以第二宇宙速度送入月球轨道 我国发射卫星的运载火箭 也是在导弹武器基础上发展起来的 1970年1月30日 中远程火箭飞行试验取得了圆满成功 利用该火箭的第一 二级加以改装 再加上新研制的第三级固体燃料火箭 构成三级运载火箭 长征1号 1970年4月24日 长征1号火箭把173千克重的我国第一颗卫星 东方红1号 送上太空 1971年9月 在我国西北酒泉发射场 进行了第一次洲际火箭飞行试验 基本获得成功 以洲际液体火箭为基础 经过适应性修改后 构成了长征2号 长征2号丙运载火箭 能把2800千克重的卫星送入近地轨道 用它发射了一系列返回式卫星 随着我国社会主义建设的发展 通信和电视广播事业部门迫切需要发射静止轨道通信卫星 于是 在长征2号火箭的基础上 增加了以液氢液氧为推进剂的第三级 命名为长征3号 它能把1450千克的载荷送入地球同步转移轨道 与此同时还研制成功长征4号 为了将成熟的运载火箭技术推向国际卫星发射市场 火箭专家又在发射成功率很高的长征2号火箭的基础上 加长箭体段作为芯级 再在第一级箭体周围捆绑上4枚液体火箭助推器 这种火箭被命名为长征2号E 俗称长二捆 能将9000千克载荷送入近地轨道 1992年8月把目前世界上最重的 澳星 准确地送上预定轨道 这标志着中国航天技术又跨上了一个新台阶 神州五 六 七号的发射火箭均为 长征2号F 运载火箭 长征系列火箭全家福 二 人造卫星资源撒向人间 人造地球卫星是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器在一百年前 世界上只有一个人首先提到它的名字 这就是1895年俄国的齐奥尔科夫斯基 1957年10月4日 原苏联第一颗人造卫星进入太空 重量只有83 6千克 直径为58厘米的铝制球体 3个月后 1958年1月31日 美国成功发射了第一颗人造卫星 探险者1号 卫星重量为4 8千克 人造卫星的发展速度是令人吃惊的 1957年只有2颗卫星上天 1958年8颗 1959年14颗 1960年35颗 到了1962年后每年发射的卫星数超过100颗 至今世界各国所发射的人造卫星总数已达一万多颗 人造地球卫星名目繁多 按运行轨道不同可分为低轨道卫星 中高轨道卫星 地球同步轨道卫星 太阳同步轨道卫星 大椭圆轨道卫星和极轨卫星 人们更多地是按用途把人造卫星分为科学卫星 应用卫星和技术试验卫星 卫星通信是航天技术与电子技术相结合的产物 利用通信卫星作为中继站 实现地球上各点之间的通信 实质上是把地面微波中继站 搬到了赤道上空的地球静止卫星轨道上 用等间隔的3颗地球静止轨道卫星 就可实现全球通信 我国于1984年发射了一颗试验通信卫星 命名为东方红2号 卫星直径2 1米 包括天线在内总高约3 1米 对地观测是国际航天活动的主要应用目标之一 用于这方面的卫星有气象卫星 地球资源卫星 海洋卫星等 1988年9月7日 我国成功地发射了第一颗气象卫星 风云1号 风云1号气象卫星是一颗1 2米高 长 宽各1 4米的立方体 在左右两块太阳电池翼被打开以后 其跨度为8 6米 卫星重852千克 导航卫星 是为地面 海洋 空中和空间用户导航定位的人造卫星 1978年以来 美国发展了一种以卫星为基础的无线电导航系统 称为全球定位系统 GPS 空间段将由24颗卫星组成 分布于6个轨道平面上 卫星轨道高度约为20000千米 俄罗斯 格罗纳斯 GLONASS 全球卫星定位系统自1993年投入使用以来历经坎坷 随着俄罗斯国民经济的复苏 它已经走出低谷并逐渐恢复 元气 在轨的14颗卫星正在发挥系统的部分功能 计划将由24颗卫星组成 欧洲的导航系统 伽利略系统将总共发射30颗卫星 其中27颗运行卫星 3颗备用卫星 目前仅发射了2颗 我国的北斗卫星北斗一代已经服役 共4颗卫星 北斗二代正在建设 包括35颗卫星 其中5颗是地球同步轨道 其余30颗是中地轨道卫星 能真正覆盖全球 预计2010年北斗导航定位系统即可为我国及周边地区提供基本服务 三 载人飞船轨道握手 儒勒 凡尔纳 写了一部著名的科幻小说 从地球到月球 生动地描写了勇敢的探险家如何乘坐炮弹飞船遨游太空 1957年11月3日 原苏联成功发射了第一颗载有小狗莱伊卡的生物卫星 取得了许多第一手资料 然后经历了无人飞船到载有动物的飞船 再到载人飞船 经历了循序渐进 反复试验的过程 1961年4月12日 原苏联航天员加加林乘坐东方1号飞船 绕地球飞行108分钟后 安全返回地面 开创了世界上载人航天的新时代 在载人争夺战中 第一回合是东方号飞船单人飞行 编队飞行 原苏联赢得了主动权 第二回合是美国双子星座飞船的双人飞行 阿波罗号飞船的登月飞行 美国取得了空间优势 1965年12月15日 在航天员参与下 双子星座7号飞船与双子星座6号飞船 在同一时间 以相同速度到达空间同一位置 在轨道上以同一速度飞行 有时相距仅10厘米左右 实现了世界上第一次交会 1966年3月16日发射的双子星座8号飞船 在太空实现了与阿金纳火箭顺利飞行中的对接 且十分平稳 此外 航天员还进行了多次太空行走试验 取得了舱外活动的经验 阿波罗飞船登月 是世界航天史上具有划时代意义的一项成就 由指令舱 服务舱和登月舱3大部分组成 阿波罗11号飞船于1969年7月20 21日 首次实现人类登上月球的伟大理想 此后 美国又相继6次发射阿波罗号飞船 其中5次成功 共有12名航天员登上月球 联盟号飞船 是原苏联最初为登月飞行设计的 由于美国抢先登月 原苏联便转而改设计为地球轨道飞船 中国载人航天重大历史 1999年11月20日 中国第一艘无人试验飞船 神舟一号 试验飞船在酒泉发射成功 21小时后在内蒙古中部回收场成功着陆 2001年1月10日1时0分 我国自行研制的 神舟二号 无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空 2002年3月25日 神舟三号 在中国甘肃酒泉卫星发射中心成功升入太空 神舟三号 飞船上进行的拟人载荷试验取得良好效果 并进行了一系列大规模的动植物 细胞 测试等太空科研实验 同年12月30日零点40分 神舟四号 在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道 这是中国 神舟 飞船在无人状态下考核最全面的一次飞行试验 为实施载人航天飞行 把中国航天员送上太空奠定了坚实的基础 2003年10月15日早上9时 神舟五号 飞船载着中国第一位宇航员杨利伟在酒泉航天发射中心用长征二号F型运载火箭发射升空 飞船在太空绕地球飞行14圈后 返回舱于2003年10月16日6时23分在内蒙古四子王旗主着陆场成功着陆 2005年10月12日早上9时 神舟六号 飞船载著两位中国宇航员费俊龙和聂海胜发射升空 2008年9月25日 28日 25日晚神舟七号于21 10分发射 三名宇航员是翟志刚 刘伯明 景海鹏 27日16 30分翟志刚成功完成首次出舱进行太空行走 载人航天器大致可分为三个主要单元 载人飞船 航天飞机 空间站 这三种航天器分别执行了不同的任务 载人航天器分类 空间站 到目前为止 全世界已发射了9个空间站 其中苏联共发射8座 美国发射1座 按时间顺序讲 苏联是首先发射载人空间站的国家 其礼炮1号空间站在1971年4月发射 后在太空与联盟号飞船对接成功 有3名航天员进站内生活工作近24天 完成了大量的科学实验项目 但这3名航天员乘联盟11号飞船返回地球过程中 由于座舱漏气减压 不幸全部遇难 礼炮2号发射到太空后由于自行解体而失败 前苏联发射的礼炮3 4 5号小型空间站均获成功 航天员进站内工作 完成多项科学实验 其礼炮6 7号空间站相对大些 也有人称它们为第二代空间站 它们各有两个对接口 可同时与两艘飞船对接 航天员在站上先后创造过210天和237天长期生活记录 还创造了首位女航天员出舱作业的记录 前苏联于1986年2月20日发射入轨的和平号空间站 年底俄罗斯宇航局因和平号部件老化 设计寿命 年 且缺乏维修经费 决定将其坠毁 和平号最终于 年 月 日坠入地球大气层 和平号空间站创下了多个世界第一 它是在太空工作时间最长 超期服役时间最长 工作效率最高 接待各国宇航员最多的太空站 俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录 美国在1973年5月14日发射成功一座叫天空实验室的空间站 它在435千米高的近圆空间轨道上运行 宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学 空间物理 天文观测 资源勘探和工艺技术等试验 拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片 研究了人在空间活动的各种现象 直到1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁 深空探测主要包括月球探测 行星探测和行星际探测 我国的嫦娥计划 我国在2004年2月13日公布首次探月计划 嫦娥计划 计划分 绕 落 回 三个发展阶段 首期 嫦娥一号 绕月工程 总投资14亿元 嫦娥一号 月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由 长征三号甲 运载火箭发射升空 运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上执行科学探测任务 2009年3月1日16时13分 嫦