人造地球卫星与遥感信息技术.doc

人造地球卫星与遥感信息技术 第一册合作编写单位：中国资源卫星应用中心 中国遥感应用协会 北京市海淀实验中学 主编：任宝利顾问：郭建宁 胡如忠 闵祥军 王庚民 王伟 编写人员：李向珍 陆书宁 刘艳 阎秀英 蔡伟目 录前言：利用社区资源开发校本课程 第一章 人造地球卫星概况第一节 航天科学技术发展简史第二节 人造地球卫星的概念及分类第三节 人造地球卫星的发展第四节 人造卫星的应用 第二章 资源卫星第一节 中巴资源卫星的构造第二节 中巴资源卫星的应用第三节 资源卫星的发射第四节 资源卫星的接收附录一：知识竞赛题：附录二：学生观看录像片撼天记内容介绍。前言利用社区资源开发校本课程任宝利校本课程开发是我国新一轮课程改革的重要内容，对学校发展具有重要意义。由于校本课程所表达的是一种“以学生发展为本”的课程理念，因而在考虑社会需要的同时，更重视学生的学习需要,尤其重视学生的有个体差异的学习需要。因此，校本课程是以学校为基地，以满足学生需要和体现学校办学理念与特色为目的，由学校采取民主原则和开放手段，按一定课程编制程序进行的课程开发。但是，由于学校资源有限，多数学校基本上是把活动课、兴趣课、综合实践课当作校本课程，造成教师没兴趣，学生不重视的状况。我们学校在校长王庚民的带领下，提出“以教育科研为先导、以科学教育为主体”的办学思路，要求学校各部门的工作都要体现科学教育。这样的办学思路的提出是依据当今信息化社会，科学技术迅猛发展，而今天的中学生是科学技术的后备军，对他们进行科学教育十分必要和紧迫而提出的。如何让学生从现在就开始了解一些前沿的科学技术，培养学生热爱科学、学习科学、探索科学的素养，对学生今后的发展，对我国科学技术的发展是至关重要的，所以，我们准备把高科技知识引入校本课程。鉴于目前学校现有的资源，没有条件开设高科技的校本课程。我们就利用学校附近的社区资源，直接与科研机构合作，共同开发科技校本课程。我校与中国资源卫星应用中心、中国遥感应用协会、合作开设了“人造地球卫星与遥感信息技术”的校本课程。经过实践，我们感到充分利用社区资源是开设校本课程的一条重要的途径。一、依据社区资源优势开发校本课程学校的社区资源是非常丰富的，周围比邻航天部、核工业部、首都师范大学、北京工商大学，为我们提供了进行科学技术教育的资源。我们在学校所在地区的科研院所、科研单位中进行调查，寻求合作伙伴。在调查中，我们了解到，中国资源卫星应用中心和中国遥感应用协会也正筹备将人造地球卫星和遥感技术知识向中学生普及。卫星遥感属于前沿尖端科学，同时和我们日常生活也密切相关，如运用遥感卫星技术可以了解地下矿藏资源、城市结构布局，城市垃圾处理对环境的影响等等，遥感卫星技术还可以运用到军事上，如精确制导导弹怎样精确击中目标等。这正是我们所需要的既是尖端技术，又能使学生产生兴趣的科学课程。于是，我们把卫星遥感专家请到学校，搞了一次讲座。参加讲座的教师、学生对此非常感兴趣。在这个基础上，我校与中国资源卫星应用中心和中国遥感应用协会、达成共识，并鉴定了合作协议书，明确了各自的职责。中国资源卫星应用中心和中国遥感应用协会提供有关卫星、遥感方面的文字及影像资料，同时负责培训教师，审定教材；派教授、专家任兼职教师；提供参观场所。阜成路中学根据所提供的资料编写教材，派教师授课。2003年2月，我校在初一、高一年级班正式开课。二、以教师和学生为主体在传统的自上而下的课程开发模式之下,教师处于权力结构的最底层。教师按照规定的时间和进度,教授规定的内容。教师的课程职责就是执行国家的课程指令,遵从学科专家编写的教材及教学要求进行授课。教师的角色只不过是个“教书匠”，学生则完全处于被动的接受地位。鉴于此,校本课程开发就是要给教师赋权增能,即教师不仅是课程的执行者，而且是课程的编制者,教师有权利也有责任对于现存的教学材料或整个科目内容进行合理的调整、改编,甚至是创新。学生乃至于学生家长有权利选择课程。我们在校本课程开发中，首先请卫星、遥感方面的专家来学校开办讲座，让教师和学生对卫星遥感这一先进的科学技术有一个了解，在此基础上，我们在学生和家长中进行调查，广泛听取学生、学生家长的意见。200名学生和学生家长中除一个人不同意外，其他人都希望开设这门课程。我们又组织有关教师进行可行性论证，有2名地理教师、2名物理教师主动承担了教材的编写和讲授任务。校本课程开发要体现以学生发展为本，在制定课程目标上，我们把培养学生的科学素养、科学精神作为总目标。在课程内容的设置上，在尊重学生的发展水平和个体差异的精神指导下，允许学生根据自己的实际情况和兴趣选择学习的内容。例如：学生可以进行选择我们给提供的阅读材料或影视资料，。一段时间后，我们及时征求学生对教材、教师、教学方式的意见和建议，根据反馈的情况随时调整教学内容，改变教学方法，以真正体现出一种民主的课程管理理念。三、培养教师的专业自主性校本课程尤其是科技校本课程，对教师来说是一个不太熟悉的专业。校本课程没有教材，教师要自己编写相关的教材或资料，这确实比较困难，而专业技术人员对中学生的接受能力又不了解。于是，我们采取科学技术人员与教师合作编写的形式，分为四步进行：由专业技术人员对教师进行专业培训；教师阅读专业资料；教师根据自己对学生情况的了解，结合自身的优势编写适合于中学生使用的教材；最后专业技术人员审订教师编写的教材，确保教材的科学性。校本课程教材的编写以至校本课程的授课过程，充分体现了教师的参与意识,同时在参与过程中教师形成了一定的参与能力，增强了教师对教育改革的自主意识和责任意识，培养了教师的专业自主性。四、增强教师的合作意识和能力校本课程开发要以学校为整体,集体协作,共同决策和开发。这就要求教师们互相学习,共同研究存在的问题并找出解决方案。由于我们是与科研单位合作开发校本课程，学校与社区科研机构，教师与专家、学者之间建立起伙伴关系。校本课程是跨学科的，根据教师原有的专业知识，我们的校本课程主要由地理教师、物理教师共同担任授课，但不同学科的教师还需共同商讨、共同研究。专家、教师形成合力，教师在合作的过程中增强了合作的意识,提升了合作的能力。校本课程除了需要科研部门的专家、教授指导外，根据课程内容，我们还特别聘请了专家来为学生上课。本学期资源卫星应用中心的总工程师陈宜元、中南大学的刘峡教授来校为学生讲述人造地球卫星的构造和资源卫星与遥感技术的应用。为了使学生对“人造地球卫星与遥感信息技术”有直观的认识，资源卫星应用中心特地组织、安排学生亲临现场参观。校本课程开发是一个开放的动态过程，不可能一劳永逸。我校开设的科学校本课程只是初步的探索。我们将进一步加强与科研机构的联系，同时根据教学和学生的学生情况，对教学内容、教学方式作进一步调整，以适合不断变化的情景，促进学生素质的全面发展。奔上九霄，是人类千百年来的梦想！可是人奔上九霄究竟是想去干什么呢？1000年前，如果有人问：“人要上天去干什么？”回答也许是：“找玉皇大帝说理去。”500年前，如果有人问：“人要能上天，会干什么？”回答可能是：“可以近距离聆听神的旨意。”40年前，如果有人问：“人上太空去干什么？”回答一定是：“人类冲出地球，去探索外太空的奥秘。”40年后，如果有人问：“你上太空去干什么？”回答没准儿是：“大家都去旅游了，干吗我还不去？”同学们，20世纪人类伟大创举之一是探索、开发和利用宇宙空间。人类的活动范围已超越了陆地、海洋，穿越了天空，进入了外层空间，这是人类科学技术发展史上的重要里程碑。当今科学技术的迅猛发展，尤其是航天技术的进步，不断地加深了人类对地球和空间的认知，引起了生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步，从根本上改变了人类的生活，也改变了人类的思维，将人类带入了全新的空间文明时代。21世纪，人类不仅可以遨游太空，而且可以开拓太空，居住于太空，全面进入开发和利用空间的新时代。同学们，作为21世纪的中国人，拓宽视野，了解航天知识是非常必要的。通过学习这门课，可以较全面和较系统地了解航天知识的概貌，并能较容易地了解某些感兴趣的问题，从而在更多的青少年心中燃起从事航天和其他领域科学研究的热情，形成爱科学、学科学的风气，我们的国家会更加充满希望。同学们，回首人类40多年的载人航天历程，细细品味，我们怎样回答人上太空去干什么这个问题？让我们共同学习知识和探究问题吧。第一章 人造地球卫星概况第一节 航天科学技术发展简史一、从神话到现代火箭古代人类在艰难的生活和生产中产生了飞行的愿望，向往到太空旅行。在我国、古希腊、埃及、阿拉伯和印度等国家和地区流传许多神话和传说，都是古代人类飞行愿望的体现。如我国的嫦娥奔月，古希腊的墨丘利带翅凉鞋，阿拉伯的波斯飞毯等。在这里，必须提一下万户(Wan Hoo)的事迹。这位生活在大约明代的中国木匠是试验火箭上天的第一人。他坐在椅子上，椅子下面捆绑了47支当时最大的火箭，他命人点燃火箭。然而，随着一声巨响，万户消失在火焰和烟雾之中。人类首次火箭飞行尝试没有成功。我国发明火药之后，为了适应军事和娱乐的需要，又出现了火箭。“火箭”这个词最早见于三国时代。而将火药用于火箭，是在唐末宋初（公元10世纪），但它不是靠喷气推进的真正火箭。明代茅元仪编著的武备志中记录了集燃烧剂和氧化剂于一身，运用作用和反作用原理的原始火箭，它有战斗部（箭头）、推进系统（火药筒）、稳定系统（尾部羽毛）和箭体结构（箭杆），用喷气推进方式在空中运行。可以说它已经具备了现代火箭的雏形。13至14世纪，我国的火药兵器和火箭技术传到阿拉伯和印度，以后又传到欧洲。一直到19世纪，由于战争中广泛使用火炮，使火箭的发展变得非常缓慢。【活动】1、 根据所给古代火箭图，在图中标出：战斗部（箭头）、推进系统（火药筒）、稳定系统（尾部羽毛）和箭体结构（箭杆），说明如何用喷气推进方式在空中运行。2、 收集有关古代人类飞行愿望的神话传说。二、科技发展产生了科幻作品16世纪中叶，望远镜的发明，大量的天文观测，获得了有关行星运动和行星面貌等丰富资料，到17世纪，一些作家将天文知识和推理虚构情节结合起来，撰写航天科学幻想小说，其中包括用火箭和利用太阳能等喷射推进方式的月球旅行。这一时期最有影响的当属法国作家J.凡尔纳的从地球到月球和环游月球。航天科学幻想小说与神话传说的根本区别是，科幻小说是在科学的基础上加上合理的演绎和设想，既有科学原理，又有合理的思想，使后人从中得到启发和鼓舞。【活动】感兴趣的同学，请你阅读法国作家J.凡尔纳的从地球到月球和环游月球。三、世界著名的航天科学家航天先驱者的贡献现代意义的航天科技，研究不依赖空气的喷气推进方式的运载火箭进入太空，是在20世纪初。我们来了解一下国际、国内的杰出航天先驱者的贡献，感受他们的精神，学习他们的品质。世界著名的航天科学家代表人物有：齐奥尔科夫斯基、R.H.戈达德、H.奥伯特、布劳恩、科罗廖夫、钱学森。（一） 星际航行理论的奠基人：齐奥尔科夫斯基（18571935） 齐奥尔科夫斯基出生在俄国，父亲是护林员，母亲是工艺人，少年家境贫寒，8岁生日时，母亲送给他一本科幻小说从地球到月球，还送给他一个氢气球，这两个礼物，在他的心里播下宇宙航行的种子。9岁时，得了严重的猩红热，虽然活下来，但听力受到影响，耳聋了，他就把所有的精力集中在思考、读书上，刻苦自学，16岁时，自学读完了中学的全部课程他钻研高等数学、物理、化学、天文、机械原理、电工、社会科学等，多年钻研，功夫不负有心人！1883年，出版一本科幻小说在月球上，书中大胆提出发射人造地球卫星的设想。1903年，发表著名的划时代的论文利用喷气工具研究宇宙空间，论证了：“喷气工具用于星际航行的可行性”，火箭在自由空间中运行的基本原理，推导出著名的齐奥尔科夫斯基火箭公式，也叫齐氏公式。对星际航行提出英明论断，奠定了火箭和液体火箭发动机的理论基础。V=CLn(Mo/M)V：火箭飞行速度C：火箭发动机喷气速度Ln：对数符号Mo/M：起飞质量/最后质量：质量比他一生共发表730多篇论著，天才的构想和理论成为人类征服宇宙的先驱思想家和理论家。他的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远生活在摇篮里，开始他们将小心翼翼的穿出大气层，然后便去征服整个的太阳系”。（二） 液体火箭的创始人：戈达德（18821945）戈达德生于美国巴萨诸塞州的伍斯特。他从小体弱，无法正常上学。但他善于思考，喜欢电学，曾经把自己的两只脚做电极充电；曾经想制作永动机，即使失败了，但也百折不挠少年时，读了一本科幻小说月球上的第一批人后，他萌发了遨游宇宙的念头。1902年他写成空间导航论文。1904年，他自学考上伍斯特理工学院。1909年，对火箭动力学进行了广泛的研究。1911年，29岁的戈达德获得物理学博士学位后，返回他所在的克拉克大学担任物理学教授。1919年，他把研究体会成果写成达到极大高度的方法的论文，论文中提出，火箭运动的基本数学原理，计算出：火箭当达到7.9千米/秒速度时，可以克服地球引力进入太空。他把齐奥尔科夫斯基的理论具体化了。1920年开始，研究液体火箭， 1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火箭。这枚火箭用煤油和液氧做燃料和助燃剂，发射起飞后，向上12米，然后横向飞56米，掉到菜地里，在空中总时：2 秒，时间虽短，但这是世界第一枚成功发射的液体火箭。戈达德继续深入研究、改良1935年，火箭可以超声速飞行，最大射程20千米。这些成果启发了第一枚洲际火箭V2的出现，启发了德国的火箭先驱者，也为V2火箭奠定了基础。戈达德一生在火箭技术方面，取得212项专利，后被誉为美国的“火箭之父”。（三）、欧洲航天先驱者：奥伯特（18941989）奥伯特出生在罗马尼亚，11岁时，看了科幻小说从地球到月球、绕月飞行，看过之后，被宇宙航行魅力所吸引，他的父亲是医生，本来要让他学医，他却看了很多科技方面的书籍，推算出：飞向月球必须得有11.2千米/秒的速度。1922年，他提出空间火箭点火的理论公式，而且，他提出脱离地球引力的办法，1923年，发表经典著作星际空间飞行的火箭，后改为通向空间之路，共6次出版，深受欢迎。书中详细介绍液体火箭、人造卫星、宇宙飞船、空间站的构造原理，而且阐述了：用离心机培训航天员的构想。1930年，奥伯特主持设计制造了火箭发动机，并进行了液体火箭发射试验，开创了欧洲火箭先河。1940年，他被迫选择加入德国国籍，被聘到德国佩纳明德火箭研究中心，开始和他的学生冯布劳恩一起研制火箭，奥伯特专注于航天科技理论和数学研究，提出了脱离地球引力的方法和火箭点火理论。为V2火箭的成功研制立下了汗马功劳。（四）、“V2”火箭的缔造者冯布劳恩（19121977） 韦纳冯布劳恩出生于德国，中学时代，他读了很多介绍宇宙航行的书籍，梦想有一天去月球观光，对奥伯特著作的飞向月球的火箭、星际空间飞行的火箭两本书，非常感兴趣，把奥伯特当成他的老师。但是，他数学、物理成绩不好，曾经是不及格的学生，有很多地方不懂，但他没有退缩，反而决心发奋读书、刻苦自学钻研，还给奥伯特写了很多信，希望得到奥伯特的指导。1934年，这位22岁的学生科学家以物理学博士学位毕业于柏林大学。他的毕业论文论述了液体推进剂火箭发动机理论和实验的各个方面，柏林大学把这篇论文评为最高等级：特优。在这篇论文中，年轻的冯布劳恩试图分析并测定火箭发动机中发生的复杂的喷射、雾化、燃烧、离解、气态平衡和膨胀现象等问题，并就这些问题进行了探索和阐述。19321937年，德国宇航学会研究小组招收布劳恩作为研究成员，由于布劳恩表现出众，定为火箭研究小组的核心人物。1933年开始，研制A系列火箭，1937年在德国建立了世界闻名的佩纳明德火箭研究中心。1942年10月3日，发射A4火箭，首飞成功，飞行速度：2千米/秒，飞行距离：188.9千米，后来把A4改型为V2火箭，加上核弹头，就是V2导弹。1944年被希特勒用作战争武器，万幸的是，1944年，德国的侵略战争局面已经近于崩溃。1945年5月9日，德国法西斯投降。布劳恩携带大量研究成果、资料，以及研究人员，向美国投降。战后布劳恩为美国政府工作，为世界航天发展作出了很大贡献。为美国航天计划立下汗马功劳。研究红10导弹、邱比特导弹，1958年2月6日，邱比特C火箭把美国的第一颗卫星送上天，（虽然卫星发射比苏联晚几个月，体积、质量只相当于苏联1/10），参加研制宇宙飞船，运载火箭的载人计划，特别是美国的把火星号宇宙飞船送上太空。他最辉煌的成就是：研制成功土星5号运载火箭。这种火箭运载能力极强，土星5号共发射13次，1969年7月20日，登月成功。土星5号高：110.6米，直径10几米，6次载人登月成功。他一生为航天作出巨大贡献，晚年担任美国航天局局长。1942年10月3日，德国首次发射了世界上第1枚弹道导弹V-2火箭，在工程上实现了航天理论先驱者的技术设想。V-2火箭的成功是航天科学技术发展史上的一个里程碑。（五）、载人航天之路的开创者：科罗廖夫（19061966）谢尔盖巴甫洛维奇科罗廖夫出生在乌克兰的教师家庭，9岁时，迁居敖德萨。在他家附近有个飞机场。他被飞机场上的飞行表演深深吸引。16岁上高中时，他参加滑翔机飞行小组，而且自己动手制作滑翔机。他勤奋学习，酷爱阅读有关火箭、空间旅行的书籍，尤其非常喜欢齐奥尔科夫斯基的论文。1957年10月4日，航天史上划时代的日子。前苏联发射成功第一颗人造地球卫星：“卫星一号”。在P7洲际火箭基础上研究出的“卫星号”火箭，成功发射了“卫星一号”，这颗第一颗卫星。1961年4月12日，加加林乘坐东方1号飞船首次进入地球轨道，1964年10月，上升号飞船实现了世界上第一次同时运载3人的太空飞行。1965年3月，在上升号飞船上的一名叫“列昂诺夫”的航天员出舱，在太空行走12分钟。这些都与科罗廖夫分不开。（六）、中国航天事业的杰出贡献者：钱学森钱学森先生1911年12月11日出生于上海，1934年毕业于上海交通大学，1935年赴美国麻省理工学院留学，翌年获硕士学位，后转入加利福尼亚理工学院，成为著名力学家冯卡门的学生，1938年获博士学位后留校任教并从事火箭导弹研究。钱学森和冯卡门通过理论研究和火箭飞机的试验，创造了以他和卡门命名的“卡门钱学森公式”，成为空气动力计算上的权威公式，为空气动力学的发展奠定了基础。1947年初，36岁的钱学森成为麻省理工学院的教授。钱学森许多开创性的贡献，使他成为美国喷气推进实验室的负责人，被公认为力学界、应用数学界、火箭技术方面的权威学者。1948年，在祖国解放有望时钱学森就准备回国效力。美国千方百计阻挠他回国，被迫留在美国的以后几年，一直受到监控，但他仍未放弃学术研究，发表了许多论文。1955年回国前他向冯卡门告别时，冯卡门激动地说：“你现在在学术上已经超过了我！”钱学森回国后，协助周恩来、聂荣臻筹备组建火箭导弹科学技术研究方面的领导机构，为我国培养了大批火箭和空间技术人才。在钱学森参与和组织下，1960年11月5日，我国发射成功第一枚仿制的导弹；1964年6月29日，第一枚自行设计的导弹飞行成功；1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星发射成功。他对中国火箭导弹和航天事业的迅速发展做出了重大贡献。【阅读材料】在人类宇航事业的历史上，三位齐名的先驱者是谁？他们各自的主要贡献有哪些？齐奥尔科夫斯基被称为宇航理论奠基人，他在宇航理论方面的建树是多方面的，对当今宇航领域的一些基本问题，他几乎都有涉猎。他一生著作颇丰，共有730多篇论著，在其70岁以后，还写了进入宇宙空间的火箭、航天员和火箭飞机加速升高和火箭的最大速度等多部著作。 1883年，齐奥尔科夫斯基在外层空间一书中首先从理论上证明，火箭可以作为宇宙航行的动力。 1903年，齐奥尔科夫斯基发表了题为用火箭推进器探索宇宙的论文，文中提出火箭公式，从理论上证明：火箭的速度与火箭发动机的喷气速度成正比；火箭自身的结构质量越小，携带的推进剂越多，火箭所获得的速度越大。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式，也被誉为宇宙航行第一公式，它为宇航奠定了理论基础。1911年和1912年，齐奥尔科夫斯基又提出有关载人宇宙飞行的一系列设想，他还推导和论述了不同质量的物体在失重条件下的运动规律，研究了失重和超重对人体的影响。 1924年，他在宇宙飞船一文中具体的设想了一种纺锤形飞船，除动力装置和密闭生态系统外，还提出了现今太空机动器的设想。他还预言太阳的光能可以作为推动宇宙飞船的动力，因而提出太阳帆的设想。 被尊为“美国火箭之父” 戈达德的一生也相当辉煌。他生于1882年，一生获得212项火箭研究方面的专利，为火箭事业做出了重大贡献。 在中学时代，他就萌生了献身宇宙航行事业的念头。从1909年开始，他对火箭动力学进行了广泛的理论研究。1911年，他将一枚固体燃料火箭放在真空玻璃器内进行点火实验，证明火箭能在真空中工作。 1919年他写了一篇题为达到极大高度的方法的论文。论述了火箭运动的基本数学原理，并提出将火箭发往月球的方案，“月球火箭”因此成了戈达德的代名词。 1925年11月，戈达德研制了一台长0.6米，重5.5千克的小型液体燃料火箭发动机，以煤油和液氧为推进剂，成功地工作了27秒钟。1926年3月16日，以这种发动机为动力，带有两个推动剂贮箱、高3.04米的火箭，从一个简陋的架子上发射成功，这是宇宙航行事业发展史上一个重要的里程碑。 从1929年末开始，戈达德潜心研究火箭，使液体火箭技术不断提高，取得了A、K、L、P系列火箭的许多试验成果。1930年12月30日，一枚新的液体火箭发射成功，高度达到610米，飞行距离300米，飞行速度达到800千米/小时。1931年，他在火箭发射试验中，首先采用了现代火箭目前仍然使用的程序控制系统。1932年，他首开先河，用燃气舵控制火箭的飞行方向。1935年，戈达德的液体火箭最大射程已达20千米，速度超过音速。 二次世界大战爆发后，美国政府于1942年委任戈达德为海军研究局主任。他不仅圆满的完成了研制用于飞机起飞助推火箭的合同任务，并进行了变推力液体火箭的研究。在日本投降的前夕，即1945年8月10日，戈达德逝世。 为纪念戈达德，美国政府将航宇局的一个空间飞行中心命名为“戈达德空间飞行中心”。 德国人奥伯特是与齐奥尔科夫斯基和戈达德齐名的宇航事业先驱者。在20世纪二三十年代，他把欧洲大部分火箭研究者团结在自己周围，并与他们一起从事火箭研制和发射的实践，取得了许多重要成果。他们飞往星际空间的火箭和实现太空飞行的道路等著作，至今仍然被认为是宇宙航行的经典理论。【活动】1、想一想，要做一个科学技术的先驱者，需要什么样的知识素质和心理素质。学习了六位科学家的成长、突出贡献后，你有什么感想？2、中国航天第一人是谁？他的主要贡献是什么？四、开创航天新纪元第二次世界大战结束后，美国和前苏联接受了参与V-2火箭研制的部分专家、设备和资料，在各自国家内成立了专门机构。科学家们认为，当时的技术发展已经能设计人造地球卫星，但那时的火箭还没有足够的推力将卫星送入太空，因此，人们的研究重点是如何实现大推力火箭。在那时的条件下，卫星上的电子设备只能使用电子管，它们又重又费电，需要较大容量的蓄电池，而蓄电池本身也很重，效率也不高。一直到1948年，晶体管的出现才使卫星的研制工作有了突破，以后的航天科技发展也说明了它与电子技术的发展是密切相连的。1954年召开的国际地球物理会议建议，有关国家在19571958国际地球物理年期间发射人造地球卫星。在这一年，美国和前苏联着手人造地球卫星及其运载火箭的方案探索工作。美国在1957年9月火箭的首次发射没有成功；前苏联决定采用捆绑技术研制P-7洲际导弹，以此来发射卫星。1957年8月21日，P-7洲际导弹首次发射，全程飞行试验成功。同年10月4日，由P-7洲际导弹改装的东方号运载火箭把世界上第1颗人造地球卫星送入太空，从此，人类打开了通向宇宙的大门，开创了人类航天新纪元。我国第1颗人造地球卫星是1970年4月23日，由我国自行研制成功的中远程导弹改型的长征1号运载火箭，将东方红1号送入轨道，在世界上能独立设计研制和发射卫星的行列里居第5位。【活动】1、世界第1颗人造地球卫星是什么时间上天的？是哪个国家发射的？ 2、我国第1颗人造地球卫星是什么时间上天的？卫星的名字是什么？第二节 人造地球卫星的概念及分类一、什么是人造地球卫星？人造地球卫星是指环绕地球在空间轨道上运行（至少一圈）的无人航天器，简称人造卫星或卫星。人造地球卫星是发射数量最多、用途最广的航天器。二、人造地球卫星的分类人造卫星种类繁多，分类方法各异：（一） 按运行轨道不同进行分类：所谓人造地球卫星轨道就是人造地球卫星绕地球运行的轨道，这是一条封闭的曲线。这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，轨道平面总是通过地心的。人造地球卫星轨道按离地面高度可分为：低轨道、中轨道、高轨道。人造地球卫星轨道按形状可分为：圆轨道、椭圆轨道。人造地球卫星轨道按飞行方向可分为：顺行轨道（与地球自转方向相同） 逆行轨道（与地球自转方向相反） 赤道轨道（在赤道上空绕地球飞行） 极轨道 （经过地球南北极上空）【阅读材料】人造地球卫星还有以下几种特殊轨道：卫星在顺行轨道上绕地球运行时，其运行周期与地球的自转周期相同，这种卫星轨道叫地球同步轨道。如果地球同步轨道卫星正好在地球赤道上空离地面35786千米的轨道上绕地球运行，由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，从地面上看去它好像是静止的，这种卫星轨道叫地球静止卫星轨道。地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它只有一条。【活动】试一试，动手制作卫星运行轨道，理解轨道平面是穿过地心的。（二） 按卫星用途不同进行分类：若按用途分类，人造卫星可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星三大类。科学卫星有：（1）空间物理探测卫星 （2）天文卫星 （3）微重力科学实验卫星技术试验卫星是用于在空间对新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料进行试验的卫星。技术试验卫星数量较少，但试验内容广泛，如：电火箭试验、交会对接试验、新型遥感器的飞行试验、生命保障系统试验、返回系统的验证试验等。应用卫星按其工作基本特性，大致可以分为三大类：即对地观测类、无线电中继类和导航定位基准类。应用卫星按用途可分为：（1）通信卫星、（2）气象卫星、（3）侦察卫星、（4）地球资源卫星（本学期专题介绍）、（5）海洋卫星、（6）导航卫星、（7）测地卫星、（8）截击卫星、（9）多用途卫星。【阅读材料】航天器系指在太空执行探索、开发和利用太空以及地球以外天体的特定任务的飞行器，又称空间飞行器。航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类。无人航天器按是否绕地球运行又可分为人造地球卫星和空间探测器两大类。载人航天器可分为载人飞船、空间站和航天飞机。【活动】1、请同学们搜集有关卫星命名的资料，有些卫星的名字是通过在民众中征集命名的，也许有一天，某一颗卫星的名字会采用你的创意呢。2、举办未来太空绘画大赛，请同学们大胆想象，画出你的设想。第三节 人造地球卫星的发展一、国际发展状况截至1999年底，全世界发射的航天器总数为5263个，其中使用本国运载火箭发射本国制造的第一颗卫星的国家共有8个，按照卫星发射的时间先后，它们是：苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度、以色列。中国列世界第5名。苏联发射的人造地球卫星1是世界上第一颗人造卫星，开创了人类航天的新纪元；美国发射的探测者1卫星，发现了范艾伦空间辐射带；中国发射的东方红一号卫星，重173千克，是8个国家第一颗人造卫星中最重的一颗。 八国发射成功的第一颗人造地球卫星简况序号发射时间国家名称运行周期卫星质量发射目的简况11957-10-04苏联人造地球卫星-196.2分钟83.6kg测量大气密度,研究电离层21958-01-31美国探险者-1114.8分钟14kg测量宇宙线、微流星及卫星温度31965-11-26法国试验卫星A-1108.6分钟42kg试验火箭性能41970-02-11日本大隅号144.2分钟9.4kg试验火箭级间分离和第四级入轨性能51970-04-24中国东方红一号144.2分钟173kg探测空间环境，轨道测控，播送东方红乐曲61971-10-28英国普罗斯帕罗105.6分钟66kg试验轻型太阳电池、热控和电子设备，测量宇宙线71980-07-18印度罗希尼96.9分钟40kg验证火箭性能，评价卫星和地面测控系统性能81988-09-19以色列地平线-198.8分钟155kg测量大气层、磁场和地球重力，进行科学技术试验 其他具有研制卫星能力和拥有卫星的国家和国际组织有：加拿大、德国、意大利、澳大利亚、荷兰、西班牙、瑞典、葡萄牙、捷克、巴西、墨西哥、印尼、巴基斯坦、韩国、卢森堡、挪威、阿根廷、泰国、马来西亚、土耳其、伊朗、南非、国际通信卫星组织、国际移动卫星组织、北大西洋公约组织、国际宇宙组织、阿拉伯卫星组织、欧洲通信卫星组织等等，还有一些大学、企业和公司也研制或拥有（购买）卫星用于科学研究、技术试验和商业活动。迄今，世界上先后使用了20余种系列约80种型号运载火箭和航天飞机；拥有近20个航天发射场；美国、前苏联（俄罗斯）、中国，已具有回收航天器的能力；美国、俄罗斯、欧空局、中国、日本等国建立了完善的航天跟踪、测量和控制网、地面模拟试验设施和数据处理系统；约有四五十类不同用途的科学卫星、应用卫星和空间站在轨道上运行；截止到目前为止，先后有20多个国家的300多名航天员、飞行任务专家和有效载荷专家进入太空，10多人踏上月球考察；有100多个探测器探测了太阳系，相继探测了月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、哈雷慧星及其他一些彗星和小行星，并有探测器在月球、火星和金星上实现软着陆，有4个探测器已经飞出太阳系，向银河系飞行。截至2001年底，各国共发射了5459个航天器，其中美国和俄罗斯（前苏联）约占90。在近40年的航天活动中有22名宇航员殉难，其中有5名前苏联航天员和17名美国航天员死于航天事故（美国哥伦比亚号航天飞机于2003年2月1日返航途中解体，机上7名宇航员全部遇难）。二、国内发展状况 中国卫星发展序号名称发射时间简况54神州五号2003-10-15中国自主研制的神州五号由自己独立制造的长征2号F运载火箭发射升空，把中国第一位航天员杨利伟送上苍穹，在环绕地球飞行14圈后，平安返回地面，揭开了中国载人航天的新纪元。53神舟四号(Shenzhou-4)2002-12-30神舟四号飞船是在神舟一号、二号、三号飞行试验成功的基础上，经进一步完善研制而成，其配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。神舟四号飞船是第四艘无人飞船，由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。飞船总长约7.4米，最大直径2.8米，总质量7794公斤。神舟四号飞船配置有13个分系统及供配电与电缆网。结构 与机构分系统保证飞船的构型，并为航天员提供生活的结构空间。52海洋一号（HY-1）2002-05-15海洋一号卫星是我国第一颗用于海洋遥感的试验与业务卫星。主要用于海洋水色要素探测，对我国海洋资源的开发与利用、海洋污染监测与防治具有重要意义。卫星到达870km的轨道高度后，经过七次轨道机动到达轨道高度为798km的太阳准同步圆轨道。海洋一号卫星是我国第二颗利用CAST968技术研制的应用型小卫星，他的研制成功不仅对我国海洋资源开发利用、海洋污染监测与防治具有重大意义，而且标志着我国小卫星技术已从试验阶段进入业务应用阶段。51风云一号极轨气象卫星（FY-1D）2002-05-15卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测。中国的极轨气象卫星系列，共发射了4颗，即FY-1A，1B，1C,1D。50神舟三号(Shenzhou-3)2002-03-25除采用了若干新的先进技术外，还首次进行了逃逸系统试验。逃逸系统可在火箭发射和升空阶段出现意外故障的紧急情况下，将飞船带离危险区域，确保航天员的生命安全。49神舟二号Shenzhou-2(我国第一艘无人飞船“神舟二号”)2001-01-10按预定计划在太空完成空间科学和技术试验任务后，于北京时间月日晚上时分，在内蒙古中部地区返回。“神舟二号”飞船遨游太空天期间，环绕地球运行了圈。“神舟二号”是我国第一艘正样无人飞船。飞船技术状态与载人飞船基本一致。据介绍，我国首次在飞船上进行了微重力环境下空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验，其中包括：进行半导体光电子材料、氧化物晶体、金属合金等多种材料的晶体生长；进行了蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长；开展了植物、动物、水生生物、微生物及离体细胞和细胞组织的空间环境效应实验等。48北斗导航试验卫星二号（Beidou-2）2000-12-20第二颗北斗导航试验卫星。47北斗导航试验卫星一号（Beidou-1）2000-10-30北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统。这个系统建成后，主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务，对我国国民经济建设将起到积极推动作用。北斗导航试验卫星 的首次发射成功，为北斗导航系统的建设奠定了基础。发射北斗导航试验卫星采用的是长征三号甲 运载火箭。46资源二号地球资源遥感卫星(ZY-2)2000-09-01是中巴地球资源地球遥感卫星的后续星。共两颗。45“中星22号”实用型地球同步通信卫星2000-01-26卫星重量为2.3吨，设计使用寿命8年，主要用于地面通信业务，由中国通信广播卫星公司经营。44神舟一号(Shenzhou-1)1999-11-20中国自行研制的第一艘试验飞船神舟一号在中国酒泉卫星发射中心用新型长征-2F运载火箭发射升空，次日在内蒙古中部地区成功着陆。飞船由轨道舱、返回舱和推进舱组成。这次试验飞行没有载人，主要验证了有关创新技术。它是中国载人航天工程的首次飞行，标志着中国在载人航天飞行技术上有了重大突破，是中国航天史上的重要里程碑。43中巴地球资源遥感卫星(ZY-1)01中巴地球资源遥感卫星(ZY-1)011999-10-142003-10-21中巴地球资源卫星，总重量1540kg，轨道高度778km（太阳同步轨道），工作寿命2年（现在还在正常工作），采用对地三轴稳定姿态控制方式。卫星上主要装有CCD相机、红外多光谱扫描仪、宽视场成像仪、空间环境监测仪和数据采集、传输系统，主要用于监测国土资源的变化；评估森林储量、农作物长势和产量；监控灾害及评估灾害损失；勘探地下资源，监督资源的合理开发；监测空间环境，为空间科学研究提供资料等。42实践五号小卫星1999-05-10进行空间单粒子效应及对策研究、空间流体科学试验、S波段高速数传发射机及大容量故态存储器在轨试验和平台技术试验。41风云一号极轨气象卫星1999-05-10运行在太阳同步轨道，进行了图像传输、气象预报试验。40风云-2静止气象卫星1997-06-10定点105E赤道上空，用于实时监控我国及周边地区天气变化，提供可见光、红外和水汽云图。39东方红-3通信卫星1997-05-12定点于125E赤道上空，用于电视传输、电话、电报、传真和数据传输。38新型返回式卫星1996-10-20进行科学探测和技术试验，运行15天后按计划返回地面。37东方红-3通信卫星1994-11-30由于星上姿控推力器泄漏，燃料耗尽，致使卫星未能定点。36新型返回式卫星1994-07-03进行遥感和微重力试验，运行15天后按计划返回地面。35实践-4卫星1994-02-08卫星重400kg，用于探测空间环境。34返回式卫星1993-10-08运行8天后，由于故障，卫星未能按计划返回。33返回式卫星1992-10-06用于科学探测和技术试验，运行7天后按计划返回地面。32新型返回式卫星1992-08-09用于新技术试验和对地观测，运行16天后按计划返回地面。31东方红-2A通信卫星1991-12-28由于火箭三级发动机二次点火未成功，卫星未能进入预定的地球静止转移轨道。30返回式卫星1990-10-05进行地球资源遥感研究和微重力生命科学研究，载有植物和小动物，运行8天后按计划返回地面。29大气-2气球卫星大气-1气球卫星风云-1极轨气象卫星1990-09-03风云-1气象卫星上装有两台甚高分辨率扫描辐射计，可昼夜监视云层。大气-1、2气球卫星是从风云-1气象卫星上放出的科学探测气球，属小卫星，用于研究高层大气。一箭三星的总重量为889kg。282726东方红-2A通信卫星1990-02-04定点于98E赤道上空，用于通信、广播和电视传输。25东方红-2A通信卫星1988-12-22定点于110.5E赤道上空，用于通信、广播和电视传输。24风云-1极轨气象卫星1988-09-07运行在太阳同步轨道，进行了图像传输和气象预报试验。23返回式卫星1988-08-05用于卫星技术及微重力等试验，运行8天后按计划返回地面。22东方红-2A通信卫星1988-03-07定点于87.5E赤道上空，用于通信、广播和电视传输。21返回式卫星1987-09-09进行科学探测和技术试验及微重力搭载试验，运行8天后按计划返回地面。20返回式卫星1987-08-05进行卫星技术实验及首次国内外微重力搭载试验，成功地搭载发射和回收了法国马特拉公司的微重力试验装置，运行8天后按计划返回地面。19国土普查卫星1986-10-06用于国土普查，运行5天后按计划返回地面。18东方红-2通信卫星1986-02-01定点于103E赤道上空，用于通信、广播和电视传输。17国土普查卫星1985-10-21用于国土普查，运行5天后按计划返回地面。16返回式卫星1984-09-12用于对地观测，运行5天后按计划返回地面。15东方红-2试验通信卫星1984-04-08定点于东京125E赤道上空，完成通信试验后承担国内部分通信业务。14试验通信卫星1984-01-29由于火箭三级发动机二次点火未成功，卫星未能进入地球静止转移轨道，故通信功能和新技术试验仅获部分成功。13返回式卫星1983-08-19用于对地观测，运行5天后按计划返回地面。12返回式卫星1982-09-09用于对地观测，运行5天后按计划返回地面。11实践2B卫星实践2A卫星实践2卫星1981-09-20一箭三星，卫星总重量257kg，进行空间物理探测及新技术试验。1098返回式卫星1978-01-26用于对地观测，运行3天后按计划返回地面。7返回式卫星1976-12-07用于对地观测，运行3天后按计划返回地面。6返回式卫星1976-08-30卫星工作正常。5返回式卫星1975-12-16卫星工作正常。4返回式卫星1975-11-26用于对地观测，运行3天后按计划返回。3技术试验卫星1975-07-26星上各种科学仪器工作正常。2实践-1卫星1971-03-03用于空间物理探测，进行了硅太阳能电池、热控制技术试验，向地面发回大量科学试验数据，卫星重量221kg，在轨运行8年多。1东方红-1卫星1970-04-24中国第一颗人造地球卫星，卫星重量173kg，用20.009MHz频率播送东方红乐曲，还进行了空间物理探测。【活动】做一做：请同学们自己设计卫星模型拼插玩具或模型。第四节 人造卫星的应用广阔无垠的太空是除大陆、海洋、大气层以外的人类第4个生存环境。那里有取之不尽、用之不竭的宝藏，蕴含着高远位置、微重力、高真空、太阳能，以及小行星、月球和火星矿藏等许多对人类非常有用的资源。而航天技术则是开发这些宝藏的利器。自从1957年第一颗人造卫星上天以来，航天技术已得到日新月异的飞速发展，