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第三部分现代自然科学 现代技术革命 1 空间科学技术 第1节概述第2节运载器技术第3节航天器技术第4节发射与测控技术第5节我国航天科技的伟大成就第6节空间技术的应用及展望 2 万户 第一个想利用火箭飞行的人 14世纪末期 明朝的士大夫万户把47个自制的火箭绑在椅子上 自己坐在椅子上 双手举着大风筝 设想利用火箭的推力 加上风筝的力量飞起 不幸火箭爆炸 万户也为此献出了生命 万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄 他的努力虽然失败了 但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个 因此他被世界公认为 真正的航天始祖 为了纪念这位世界航天始祖 世界科学家将月球上的一座环形火山命名为 万户山 3 第1节概述 一 概念 一 空间 人类的第四环境人类逐步扩展的活动范围 从陆地 海洋 大气层 稠密空间 外层空间人类的第一环境 陆地人类的第二环境 海洋人类的第三环境 大气层人类的第四环境 外层空间外层空间简称空间 又称宇宙空间 即地球大气层以外的空间区域 通常把离地球表面100 120km以上的区域称为外层空间 第四环境可到达无穷远的宇宙深空 4 第1节概述 一 概念 二 航空 航天 航宇 宇宙航行航空 人类在地球表面的大气层内的航行活动 航天 在大气层以外 太阳系以内的范围里航行 航宇 在太阳系以外的宇宙空间里航行 宇宙航行 航天和航宇合称为宇宙航行 5 第1节概述 一 概念 三 空间技术 铺向通天路空间科学技术 由空间科学和空间技术两个部分组成 空间技术 它是研究如何使空间飞行器 又称航天器 飞离大气层 进入宇宙空间 并在那里进行探测 研究 开发 利用等活动的一门高度综合性技术 空间技术 航天技术 空间技术 涵盖航天技术和航宇技术由于在相当长的时间内 人类主要还是在太阳系内从事活动 因此 当今把航天技术和空间技术视为同义词已得到公认 6 第1节概述 一 概念 三 空间技术 铺向通天路要实现航天活动 就要建立庞大的以航天器为核心的航天系统 它由特定的航天器 卫星 空间站 探测器 运载工具 火箭 航天飞机 航天发射场 地面测控网 地面站 船 地面应用站网及其他有关系统组成 它是一个大系统工程 空间技术的主要内容 运载器 航天器 发射与测控技术 7 空间 人类的第四环境 进入第四环境需要克服的难关 1 克服地球甚至太阳系的万有引力 2 克服真空 3 适应剧烈变化的温度环境 4 防止有害辐射 第四环境中蕴藏着的空间资源 仅就近地的外空领域来看 可利用的空间资源就有 相对地面的高位置资源 微重力环境资源 高真空 高洁净环境资源 超低温资源 太阳能资源 月球及其行星资源等 8 空间技术 1957 1960年 初期试验阶段1960 1964年 实际应用试验阶段1964 1979年 载人飞行 在太空部署各种卫星网 对行星空间科学探测1980年到现在 航天飞机阶段 9 万有引力定律 第一宇宙速度 环绕速度 7 91km s 航天器可克服地球引力 而环绕地球作圆周运动 不落回地球表面 第2节运载器技术 一 三个宇宙速度 10 第二宇宙速度 脱离速度 11 19km s 航天器脱离地球引力飞向太阳系的其他行星 第2节运载器技术 一 三个宇宙速度 第三宇宙速度 逃逸速度 16 65千米 秒 航天器脱离太阳引力场飞出太阳系 11 二 运载器 运载器是将动能和势能传递给航天器 使其进入预定轨道的运载工具 分类 多级运载火箭 一次使用的多级火箭 空间运输系统 部分重复使用的航天运输器 如航天飞机 运载火箭的组成 动力系统 控制系统 结构系统 12 二 运载器 多级火箭的结构形式 13 二 运载器 有按不同飞行任务 运载火箭分三类 1 探空火箭 携带仪器射向高空进行大气测量 2 弹道式导弹 携带各种弹头打击敌方目标 3 卫星 宇宙飞船 运载器 把卫星或飞船送上轨道 14 三 运载火箭 乔奥尔可夫斯基第一个提出 只有多级火箭可以达到很高的速度 实现宇宙航行 1903年他提出火箭公式 v为终速 vP喷气速度 M0为原始质量 M为所剩质量 多级火箭接力办法 在火箭垂直发射时 让最下面一级先工作 完成任务后脱离 接着启动上面一级 进一步提高速度 15 四 现代火箭技术的诞生 19世纪末20世纪初 随着科学技术的进步 近代火箭技术和航天飞行发展起来 先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基 美国人戈达德和德国奥伯特 16 火箭之父 齐奥尔科夫斯基 俄国人齐奥尔科夫斯基 1857 1935 是世界上公认的宇宙航行理论奠基人 在他的一生中 对宇宙航行的所有基本问题都从理论上进行了研究 并得出了正确的结论 1883年 他就在 外层空间 一书中 发展了反作用推进理论 第一个从理论上证明 火箭能在空间真空环境工作 1903年 他发表了 利用喷气工具研究宇宙空间 的论文 推导出发射火箭运动必须遵循的 齐奥尔科夫斯基公式 他还提出了多级火箭构造设想 指出了液体火箭是最合适的运载工具 17 火箭实验创始者 罗伯特 戈达德 1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究 三年后点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭 证明火箭在真空中能够工作 他从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 18 航天之路的先驱 赫尔曼 奥伯特 德国火箭专家 现代航天学奠基人之一 1894年6月25日生于罗马尼亚赫尔曼施塔特 于1938年在维也纳工程军院从事火箭研究 后又在德累斯顿大学研制液体火箭的燃料泵 但他的主要兴趣在固体火箭方面 1940年加入德国籍 1941年到佩内明德研究中心参与V 2火箭的研制工作 他的贡献主要在理论方面 他的经典著作 飞往星际空间的火箭 于1923年出版 1929年经过修改和充实改名 通向航天之路 19 五 现代火箭技术的发展 1942年10月发射成功V 2火箭 A4型 飞行高度85公里 飞行距离190公里 V 2火箭的发射成功 把航天先驱者的理论变成现实 是现代火箭技术发展史的重要一页 1945年5月 第二次世界大战德国战败 前苏联俘虏部分德国火箭技术人员 缴获了几枚V 2火箭和有关技术资料 在此基础上 1947年前苏联仿制V 2火箭成功 1948年自行设计了P 1火箭 1950年和1955年又先后研制成P 2和P 3火箭 经过改装的P 7于1957年10月4日 发射成功世界上第一颗人造地球卫星 从而揭开了现代火箭技术新的一页 前苏联由于发射多种航天器的需要 先后研制成功 东方 号 联盟 号 宇宙 号 质子 号 能源 号等多种型号的运载火箭 可将100多吨的有效载荷送入近地轨道 20 五 现代火箭技术的发展 二战后 美国俘虏了以冯 布劳恩为首的德国火箭专家 缴获了100余枚V 2火箭 美国陆军在布劳恩的帮助下于1945年发射了V 2火箭 1949年开始研究 红石 弹道导弹 1954年制定人造卫星计划 1958年2月1日 丘比特 C火箭成功发射美国第一颗人造卫星 美国为发射多种航天器的需要 先后研制成功 先锋 号 丘诺 号 侦察兵 号 大力神 号和 土星 号等运载火箭 中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功 我国有 长征 号 CZ 系列运载火箭 1990年4月7日 中国CZ 3运载火箭发射成功美国制造的 亚洲一号 卫星 长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列 至今已将27颗外国卫星发射上天 21 导弹之父 冯 布劳恩及V 2火箭 生于1912年 德国贵族后裔 受德国科学家赫尔曼 奥博特影响 专注于火箭制造 第二次世界大战期间 主持V 2工程 1942年10月3日 V 2试验成功 年底定型投产 共制造了6000枚V 2 其中4300枚用于袭击英国和荷兰 V 2在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想 对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用 成为航天发展史上一个重要的里程碑 22 导弹之父 冯 布劳恩及V 2火箭 第二次世界大战以后 冯 布劳恩作为 头脑财富 来到美国 1956年 任美国陆军导弹局发展处处长 他先后研制成 红石 丘比特 潘兴式 导弹 其中 丘比特 C型火箭 是美国第一颗人造卫星发射成功的关键保障 1970年 布劳恩任美国国家航空和航天局主管计划的副局长 并兼任马歇尔航天中心主任 在两年任期内 布劳恩完成了航天飞机的初步设计 及今后10年的研究规划 1977年6月16日与世长辞 23 世界上第一个航天运载火箭系列 东方号 系列火箭是世界上第一个航天运载火箭系列 包括 卫星号 月球号 东方号 上升号 闪电号 联盟号 进步号 等型号 后四种火箭又构成 联盟号 子系列火箭 24 质子号 系列运载火箭 质子号 系列运载火箭是前苏联专为航天任务设计的大型运载器 在 能源号 重型火箭投入使用以前 该型号是前苏联运载能力最大的运载火箭 质子号 系列共有三种型号 二级型 三级型和四级型 25 大力神 系列运载火箭 大力神 系列运载火箭由洲际弹道导弹 大力神2 发展而来 包括 大力神2 大力神3 大力神34 大力神4 商业大力神3 子系列火箭 26 中国 长征 系列火箭 中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作 1964年6月29日 中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后 即着手研制多级火箭 经过了五年的艰苦努力 1970年4月24日 长征1号 运载火箭诞生 首次发射 东方红1号 卫星成功 中国航天技术迈出了重要的一步 现在 长征 系列火箭已经走向世界 享誉全球 在国际发射市场占有重要一席 27 第3节航天器技术 航天器 亦称空间飞行器 太空飞行器 在空间各种轨道上运行工作的人造天体的总称 飞向宇宙空间或在宇宙空间飞行的所有装置的统称 航天器的分类1 按原理分 近地轨道宇宙飞行器 环绕地球运动行星际宇宙飞行器 飞离地球引力场在行星际空间运行 28 我国1970年发射的第一颗人造地球卫星 东方红一号 2 按应用分 无人航天器 载人航天器 卫星式 登月式 位于地球赤道上空35786公里处的地球静止轨道通信卫星 我国1984年4月8日发射的第一颗静止轨道通信卫星 东方红二号 29 航天器内部系统简介 航天器的设计要求标准化和星体结构的积木化 可根据不同任务的需要 换装不同科研或应用方面的有效载荷 既有利于卫星的总装和测试 又便于利用航天飞机对卫星进行空中维修和更新 航天器分成两个舱 标准化公用舱 保障系统 专用设备舱 专用系统 具有电源 推进 姿控 通信与数据处理等多种基本功能 30 航天器基本上是无动力的 依靠运载火箭 通常为第二级火箭提供的初速来运动 运载火箭在燃料耗尽后就自动分离 向地球下落 航天器或者进入绕地球轨道 或者在给以一定动量情况下 继续飞向太空目的地 航天器现阶段采用的三种电源 带动所携带的各种设备 太阳能电池 多用于不载人的航天器 化学能电池 载人航天器上通常用燃料电池 有时则为燃料电池与太阳电池的组合 核能电池 美国的深空探测器 先驱者 号和 旅行者 号用了小型的核反应堆提供电源 31 1957年第一颗人造卫星 1 人造卫星 1970年第一个观测X射线的小型天文卫星 美国的 自由号 进入巡天轨道 法国监视雷达发现数十颗身份不明人造卫星 各种宇航器简介 32 1 人造卫星 人造卫星的概念始于1870年 人造地球卫星是在环绕地球的空间轨道上运行的无人飞行器 其运动服从开普勒行星运动定律 其轨道一般是以地心为焦点的椭圆 特殊情况下是以地心为中心的圆 它离地面的高度根据用途而定 从几百公里到几万公里不等 一般不低于200公里 按离地球的距离分为 低轨道 500千米以下 中轨道 600 2000千米 高轨道 2000千米以上 人造卫星是发射数量最多的一种航天器 占全部航天器的90 左右 在科学 军事和国民经济各个方面都获得了极其广泛的应用 33 1 人造卫星 按用途分类 34 第一颗人造卫星 前苏联于1957年10月4日发射的 伴侣一号 人造地球卫星 是世界上第一颗在地球轨道运行的人造卫星 开辟了人类的空间时代 这颗卫星在天空中运行了92天 绕地球约1400圈 行程6000万公里 于1958年1月4日陨落 为了纪念人类进入宇宙空间的伟大时刻 苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑 碑顶安置着这个人造天体的复制品 35 各国第一颗卫星比较 36 我国第一颗人造卫星 东方红 1号 中国是第五个能独立发射卫星的国家 1970年4月24日 我国用自制 长征 1 运载火箭 在酒泉卫星发射中心 成功地发射了第一颗人造地球卫星 东方红 1号 它标志着我国在征服太空的道路上迈出了巨大的一步 并跻身于世界航天先进国家之林 卫星用20 009MHz的频率向全世界播送 东方红 乐曲 37 2 探测器 研制和发射行星际探测器的主要目的 对月球及太阳系内各行星进行系统考察与研究行星际探测器主要采用三种飞行方法 从目的星附近飞过 近距离观测 绕目的星运转 成为目的星的卫星 长期反复观测 穿过目的星周围大气层 在目的星上着陆 分硬着陆和软着陆 实地考察或将样品送回地球研究 38 美国1962 1974年间发射的探测金星的 水手 号系列 1号 2号 5号 10号 39 2007 9 14日本发射的 月亮女神 SELENE 号月球探测器 环绕月球飞行的 月球勘探者 探测器 欧洲宇航局2004年11月16日发射的 智能 号 SMART 1 号探测器 40 2007年发射的嫦娥一号系列图 41 2006 9 29 10 6美国宇航局的火星探测器火星侦察轨道器MRO 欧洲航天局2006年13日宣布 火星快车 探测器 MARSIS 最新发现 在火星北半球低地和平原下 埋藏着很多直径在130公里至470公里之间的巨大撞击坑 42 美国国家航空航天局 欧洲航天局和意大利航天局联合研制的卡西尼 惠更斯号于北京时间2004年7月1日12时12分顺利进入环绕土星转动的轨道 开始对土星大气 光环和卫星进行历时4年的科学考察 也是进入土星轨道的第一艘人造飞船 43 载人航天 人类驾驶和乘坐航天器从事探测 试验 研究和生产的往返飞行活动 载人航天器的分类 天地往返运输机 载人飞船 航天飞机 空间站 44 载人航天器需要配备维持生命的系统和返回设备 需要精确的对接技术 载人研究经过三个阶段 第一 把人送入地球轨道并安全返回 第二 发展载人空间基本技术 如轨道机动飞行 交汇 对接以及考察宇航员出舱活动能力等 第三 发展小型实验性空间站 进一步考察人在长期空间条件下的生活和工作能力 载人航天 45 3 载人宇宙飞船 载人宇宙飞船是一种天地往返运输器 也是载人航天器中最小的一种 每艘飞船只能使用一次 在太空一般可单独飞行数天到十余天 它也能作为往返于地面与太空站 地面与月球及地面与行星之间的 渡船 还可与空间站或其他航天器对接后联合飞行 1961年4月12日 苏联航天员加加林乘坐 东方号 载人宇宙飞船升空 成为世界航天第一人 开创了载人肮天的新纪元 此举不仅使加加林名扬四海 宇宙飞船也因此蜚声全球 从那时起至今 人类已发射了大量多种宇宙长船 46 太空旅行的第一人 加加林 东方 号宇宙飞船于1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分发射 在最大高度为301公里的轨道上绕地球一周 历时1小时48分钟 于上午10时55分降落在原苏联境内 这次飞行之后 加加林的名字在全球家喻户晓 加加林也因此荣获列宁勋章并被授予 苏联英雄 和 苏联宇航员 称号 1968年3月27日 在一次例行训练飞行中 因一架双座喷气式飞机坠毁而罹难 47 阿波罗载人登月工程 阿波罗载人登月工程是NASA 美国国家航空航天局 在二十世纪六七十年代组织实施的载人登月工程 或称 阿波罗计划 阿波罗计划采用月球轨道交会法 用强大的 土星5号 运载火箭把50吨重的航天器送入月球轨道 航天器本身装有较小的火箭发动机 当它接近月球时 能使航天器减速进入绕月轨道 而且 航天器的一部分 装有火箭发动机的登月舱能脱离航天器 载着宇航员登上月球 并返回绕月轨道与阿波罗航天器结合 工程开始于1961年5月 至1972年12月第6次登月成功结束 历时约11年 耗资255亿美元 在工程高峰时期 参加工程的有2万家企业 200多所大学和80多个科研机构 总人数超过30万人 48 第一位踏上月球的宇航员 阿姆斯特朗 1969年7月16日 阿姆斯特朗同小奥尔德林 科林斯一起乘 阿波罗11号 飞船飞向月球 4天后于美国东部夏令时下午4时18分 由他手控操纵 鹰 号登月舱在宁静海西南缘附近的平坦地带着陆 7月20日美国东部夏令时下午10时56分 阿姆斯特朗从 鹰 号登月舱走下来 踏上积满尘土的月球表面 并说 对一个人来说 这只是一小步 但对全人类来说 这却是巨大的一步 49 登月照片 50 4 航天飞机 航天飞机是可以重复使用的 往返于地球表面和近地轨道之间运送人员和货物的飞行器 它在轨道上运行时 可在机载有效载荷和乘员的配合下完成多种任务 航天飞机通常设计成火箭推进的飞机 返回地面时能像滑翔飞机或飞机那样下滑和着陆 航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具 它的出现是航天技术发展的一次飞跃 是航天史上的一个重要里程碑 代表了载人航天器的发展方向 到目前为止 世界上真正投入使用的航天飞机只有美国航天飞机一种 51 美国航天飞机发展史 第一架航天飞机 哥伦比亚号第二架航天飞机 挑战者号第三架航天飞机 发现号第四架航天飞机 亚特兰蒂斯号第五架航天飞机 奋进号 哥伦比亚号 1986年1月18日挑战者爆炸 发现号 亚特兰蒂斯号 52 人类太空探索事故回放 1960年10月24日 前苏联拜科努尔航天中心火箭发射爆炸事故造成地面100多人死亡 1967年1月27日 美国3名宇航员在 阿波罗 1 号模拟发射过程中因起火而丧生 1967年4月23日 苏联宇航员弗拉基米尔 科马罗夫驾驶的宇宙飞船在降落时坠毁 1971年6月29日 3名苏联宇航员在结束24天太空旅行返回地面时因缺氧窒息而死 1980年3月18日 苏联普列谢茨克航天发射场火箭发射爆炸导致地面50名技术人员丧生 1986年1月28日 美国 挑战者 号在空中爆炸 7名宇航员全部遇难 2003年2月1日 美国 哥伦比亚 号航天飞机失事 7名宇航员罹难 53 5 空间站 空间站是一种在近地轨道长时间运行 可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器 空间站的主要任务 研究人对空间环境的适应能力 控测天体 观察地球 试制新材料和进行生物学试验等空间站的主体结构 生活舱工作舱 仪器设备舱 宇航员进行各种研究的场所服务舱 承装动力和能源系统对接舱 空间站的停靠码头 宇宙飞船和航天飞机等空间飞行器通过对接舱与空间站实现停靠 以便进行人员轮换 物资供应和废物处理等 到目前为止 全世界已发射了9个空间站 前苏联礼炮号空间站 美国天空实验室 前苏联和平号空间站等 54 第一座空间站 礼炮1号 前苏联1971年4月19日发射了第一座空间站礼炮1号 从此载人太空飞行进入一个新的阶段 礼炮1号空间站由轨道舱 服务舱和对接舱组成 呈不规则的圆柱形 总长约12 5米 最大直径4米 总重约18 5吨 它在约200多千米高的轨道上运行 站上装有各种试验设备 照像摄影设备和科学实验设备 55 国际空间站 1993年11月1日 美国航空航天局与俄罗斯宇航局签署协议 决定在和平号轨道站的基础上建造一座国际空间站 命名为阿尔法 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 共16个国家参与研制 其设计寿命为10 15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 56 多艘神舟号飞船对接组成的小型空间站想象图 前苏联的 和平 号空间站 美国的 天空实验室 空间站 57 国际空间站建成后的外观 国际空间站近影 58 第4节发射与测控技术 航天基地的任务 发射航天器 控制飞行过程 回收返回的航天器 航天基地由航天发射场和航天测控网组成 航天发射场为发射航天器的特定区域 航天测控网是航天测控系统的地面部分 是地面对航天器进行跟踪 遥控和保持通信联系 高精系统支持探月 嫦娥一号 与地面的联系 59 第5节我国航天科技的伟大成就 一 运载火箭我国长征系列运载火箭四个体系 长征1号和长征2号是二级或二级半液体火箭 用于发射近轨道的航天器 人造地球卫星或飞船 长征3号是三级或三级半液体火箭 它们是用于发射地球同步轨道的人造地球卫星 嫦娥工程用长征 3甲火箭 长征4号是多用途的三级液体火箭 当前主要用于发射风云号气象卫星 60 二 人造地球卫星 第一颗人造地球卫星 1970年4月24日 中国第一颗人造地球卫星从酒泉卫星发射中心升空 在太空昼夜不停地向全球播放 东方红 乐曲和遥测信号 向全世界宣布中国已进入宇宙空间 目前 我国已初步形成了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 实践 科学探测与技术试验卫星系列 地球资源卫星系列 北斗星导航卫星系列等六大卫星系列 到2007年1月 我国已成功发射了近百颗卫星 其中有27颗国外卫星 61 三 神舟 飞船 1 探索 神舟 一号飞船于1999年11月20日在酒泉卫星发射中心发射升空 飞船返回舱于次日在内蒙古自治区中部地区成功着陆 神舟一号在长征 2F捆绑式火箭的基础上改进研制的长征2号F载人航天火箭 这是中国载人航天计划中发射的第一艘无人实验飞船 神舟 二号飞船于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空 在轨飞行7天后成功返回地面 神舟二号进行了一系列的空间材料 空间天文和空间生物等实验 62 三 神舟 飞船 1 探索 神舟 三号飞船于2002年3月25日发射 飞船搭载了人体代谢模拟装置 拟人生理信号设备以及形体假人 能够定量模拟航天员呼吸和血液循环的重要生理活动参数 神舟 三号轨道舱在太空留轨运行180多天 成功进行了一系列空间科学实验 神舟 四号飞船于2002年12月30日成功发射 在完成预定空间科学和技术实验任务后 于2003年1月5日在内蒙古中部地区准确着陆 这艘飞船除没有载人外 技术状态与载人飞船完全一致 飞行中先后进行了对地观测 材料科学 生命科学实验及空间天文和空间环境探测等 63 三 神舟 飞船 2 神五 圆梦 神舟 五号飞船于2003年10月15日9时50分发射 在绕地球飞行14圈 圆满完成各项科研任务后 于10月16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆 这是我国完全靠自己力量完成的首次载人航天飞行 创造了我国航天史上的英雄壮举 实现了中华民族千年的飞天梦想 使中国成为第三个能发射载人飞船的国家 也实现了中华民族的飞天梦想 中国首位航天员 杨利伟 64 三 神舟 飞船 3 发展的 神六 神舟 六号飞船于2005年10月12日9时在酒泉航天发射中心发射升空 费俊龙和聂海胜两名中国宇航员被送入太空 第一次进行2人 第一次进入轨道舱 第一次对地球进行污染检查 第一次在太空完成压力服穿脱实验 意义 为中国创造多个第一 神六 英雄 65 三 神舟 飞船 3 超越的 神七 神七 于2008年9月25日成功升空 翟志刚 刘伯明 景海鹏三名中国宇航员被送入太空 主要任务是出舱活动开展空间对地观测 空间科学及技术实验 同时为今后有人参与的空间科学与技术实验打下基础 翟志刚在太空行走十几分钟 标志着中国科技进入世界前三 对经济和社会带来重大影响 神七 英雄 66 四 中国的嫦娥奔月计划 1 嫦娥奔月计划 整个探月工程分为 绕 落 回 3个阶段 一期绕月工程 2007年发射探月卫星 嫦娥一号 对月球表面环境 地貌 地形 地质构造与物理场进行探测 二期工程 2007年至2010年 目标是研制和发射航天器 以软着陆的方式降落在月球上 三期工程 2011至2020年 目标是月面巡视勘察与采样返回 67 我国首颗探月卫星嫦娥一号发射 2007年10月24日18时05分 搭载着我国首颗探月卫星嫦娥一号的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射 24日18时29分 嫦娥一号卫星准确入轨 此次发射圆满成功 卫星的太阳帆板展开正常 定向天线已展开到位 68 我国卫星绕月探测线路图 69 嫦娥一号 卫星 嫦娥一号 探月卫星 选用的科学探测仪器有6套24件 包括CCD立体相机 激光高度计 成像光谱仪 伽马 X射线谱仪 微波探测仪 太阳高能粒子探测器和低能离子探测器等 这些设备在中国都属首次使用 有的是世界首创 70 嫦娥一号 运载系统 承担中国首颗月球探测卫星嫦娥一号发射任务的 是成功发射上百次 被授予 金牌火箭 称号的长征3号甲运载火箭 为满足探月卫星的特殊要求 长征3号甲火箭控制系统增加了单机和线路备份 确保飞行过程中不出现任何偏差 万无一失 71 嫦娥一号 发射场系统 西昌卫星发射中心在我国 嫦娥工程 中承担重任 负责发射第一颗月球探测卫星 号称 月城 的西昌被誉为 中国航天城 东方休斯敦 发射场地选择在中国西昌卫星发射中心 是中国目前对外开放中规模最大 设备技术最先进 承揽外星发射任务最多的新型航天器发射场 72 嫦娥一号 测控系统 我国航天器测控系统目前已发展到可从容应对几十个乃至上百个航天器的测控管理 并已形成了以西安卫星测控中心为中枢 以十多个固定台站 活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网 嫦娥一号卫星的测控系统以中国现有的S频段航天测控网为主 辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成 有4个天线交叉干涉 对近40万千米远的嫦娥1号进行测控 73 嫦娥一号 地面应用系统 地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心 数据接收中心以及科学数据处理和研究中心三个部分 主要任务是卫星在轨运行期间科学探测业务管理 数据接收与处理 科学研究与普及 地面应用系统由五个分系统组成 即运行管理分系统 数据接收分系统 数据预处理分系统 科学研究与应用分系统和数据管理分系统 我国绕月探测工程地面应用系统的总部设在中国科学院国家天文台 74 绕月探测工程完成的科学目标 一 获取月球表面三维立体影像 精细划分月球表面的基本构造和地貌单元 进行月球表面撞击坑形态 大小 分布 密度等的研究 为类地行星表面年龄的划分和早期演化历史研究提供基本数据 并为月面软着陆区选址和月球基地位置优选提供基础资料等 二 分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点 主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛 铁等14种元素的含量和分布 绘制各元素的全月球分布图 月球岩石 矿物和地质学专题图等 发现各元素在月表的富集区 评估月球矿产资源的开发利用前景等 75 绕月探测工程完成的科学目标 三 探测月壤厚度 即利用微波辐射技术 获取月球表面月壤的厚度数据 从而得到月球表面年龄及其分布 并在此基础上 估算核聚变发电燃料氦 3的含量 资源分布及资源量等 四 探测地球至月亮的空间环境 月球与地球平均距离为38万公里 处于地球磁场空间的远磁尾区域 卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体 研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用 76 探月工程的意义 月球探测是国际公认的深空探测的起点 它将填补中国在月球及行星探测方面的空白 中国改变航天领域的落后局面 赶上国际先进水平提供了良好的机遇 月球探测工程是一项多学科 高科技集成的系统工程 实施这样的战略工程 将推进航天工程系统集成 深空测控通信 新型运载火箭和航天发射等航天技术实现跨越式发展 从而保持中国进入空间能力的不断提高 探月工程也必将带动信息 材料 能源 微机电 遥科学等其它新技术的提高 对于促进中国社会经济的发展具有重要意义 77 我国自主研发的月球车 78 第6节空间技