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科学技术与社会 航天技术 主讲 蒋爱英 1 问题思考 1 什么是航天技术 航天技术的主要内容有哪些 2 空间资源包括哪些 3 为什么人们把俄国科学家齐奥尔科夫斯基称为 航天之父 4 载人航天器有几种 它们有什么区别 5 人造卫星按其用途可分为哪几类 2 航天技术 航天技术包括空间技术 空间应用和空间科学三个部分 是通常指人类研究如何进入外层空间 开发和利用空间资源的一项综合性工程技术 空间科学指利用航天器研究发生在日地空间 行星际空间乃至整个宇宙空间的物理 天文 化学及生命等自然现象及其规律的科学 3 航天技术的主要内容 航天技术的三大支柱 航天器技术运载器技术地面发射和测控技术 4 一 空间资源 空间环境 人类的第四环境空间资源的类型 高位置资源微重力资源高真空和超洁净资源太阳能资源月球资源 5 太空育种 太空育种也叫航天育种 是综合了宇航 遗传 辐射 育种等跨学科的高新技术 航天育种的特点是变异频率高 变异辐度大 有益变异多 稳定性强 因而可以培育出高产 优质 早熟 抗病良种 利用航天技术发展农业 是当今世界农业领域中最尖端的科学技术之一 目前正在研究的太空种子 太空作物 太空生物圈等都与农业有密切关系 都有着十分诱人的广阔发展前景 6 太空育种 搭载 神舟四号 航天飞船遨游宇宙的 太空茄种 在武汉市农科院汉龙种苗公司落地生根后 结出了 太空茄子 2003 2005年10月15日10 21CCTV 7 太空油菜 2005年3月10日 在贵阳国家农业科技园区的一个油菜种繁基地 德农正成贵州油料研究所的首席研究员李厚英 左 在对用太空育种油菜种子培育的油菜进行对比分析 该研究所2004年8月把具有广泛推广种植价值的油菜杂选1号不育系亲本 156A 3 送到太空育种站进行失重实验 了解油菜种子在太空生态环境下内部结构是否产生差异 从中选择优良的植株进行研究和利用 目前 这家油料研究所已培育出两个可以在长江上 中 下游广泛推广种植 产量可增加10 以上的油菜良种 8 太空南瓜 2004年节月 哈尔滨香坊公园来了一个特殊的 客人 它是一个巨大的南瓜 这个巨人南瓜是驻哈 老虎团 生产基地自行培育 并经过我国首次载人航天飞船 神州五号 带入太空育种的 这种南瓜品质好 一般重量在300到400斤 是名副其实的 巨人 南瓜 9 二 航天器 按其本身的任务航天器可划分为两类 无人航天器 它包括人造地球卫星 月球探测器和行星际自动探测器等 载人航天器 它包括宇宙飞船 空间站 航天飞机等 按其运行轨道也可分为两类 环绕地球运行的航天器 包括人造地球卫星 卫星式飞船 空间站和航天飞机脱离地球引力飞往月球 其他行星及行星际空间的航天器 包括月球探测器 登月飞船 各种行星和行星际探测器等 10 三 运载火箭 人类登天的天梯 人如果建造梯子去登天 那么从地球到月球的梯子长度将达38万千米 人只有建造天梯 运载火箭 11 1 万有引力和宇宙速度 使物体绕地球作圆周运动的速度被称为第一宇宙速度 7 9km s 摆脱地球引力束缚 飞离地球的速度叫第二宇宙速度 11 2km s 而摆脱太阳引力束缚 飞出太阳系的速度叫第三宇宙速度 16 7km s 12 2 航天之父 齐奥尔科夫斯基 让火箭飞向太空探测宇宙 是 宇宙航行之父 齐奥尔科夫斯基最先提出来的 并对火箭原理与航天理论进行了研究 13 康斯坦丁 齐奥尔科夫斯基 1857 1935 现代航天事业的创造人航天理论的奠基者 被誉为 航天之父 1857年 齐奥尔科夫斯基出生于俄罗斯梁赞省的伊热夫斯基村 靠近莫斯科 家境贫寒 他9岁双耳失聪 靠自学完成了中学课程 16岁时 有机会来到莫斯科 莫斯科有大图书馆 使他不再感到书籍的缺乏 整整3年时间 他在这里自学了多门大学课程 尤其是高等数学 他关于宇宙航行的思想似乎就是在这个时期产生的 1878年秋 他轻而易举地过了中学教师的资格考试 被分配到波罗伏斯克县担任中学教师 在之后的十多年间 齐奥尔科夫斯基对很多的科学领域进行研究 14 1883年 他写成了第一篇论文 题为 自由空间 首次提出宇宙飞船的运动必须利用喷气原理 1893年发表了科幻小说 月球上 1897年 推导出了著名的火箭运动方程式 齐奥尔科夫斯基公式 1898年完成了航天学经典性的研究论文 利用喷气工具研究宇宙空间 并于1903年发表在莫斯科的 科学评论 杂志上 他在人类宇航史的理论奠基人地位由此确定 1929年又提出多级火箭的结构 发表了关于多级火箭的论文 太空火箭列车 首次论证了利用多级火箭克服地球引力的构想 1932年发表喷气式飞机在平流层的飞行原理和一些高超音速飞机构造的方案 还发表了太空飞行科幻小说 地球之外 15 3 运载火箭 人类登天的天梯 运载火箭是由多级火箭组成的航天运输工具 是星际间航行的唯一交通员 运载火箭的任务很艰巨 要把人造地球卫星 载人飞船 空间站或空间探测器等 准确地送到科学家预定的轨道 16 火箭飞行的原理 利用物体的反作用力 火箭的 肚子 里装有燃料 燃料点着后产生大量热量 变成急剧膨胀的气体 气体从火箭尾部猛烈喷出 火箭便在气体喷发产生的反作用力下向前飞行了 17 3 火箭的构造 一般来讲火箭身上有三大系统 结构系统 动力系统 控制系统 18 4 朝气蓬勃的中国长征系列运载火箭 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 19 5 中国火箭腾飞之地 酒泉卫星发射中心西昌卫星发射中心太原卫星发射中心 20 三 人造地球卫星 前苏联 1957年10月4日卫星1号美国 1958年2月1日探险者1号法国 1965 11 26日本 1970 2 11 中国 1970 4 24 东方红 1号 21 人造地球卫星 人造卫星是个兴旺的家族 如果按用途分 它可分为三大类 科学卫星 技术试验卫星和应用卫星 22 1 太空探测台 科学探测卫星 23 2 太空实验室 技术试验卫星 技术试验卫星 是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星 如生物卫星 24 3 太空千里眼 侦察卫星 侦察卫星利用光电遥感器或无线电接收机 搜集到地面的目标辐射 反射或发射出的电磁波信息 用胶卷或磁带记录下来后存贮在卫星返回舱里 待卫星返回时地面回收 或者通过无线电传输的方法 随时或在某个适当的时候传输给地面接收站 经光学 电子计算机处理后使用 25 3 太空勘察员 资源卫星 资源卫星 是勘测和研究地球自然资源的卫星 26 4 太空驿站 通信卫星 通信卫星 是作为无线电通信中继站的卫星 一颗卫星就可以负责1 3地球表面的通信 27 5 太空气象台 气象卫星 气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星 它能大范围地 及时迅速地 连续完整地对气候 察颜观色 并把云图等气象信息发给地面用户 28 五 航天飞机 航天飞机集火箭 卫星和飞机的技术特点于一身 能像火箭那样垂直发射进入空间轨道 又能像卫星那样在太空轨道飞行 还能像飞机那样再进入大气层滑翔着陆 是一种新型的多功能航天飞行器 29 1 航天飞机发射升空时的壮丽景象 30 2 整装待飞 31 3 美 女宇航员在睡袋里睡觉 32 4 宇航员与机械手配合 在航天飞机上安装 任务专门仪 33 5 宇航员在航天飞机货舱内工作 34 6 水泡在失重状态下飘浮 35 7 航天飞机上的两名宇航员在进行交接班 从图中可以看到上班者仅1根手指即可将下班者 举 离工作岗位 36 8 宇航员正在货舱内修理捕捉回来的卫星 37 10 航天飞机的缺点 航天飞机的缺点也是相当明显的 由于无论是在外形 发动机还是防热设计上都相当复杂 所以需要花费相当高的费用 航天飞机每次返航后都要进行大规模的检修 不可能频繁飞行 更主要的是用航天飞机发射卫星时需有2 3名宇航员陪着升空 这样做既不经济也不安全 38 11 挑战者 号航天飞机失事 美国 挑战者 号航天飞机失事 1986年1月28日 挑战者 号第十次起飞73秒后不幸爆炸 7名宇航员当即身亡 39 11 哥伦比亚 航天飞机失事 哥伦比亚 号航天飞机失事 2003年2月1日酿成航天史上又一幕惨剧 航天飞机上有6名美国宇航员和1名以色列宇航员 其中2位是女性 7名宇航员中有4人是第一次进入太空 研发新一代航天飞机的计划再次提上了议事日程 40 遇难的宇航员 41 空天飞机 取代航天飞机 美国新设计的航天飞机 一些航天专家认为 美国国家航空航天局在近10年内将无法建成新的航天飞机来取代失事的 哥伦比亚 号 他们建议 与其继续投资在技术上已显陈旧的航天飞机 不如集中力量发展下一代航天运载工具 空天飞机 它比航天飞机更高一筹的地方在于能够在地面上像普通飞机一样水平起飞 并直接飞入太空 在地球外层空间轨道上运行 最后还能自行飞回地面 在机场安全降落 42 六 空间站 为了开发太空 需要建立长期生活和工作的基地 空间站就是一种可供多名宇航员长期居住的大型轨道航天器 礼炮7号 43 1 第一座空间站礼炮1号 1971年4月19日 前苏联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 44 2 国际空间站 国际空间站始建于 年 是迄今世界上最大的航天工程 也是世界航天史上第一个国际合作建设的空间站 整个建设工作预计到 年结束 空间站的工作寿命将在 年以上 国际空间站是人类在太空领域的最大规模的科技合作项目国际空间站由美国 俄罗斯 日本 欧洲航天局 加拿大等共同建造 计划耗资将超过630亿美元 空间站 的建设资金由美国负担 工作语言为英语 并由美国宇航局牵头 负责从总体上领导和协调计划的实施以及在空间站运行期间发生紧急情况时进行具体指挥 45 国际空间站雄姿 46 建成后的国际空间站 建成后的国际空间站将是个 太空中的城市 成为人类在太空中长期逗留的一个前哨 它包括 个实验舱和 个居住舱 个节点舱以及平衡系统 供电系统 服务系统和运输系统 总重量为 吨 空间站主结构长 米 首尾距离 米 平均运行高度为 公里 国际空间站利用地面无法提供的空间零重力状态的有利条件 可以使科学家们长期进行一系列科学试验 国际空间站的建成 意味着一个共同探索和开发宇宙空间时代的到来 47 七 人类登月历史 阿波罗11 号载着尼尔 阿姆斯特朗 迈克尔 柯林斯和布兹 奥尔德林从美国肯尼迪航天中心升空 4天后 即1969年7月20日美国东部时间16时17分 登月舱在月球表面着陆 22时56分 阿姆斯特朗率先踏上月球荒凉沉寂的土地 接着奥尔德林也开始月球行走 他们成为世界上最先踏足月球的人 阿姆斯特朗和奥尔德林在月球表面逗留了将近2小时13分 采集了24 4公斤岩石和尘土标本 并拍摄了地貌照片 同时 宇航员迈克尔 柯林斯驾驶着指令舱 在月球上空飞行 登月舱再次升空与指令舱对接之后 3位宇航员开始返航 于7月24日溅落到太平洋中 人类的首次登月飞行成功结束 48 月球上的第一个人类脚印 49 第一次登月的三位宇航员 左 尼尔 阿姆斯特朗 麦克尔 科林斯和埃德温 奥尔德林 50 人类登月 左为阿姆斯特朗 右为奥尔德林 在首次登月过程中 阿姆斯特朗和奥尔德林代表人类在月球上留下了一个纪念牌 上写 从地球来的人类于公元1969年7月首次登上月球 我们为全人类的和平来到这里 为了纪念辉煌的过去 为了暗示更加注重今天和明天的航天事业 美国宇航局将7月20日定为登月成功纪念日 51 永居月球计划 人类计划将于2010年在月球建立永久居住地 人类将于2005年在月球建立月面前哨站 2010年建立设备齐全的永久性居住地 2020年兴建实验工厂 农场等 52 神舟五号 53 神舟五号 15日09 00神舟五号发射升空09 10船箭分离09 42中国载人航天工程总指挥宣布发射成功18 40杨利伟展示国旗18 40在太空发出问候16日06 07内蒙古主着陆场收到飞船返回舱信号06 36搜救队找到返回舱06 54杨利伟自主出舱06 46指挥中心宣布中国首次载人航