航空航天科技幻灯片.ppt

航空航天科技,现代科技概要第一组,一、航空航天科技的发展历史及现状（一）世界航天发展史（二）中国载人航天发展史二、航空航天科技技术分类（一）载人飞行器技术（二）运载火箭技术（三）人造卫星技术（四）当今世界的前沿科技,导言什么是航空航天技术？,航空技术是指一切与天空有关的人类活动，譬如飞行，这些活动亦包括与天空有关的组织，如飞机制造、发展和设计等。,航天技术又称空间飞行或宇宙航行。“航天”系泛指航天器在太空在地球大气层以外（包括太阳系内）的航行活动。,航空技术与航天技术的差别,航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机。航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器。最能集中体现两者成果与不同的是航空器和航天器。,航空器与航天器显著差异,第一，飞行环境不同。航空器在稠密大气层中飞行，工作高度有限。飞行最大高度：距地面30多千米航天器在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行。飞行最低高度：100千米以上,第二，动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力，吸收空气中的氧气做氧化剂，本身只携带燃烧剂。航天器通常用火箭发动机提供推力，即既带燃烧剂又带氧化剂。,第三，工作时限不同。航空器最大航程约2万千米，最长飞行时间不超过一昼夜。航天器可持续工作非常长时间，可与空间站对接后在太空运行数月之久。,第四，升降方式不同。飞机的升空是从起飞线开始滑跑道离开地面，加速爬升到安全高度位置的运动过程。返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。航天器发射包括海上和地面发射。顶部装着航天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中，运载火箭要按程序掉头转向和逐渐脱离，最终将航天器送入预定轨道运行。,一、航空航天科技的发展历史及现状,（一）世界航天发展史自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天以来，到1990年，前苏联、美国、法国、中国等国家以及欧洲航天局先后研制出约80种运载火箭，修建了10多个大型航天发射场、先后发射成功4127个航天器。目前航天员在太空的持续飞行时间长达438天，有12名航天员踏上月球。到上世纪末，已有5000多个航天器上天。有一百多个国家和地区开展航天活动，利用航天技术成果，或制定了本国航天活动计划。,1、火箭技术发展史,火箭是在火药发明之后中国人发明的。但近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭。V-2火箭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。,1932年德国发射第一枚弹道导弹V2(A4型),前苏联1957年10月，发射世界上第一颗人造地球卫星“人造地球卫星1号”，从而揭开了现代火箭技术新的一页。,美国于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。,中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功。我国有长征系列运载火箭，主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四种基本型运载火箭。,2、卫星技术发展史,1957年10月4日，前苏联用卫星号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，这是世界第一个人造天体，开创了人类航天新纪元。,人造地球卫星出现之后，60年代前苏联和美国发射了大量卫星。70年代军、民用卫星全面进入应用阶段。80年代后期新起的单一功能的微型化、小型化卫星是卫星发展的新动向。除美、苏外，中国、日本等国都拥有自己研制的卫星。,3、空间探测技术发展史,空间探测的主要目的是：了解太阳系的起源、演变和现状；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变等。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测。,月球探测：月球是地球的唯一的天然卫星，自然成为空间探测的第一个目标。美国和前苏联自1958年至1976年8月共发射过83个无人月球探测器，此后就再也没有发射过无人月球探测器。近年来世界上又掀起了探索月球的热潮。,行星际探测：人类曾长期借助于天文望远镜观测行星表面的细节，发现了土星光环、木星卫星和天王星；然而人们在地面隔着大气层观测行星，已经不能满足对行星的深入研究。行星际探测器为行星际空间的研究提供了新的手段。,自1960年至1978年美、苏和西德共发射了63个行星际探测器。美欧联合研制的“哈勃空间望远镜”于1990年4月发射升空，它观测到大约13670个天体，向地球发回了黑洞、宇宙诞生早期的“原始星系”、慧星撞击木星许多壮观图像，为科学研究提供了大量依据。,哈勃望远镜,4、载人航天科技发展史,前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船。1971年到1982年发射了7艘“礼炮”号空间站，截至1985年还发射了27艘载人飞船和25艘无人飞船。1986年发射了“和平”号空间站。美国自1961年5月至1966年11月发射了16艘载人飞船。1967年至1972年共发射了14次“阿波罗”飞船。1973年发射了“天空实验室”并和“阿波罗”飞船进行过对接。1993年9月美俄二国达成协议合作建造国际空间站，2006年完成。2001年5月，美国宇航发烧友蒂托进入国际空间站俄罗斯舱遨游8天，成为地球旅客航天游第一人。,1961苏联发射第一艘东方一号载人飞船,人类第一位航天员尤里加加林,BACK,世界航天先驱者,尤里加加林（前苏联）,首位进入太空的人,约翰格伦（美国）,第一个进入地球轨道的人,瓦莲京娜捷列什科娃（前苏联）,首位进入太空的女性,航天史上最年长的宇航员,丹尼斯蒂托（美国）,历史上首位太空游客,（二）中国载人航天发展史,（一）早期的探索很久以前，中国人就有飞出地球、探知太空奥秘的愿望，我国古代的不少神话故事便是突出的反映。最典型的是嫦娥奔月的故事。历史上第一个试验乘火箭上天的人是15世纪中国官员万户。有这样的描述：万户将两个大风筝并排装在一把椅子的两边，然后在椅子下面捆绑了火箭，万户坐在椅子当中并点燃火箭。但最后不幸失败。,（二）当代的飞跃,1986年，中共中央、国务院把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。自此，我国的载人航天工程正式启动。卫星方面，从发射“东方红一号”开始，中国相继研发并发射了“风云”“北斗”等一系列不同用途的卫星。运载火箭方面，中国自主研发的“长征”系列运载火箭已经成为了世界运载火箭大家族中的明星。,东方红一号,1986年，我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日，我国成功发射了自行研制的第一艘飞船神舟1号，成为世界上第三个发射宇宙飞船的国家。,此后，又分别把神舟2、3和4号送上天。2003年10月15日中国第一艘载人飞船神舟5号顺利升空并安全返回，实现了中华千年飞天的理想。它也打破了美国和俄罗斯在这一领域的垄断格局。,自此以后，“神六”、“神七”相继上天，完成了多人同时“上天”，开展出舱实验等一系列突破。今年10月份更是发射了中国第一个自主研发的载人空间站的核心舱“天宫一号”，此时它正在太空中翱翔。并且“神八”也会于今年的11月份择机发射，它将与“天宫一号”在太空中进行对接，一起构成我国的空间站。,2005年“神舟”六号载人飞船发射成功,2003年“神舟”五号载人飞船发射成功,2008年神舟七号载人飞船发射成功,神舟八号与天宫一号空间对接,（三）中国航天技术发展的意义首先，它能体现一个国家综合国力和提升国际威望。因为航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展，更是一个国家综合国力强大的标志。,其次，它能体现现代科技多个领域的成就，也能为其他科学领域的发展作贡献。它对通信、遥感、推进、测量、材料、计算机等技术提出了很高的要求，因而大大推动了这些技术的进步。,再有，载人航天的发展能促进太空资源的开发。载人航天器所处的高远位置和微重力等特殊环境，可为科研提供一个理想的实验场所，它在推动微重力科学与应用等许多方面正发挥着重要作用，并有望在一些前沿学科上取得突破，为人类带来巨大的效益。,左侧为正常火焰右侧为微重力环境下的球形火焰,二、航空航天科技技术分类,根据分类标准的不同，载人航天科技可以分为许多类别，而其本身所涵盖的技术和子技术从数量上来说十分庞杂，因此选择合理的分类角度试论述这一标题的前提。但到目前为止社会上对于航空航天技术还没有一个统一的标准。,因此，根据小组成员的讨论，我们将切入角度选在了航空航天科技所带来的产品上，根据产品的根本差异对技术进行分类。因为我们认识一项技术也往往是从它带来的产品开始的。所以，我们将航“空航天技术”分成了“载人航天技术”、“运载火箭技术”和“人造卫星技术”三类，并在最后加上了“当今世界的前沿科技”这一部分来对航空航天技术的当今热点和发展趋势做一个展望。小组成员认为，这样的分类方式已经基本涵盖了航空航天科目前带来的所有产品，下面来看我们的介绍。,（一）载人飞行器技术,定义载人飞行器是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间飞行的器械飞行物。1、分类载人飞行器包括：飞机，航天飞船，航天飞机，热气球，飞艇，地效翼船。,2详细介绍（1）飞机：是由固定翼产生升力，由推进装置产生推力，在大气层中飞行的重于空气的航空器。美国的莱特兄弟在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。在1903年制造出了第一架飞机“飞行者”1号，并且获得试飞成功。,（2）航天飞船：是能单独进行航天活动，也能往返于地面和空间站之间运送人员或物资、设备的航天器。沿地心轨道飞行的航天飞船称为卫星式飞船，是一次性使用航天飞船；航天飞船分载人飞船和货运飞船两种。载人航天飞船和宇宙空间站是供航天员、科研人员生活和工作的航天器。一般由推进舱、返回舱和附加段组成。,（3）航天飞机：往返于地面和近地轨道之间的可重复使用的太空飞行器。它结合了飞机与航天器的性质，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，像飞机那样在大气层中滑翔着陆，是航天史上的一个重要里程碑。主要由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。,（4）热气球：是利用加热的空气或某些气体比如氢气或氦气的密度低于气球外的空气密度以产生浮力飞行。热气球主要通过自带的机载加热器来调整气囊中空气的温度，从而达到控制气球升降的目的。,（5）飞艇：是有推进装置，以流线型气囊提供浮力支持其重量，并且轻于空气的航空器。它与气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置。飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成,艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体借以产生浮力使飞艇升空，如氢气，现代飞艇一般都使用氦气，更为安全。另外飞艇上安装发动机提供部分的升力以及艇载设备的供电，所以节能性能较好，而且对环境的破坏也较小。,（6）地效翼船。利用地面效应原理而制成的船只。地效翼船可分为冲翼艇和气翼艇两种，其中冲翼艇由提供浮力的船体和一定展弦比的机翼组成。利用机翼贴近表面运动时表面对气流的影响而产生表面效应，使机翼升阻比增加，实现离开地面的航行。有速度快、巡航性好的特点，主要用于海洋平台、远洋渔业中的快速运送人员，具有两栖性。,（二）运载火箭技术,1、定义:运载火箭是由多级火箭组成的航天运输工具，用途是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。现代的运载火箭技术已经发展到了一个较为成熟完善的阶段。,2、工作原理火箭是靠火箭发动机向前推进的，火箭发动机点火以后，推进剂在发动机燃烧室里燃烧，产生大量高压气体；高压气体从发动机喷管高速喷出，对火箭产生反作用力，使火箭沿气体喷射的反方向前进。,3、发展历程现代意义上的运载火箭，则是从第二次世界大战后在导弹的基础上开始发展的。第一枚成功发射卫星的运载火箭是苏联用洲际导弹改装的卫星号运载火箭。到20世纪80年代，苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和欧洲空间局已研制成功20多种大、中、小运载能力的火箭。其中包括了美国的大力神系列运载火箭、俄罗斯东方号系列运载火箭以及我国的长征系列运载火箭。,1956年，我国开始现代运载火箭的研制工作，由我国独立研制的长征系列运载火箭是中国航天的主力运载工具。目前共有长征一号、长征二号、长征三号、长征四号类国产型号，构成了具有中国特色的“长征”运载火箭家族。其中的长征三号系列运载火箭，其地球同步转移轨道运载能力达到5.1吨，跃入了世界大型火箭行列，证明我国的运载火箭技术已进入世界前列。,4、分类运载火箭的类型也多种多样，按其所用的推进剂可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭；按级数则可以分为单级火箭、多级火箭。,5、组成结构火箭的组成部分有结构系统、动力装置系统和控制系统。这是运载火箭的主系统，主系统工作的可靠与否直接影响运载火箭飞行的成败。结构系统，主要是指箭体，可以把箭上所有系统、组件连接组合成一个整体。动力装置系统是推动运载火箭飞行并获得一定速度的装置。控制系统是用来控制运载火箭沿预定轨道正常可靠飞行的部分。此外还有遥测系统、外弹道测量系统、安全系统和瞄准系统等，这些系统共同保证了运载火箭的安全稳定运行。,6、发射方式,早期，运送有效载荷的火箭都是从地面发射场发射的。地面发射场受地理位置的制约，限制了有效载荷的发射范围，难以满足更高有效载荷的需求，于是出现了从空中发射和从海上平台发射火箭的方式。,从空中发射火箭是用飞机将火箭运送到高空后，再释放火箭，火箭在空中点火飞向预定轨道。采用这种发射方式，飞机可以在不同地点的机场起飞，从空中任何地点发射，它不受地理位置的限制。同样的火箭从空中发射比从地面发射，其运载能力几乎可以提高一倍。,从海上平台发射火箭，可以灵活选择发射地点，当选择在赤道附近海域发射时，能充分借助地球的自转速度，提高火箭的运载能力；周围没有居民点，火箭落区的选择范围较大，从而可使多级火箭的设计更加优化，进一步提高火箭的运载能力。,（三）人造卫星技术,1、定义卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体或人造天体。卫星按它所围绕的行星可分为地球卫星或其他星球的卫星。按来源分，地球卫星又可分为天然卫星和人造地球卫星。月球就是最明显的天然卫星的例子。,2、人造卫星随着现代科技的不断发展，人类研制出了各种人造卫星。自1957年前苏联将世界第一颗人造卫星送入环地轨道以来，人类已经向浩瀚的宇宙中发射了大量的飞行器。有的还被发射到环绕金星、火星和月亮的轨道上。据美国一个名为“关注科学家联盟”的组织近日公布的最新全世界卫星数据库显示，目前正在环绕地球飞行的共有795颗各类卫星，而其中一半以上属于美国，达413颗。,人造卫星的用途很广泛，可以用来对地面进行照相、侦察，调查资源，监测地球气候；用来进行天文观测；有的用来转播广播、电视、数据通讯、等通讯讯号；用来进行科研及空间无重力条件下的特殊生产。,3、作用,4、产业化发展随着航天技术的飞速发展和广泛应用，卫星应用产业作为全球性的战略性高技术产业的增长尤为迅速。卫星应用产业作为太空经济的重要组成部分，已成为许多从事航天活动的国家追逐的新的经济增长点。随着经济与社会发展，国家对应急减灾、农业作物估产、森林资源调查、水文信息采集、国土资源调查、数字城市建设等方面的需求等都对卫星应用产生巨大需求。日本地震灾区卫星图,（四）当今世界的前沿科技,1、科学家发现三种微粒可互换，有助揭晓宇宙本质据国外媒体报道，目前，研究人员进一步地理解到宇宙中占据统治地位的物质是正物质还是反物质。日本一支国际研究小组现发现宇宙中存在的三种最基础微粒能够彼此间“替换”，这项研究仅处于起步阶段，但如果该研究能证实其正确性将对理解认识宇宙产生突破性进展。,通过这项研究科学家认识到中微子和普通的宇宙物质与反中微子具有不同的特性，像这样的差异性有朝一日将有助于解释为什么正常物质构成宇宙，而不是反物质。相关实验研究已取得非常积极的进展。,2、科学家提出探测四维空间的方法美国杜克大学和卢特格斯大学的科学家们提出了一个数学框架，它可以指导天文学家们检验与广义相对论不同的五维引力理论。这套理论认为可见的宇宙是嵌入在更大宇宙中的一块膜，就像是飘浮在海面的水生植物。Keeton和Petters发展的框架预言了一些宇宙学效应，一旦这些现象被今后几年发射的卫星观察到，就能帮助科学家们验证膜宇宙理论。,3、美科学家测量宇宙膨胀速度获新进展宇宙膨胀的速度是通过一个叫做哈勃常数的数值来表达的，它是宇宙学中的最基本数值。,在30年前，权威天文学家们对于哈勃常数的数值问题尚未取得一致意见，导致天文学的很多其他参数都无法确定。但是