航天知识竞赛知识库 航天器

航天知识竞赛知识库航天器神舟飞船神舟号飞船是中国自行研制，具有完全自主知识产权，达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。神舟号飞船是采用三舱一段，即由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成，由13个分系统组成。神舟号飞船与国外第三代飞船相比，具有起点高、具备留轨利用能力等特点。神舟系列载人飞船由专门为其研制的长征二号F火箭发射升空，发射基地是酒泉卫星发射中心，回收地点在内蒙古中部的四子王旗航天着陆场。1992年，中国政府正式批准了载人航天工程，并命名为“921工程”。其核心就是研制神舟号载人飞船，这个项目由中国空间技术研究院为主研制。从现在的资料来看神舟飞船使用了国外很多已经成熟的技术，尤其是得益于俄罗斯的“联盟”号：神舟飞船的布局采用了与联盟号相同的轨道舱、返回舱和服务舱的三段式格局，从外形上看与1962年的联盟A极其相似；而且神舟飞船的设备舱散热套上的螺纹与早期的联盟7K-OK设计相同；此外神舟飞船中部的返回舱也采用了与联盟号一样的钟形，只是比联盟号的返回舱大13%而已。在大量借鉴联盟号设计的成功和经验下，1999年中国的第一艘载人飞船“神舟1”号研制出来，并于当年发射成功。迄今为止“神舟”系列飞船已成功反射并返回达11次，中国成为世界上第三个拥有独立将人类送入太空的能力的国家。行星和行星际探测器行星和行星际探测器是对太阳系内各行星进行探测的无人航天器。20世纪60年代初期美国和苏联发射了多种行星和行星际探测器，分别探测了金星、火星、水星、木星和土星以及行星际空间。自前苏联1957年10月4日发射世界上第一颗人造地球卫星以后，人类即开始对行星及行星际的探测，采用的探测手段除卫星和载人航天器外，仅就行星与行星际探测器而言，迄今已发射了120多个，获得了大量的探测信息，增加了人类对太阳系中各行星及行星际空间的认识，探测最多的是火星和金星，尤其是火星。比较著名的行星际探测器包括先驱者号探测器先驱者号探测器是美国行星与行星际探测器系列中的一个系列。从1958年10月到1978年8月共发射了13个，主要任务是探测地球与月球之间的空间;金、木、土星等行星及行星际空间;月球周围的环境;行星际空间的辐射、磁场以及太阳活动等。水手号探测器水手号探测器是美国行星与行星际空间探测器系列中的一个系列，主要任务是探测金星、火星及其周围的空间环境。从1962年7月至1973年11月共发射了10个水手号探测器，其中:3个飞向金星，2个成功;6个飞向火星，4个成功;另一个是对金星和水星进行双星观测，成为第一个双星探测器。海盗号探测器海盗号探测器属于美国的火星探测器系列，是水手号探测器的改进型，主要任务是探测火星上有无生命存在，并探测火星地貌，研究火星大气和地震活动。进而研究地球与太阳系的演变。旅行者号探测器旅行者号探测器是美国行星与行星际探测器的一个系列，主要任务是较详细地探测木星及其卫星、土星及其卫星和土星环。金星号探测器金星号探测器是前苏联的行星与行星际探测器系列中的一个，主要任务是探测金星及其周围的空间。火星号探测器火星号探测器是前苏联行星和行星际探测器系列中的一种系列，主要任务是探测火星及其周围的空间。探测器号探测器探测器号探测器也是前苏联空间探测器系列中的一个系列，是多用途的，包括探测月球、月一地空间、行星际空间、火星周围空间等，还进行了航天器返回技术等的试验。航天器之载人飞船载人飞船是一种能保障航天员在外层空间生活和工作，以执行航天任务并返回地面为目标的航天器，又称宇宙飞船。简单来说，货运飞船是运货的，载人飞船是运来运人的，类似于货车和客车的区别。载人飞船可以独立地进行航天活动，也可以用于往返地面和空间站之间的“渡船”，还可以与空间站或其他的航天器对接后进行联合飞行。载人飞船容积较小，受到所载消耗性物质数量的限制，不具备再补给的能力，而且目前不能重复使用。载人飞船一般由载人舱、轨道舱、返回舱和服务舱组成。1961年苏联发射了第一艘东方号飞船，东方1号搭载宇航员尤里·加加林进入太空，开启了载人航天时代的大幕，尤里·加加林成为了第一个进入太空的人类，而东方1号也成为人类历史上第一艘载人飞船，后来又发射了上升号和联盟号飞船。美国也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船，阿波罗号是登月载人飞船。阿波罗11号（Apollo11）是美国国家航空航天局的阿波罗计划中的第五次载人任务，是人类第一次登月任务，三位执行此任务的宇航员分别为指令长阿姆斯特朗（NeilArmstrong）、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯（MichaelCollins）与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林（BuzzAldrin）。1969年7月21日，阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。美国也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船，阿波罗号是登月载人飞船。阿波罗11号（Apollo11）是美国国家航空航天局的阿波罗计划中的第五次载人任务，是人类第一次登月任务，三位执行此任务的宇航员分别为指令长阿姆斯特朗（NeilArmstrong）、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯（MichaelCollins）与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林（BuzzAldrin）。1969年7月21日，阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。中国于2003年发射“神舟5号”载人飞船，把中国第一位航天员杨利伟送入了太空，实现了中华民族的千年飞天之梦。卫星导航系统-GLONASS全球导航卫星系统是GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM”的缩写。GLONASS作用类似于美国的GPS。该系统最早由苏联开发，后由俄罗斯继续研究，该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。其显著特点是抗干扰能力强。俄罗斯于1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。并于2007年开始正式运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。到2009年，其服务范围已经拓展到全球。GLONASS的研制开始于70年代中期，历经20多年的曲折历程，但始终没有中断过系统的研制和卫星的发射。终于1996年1月18日实现了空间满星座24颗工作卫星正常地播发导航信号，使系统达到了一个重要的里程碑。GLONASS工作测试开始于苏联1982年10月12日发射第一颗试验卫星，整个测试计划分两个阶段完成。第一阶段（1982-1990年）：1984-1985年，由4颗卫星组成的试验系统达到验证系统的基本性能指标。空间星座从1986年开始逐步扩展;到1990年系统第一阶段的测试计划已经完成，当时空间星座已有10颗卫星，布置在轨道面1（6颗）和轨道面3（4颗）上。该星座每天至少能提供15小时的二维定位覆盖，而三维覆盖至少可达8小时。第二阶段（1990年-1995年）完成对用户设备的测试；随后系统开始进入完全工作阶段。1996年，GLONASS星座完成24颗卫星的部署，导航系统开始进入完全工作阶段。目前GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成，所以GLONASS星座共由30颗卫星组成。27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度。龙飞船龙飞船（Dragon）又译“天龙号”飞船。“龙”飞船的名字来自于美国民谣歌曲《神龙帕夫》。龙飞船由太空民企——美国太空探索技术公司(SpaceX)牵头研发，是全球屈指可数的商用太空飞船之一，是世界上第一艘由私人公司研发的航天飞船。美国航天飞船在2011年退役，导致宇航局依靠俄罗斯的联盟号搭载宇航员来往于空间站。一旦私人太空飞行变得可行，美国宇航局希望借助龙飞船来搭载宇航员前往国际空间站，因此，太空探索技术公司(SpaceX)获得美国航天局26亿美元的合同以建造载人版“龙”飞船。第一代货运龙飞船于2010年12月8日试飞成功，2012年5月22日发射成功，2012年10月7日，发射升空，首次向国际空间站运送重达455公斤的货物，2013年3月3日，在成功排除推进器故障之后，美国SpaceX公司的“龙”飞船与国际空间站进行了对接。第二代载人龙飞船（CrewDragon或DragonV2）舱体高约6米，宽约3.7米，最多能同时容纳7位宇航员，有4个窗户，舱内的座椅是由最高等级的碳纤维和阿尔坎塔拉面料制成。自动化程度很高，但也可以由船上的宇航员控制，或者加州霍桑市的SpaceX任务控制中心的工作人员进行控制。在太空旅程中，船上的宇航员可以将舱内温度设置在65到80华氏度（约合18到27摄氏度）之间。载人龙飞船部署了先进的紧急逃生系统，并于2015年春季完成测试。在紧急情况下，该系统可迅速把宇航员送到安全区域。推进器由8个发动机组成，安装在飞船的侧面，推进器能产生约1.5万磅推力，可以将飞船升到离地面1500米的高度。2019年3月2日2时49分，载人“龙”飞船搭乘“猎鹰9”火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台升空，大约11分钟后，飞船与火箭顺利分离，继续飞向国际空间站，并于美国东部时间3日5时51分成功与运行在400公里轨道高度的国际空间站实现自主对接。阿波罗飞船阿波罗号系列载人登月飞船(以下简称阿波罗号飞船)是继水星号与双子星号系列飞船后，美国研制使用的第三代载人飞船，它们无论是结构还是功能，都比以前两代飞船要复杂，先进得多。自阿波罗7号开始，至阿波罗18号结束，美国一共发射了12艘载人登月飞船。阿波罗计划载人登月的技术途径是选用月球轨道交会方案，即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上，然后2名航天员乘登月舱在月面上降落，进行月面探险。另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球轨道飞行，并进行科学实验。返回时，在月面上的2名航天名航天员进入指挥舱后，抛弃登月舱的上升段，脱离月球轨道返回地球在再入大气层前，抛弃服务舱，仅指令舱在太平洋上溅落。这些飞船都是由指令舱服务舱和登月舱3部分组成，起飞阶段时在指令舱上方还携带有救生塔，整个飞船加上救生塔总高25米，直径10米质量约50吨。飞船每次载3名宇航员，由土星号系列大型液体运载火箭送入太空。登月飞行结束后，只有宇航员乘坐的指令舱返回地球，其它航天装备都留在茫茫的太空中，自生自灭，或焚毁，或成为太空垃圾。联盟号飞船联盟号飞船（俄语：Союз，英语：Soyuz）是前苏联设计的一款载人飞船，由第一特殊设计局（即科罗廖夫设计局，现隶属于科罗廖夫能源火箭航天集团）研制，采用一次性设计，可通过联盟号或质子号运载火箭发射，其主发射场是位于哈萨克斯坦共和国境内的拜科努尔航天发射场，亦有少部分在俄罗斯普列谢茨克航天发射场和法属圭亚那太空中心发射。该系列飞船自1960年代首飞，目前仍在使用。联盟号飞船是前苏联继东方号飞船与上升号飞船之后自行研制的第三款载人飞船，是目前世界上服役时间最长、发射频率最高，同时也是可靠性最好的载人飞船，其原设计目的是作为前苏联载人登月计划中的地月往返工具，然而，由于苏联后来取消了登月计划，联盟号的活动范围就此被限制于地球轨道。1991年苏联解体后，联盟号的制造与发射转由俄罗斯联邦航天局掌握，主要负责对和平号空间站与国际空间站的人员运输、物资补给。2011年隶属美国国家航空航天局的航天飞机全线退役后，联盟号飞船成为了宇航员往返国际空间站的唯一运输工具。联盟号飞船的改进型号众多，其衍生出的其它航天器包括：探测器号、联盟号T、联盟号TM、联盟号TMA、联盟号MS及进步号货运飞船等。天宫号空间站中国载人空间站整体名称及各舱段和货运飞船共5个名称，其中载人空间站命名为“天宫”，核心舱命名为“天和”，实验舱Ⅰ命名为“问天”，实验舱Ⅱ命名为“巡天”，货运飞船命名为“天舟”，其代号分别为TG、TH、WT、XT、TZ。天宫一号（Tiangong-1或HeavenlyPalace1）是中国首个目标飞行器和空间实验室，属载人航天器，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和上海航天技术研究院研制。天宫一号高10.4米、重8.5吨。于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心由长征2F/T1运载火箭发射。天宫一号的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段（即掌握空间交会对接技术及建立空间实验室）；同时也是中国空间站的起点，标志着中国已经拥有建立初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。2011年11月，天宫一号与神舟八号飞船成功对接，中国也由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家。2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器成功实现自动交会对接，中国3位航天员首次进入在轨飞行器。2013年6月13日，神舟十号飞船与天宫一号顺利完成了自动交会对接。神舟十号飞船返回后，天宫一号即完成主要使命。天宫一号设计在轨寿命两年，不过天宫一号实际在轨工作1630天，超期服役两年半时间，并于2016年3月16日全面完成使命，正式终止数据服务。天宫一号目前仍在其设计轨道飞行，并处于持续、密切的跟踪监视之中。根据预测，天宫一号的飞行轨道将逐步降低，并于2018年前后，在其寿命末期，主动离轨，陨落南太平洋。天宫二号，即天宫二号空间实验室，是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室，也是中国第一个真正意义上的空间实验室，将用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。天宫二号主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验，包括释放伴飞小卫星，完成货运飞船与天宫二号的对接。天宫二号空间实验室已于2016年9月15日22时04分09秒在酒泉卫星发射中心发射成功，将与神舟十一号飞船对接。2016年10月19日3时31分，神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。2016年10月23日早晨7点31分，天宫二号的伴随卫星从天宫二号上成功释放。国际空间站国际空间站以美国、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。国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱，对接过渡舱、桁架、太阳电池等部分组成，建成后总质量将达438000千克，长108米。国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。经过近十余年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成设计，开始实施。国际空间站-结构1）基础桁架。它用来安装各舱段、太阳能电池板、移动服务系统及站外暴露试验设施等。2）居住舱。它主要用于航天员的生活居住，其中包括走廊、厕所、淋浴、睡站和医疗设施，由美国承担研制和发射到太空。3）服务舱。它内含科学仪器设备等服务设施，也含一部分居住功能，由俄罗斯研制并发射。4）功能货舱。它内设有航天员生命保障设施和一部分居住功能（如厕所、卫生设施等），以及电源、燃料暂存地等，舱体外部设有多向对接口，由俄罗斯研制并发射。5）多个实验舱。其中美国1个、欧空局1个、日本1个、俄罗斯3个。美国、日本和欧空局的3个实验舱将提供总计为33个国际标准的有效载荷机柜；俄罗斯的实验舱中也有20个实验机柜。另外，日本的实验舱还连有站外暴露平台，用于对空间环境直接接触8实验。6）3个节点舱。它们由美国和欧空局研制，是连接各舱段的通道和航天员进行舱外活动的出口。此外，节点1号舱还可作为仓库，用于存储；节点2号舱内有电路调节机柜，用于转换电能，供国际合作者使用；节点3号舱为空间站的扩展留有余地。7）能源系统和太阳能电池帆板。它们由美国和俄罗斯两国提供。8）移动服务系统(具体是遥操纵机械臂）。它由加拿大研制。国际空间站-组装第一阶段，从1994年至1998年，美、俄两国完成航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的9次对接飞行。美国宇航员累计在“和平”号空间站上工作2年，取得了航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对地观测的经验，可降低国际空间站装配和运行中的技术风险。第二阶段，从1998年至2001年，国际空间站达到有3人在轨工作的能力。1998年11月20日，俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱（FGB）发射入轨，从而拉开了国际空间站在轨装配的序幕。同年12月4日，美国“奋进”号航天飞机将国际空间站的第二个部件“团结”号节点舱送入轨道，并于12月6日成功地与“曙光”号对接。2000年7月12日，国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨，同年11月2日，首批3名宇航员进驻空间站，国际空间站开始长期载人，11月30日，美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板；2001年2月7日，美国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道，4月23日，加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接，7月12日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此，美国和俄罗斯等国经过航天飞机、“质子”号火箭等运输工具15次的飞行，完成了国际空间站第二阶段的装配工作。第三阶段，从2001年至2006年，国际空间站完成装配，达到6～7人长期在轨工作的能力。此阶段先组装美国的桁架结构和俄罗斯的对接舱段，接着发射日本实验舱和欧空局的哥伦布轨道设施等。装配完成后的国际空间站长110米，宽88米，大致相当于两个足球场大小，总质量达400余吨，将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫，运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上，可供6～7名航天员在轨工作，之后国际空间站将开始一个为期10～15年的永久载人的运行期。国际空间站-功能组装成功后的国际空间站将作为科学研究和开发太空资源的手段，为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。在对地观测方面，国际空间站比遥感卫星要优越。首先它是有人参与到遥感任务之中，因而当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时，在站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数，以获得最佳观测效果；当遥感器等仪器设备发生故障时，又可随时维修到正常工作状态；它还可以通过航天飞机或飞船更换遥感仪器设备，使新技术及时得到应用而又节省经费。用它对地球大气质量进行监测，可长期预报气候变化。在陆地资源开发，海洋资源利用等方面，也都会从中受益。国际空间站在天文观测上要比其他航天器优越得多，是了解宇宙天体位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成及其演变规律的重要手段。因为有人参于观测，再加上空间站在太空的活动位置和多方向性，以及机动的观察测定方法，因而可充分发挥仪器设备的作用。通过国际空间站，天文学家不仅能获得宇宙射线，亚原子粒子等重要信息，了解宇宙奥秘，而且还能对影响地球环境的天文事件（如太阳耀斑、暗条爆发等）作出快速反应，及时保护地球，保护在太空飞行的航天器及其成员。国际空间站上的生命科学研究，可分为人体生命与重力生物学两方面：人体生命科学的研究成果可直接促进航天医学的发展，例如，通过多种参数来判断重力对航天员身体的影响，可提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究水平。重力生物学和材料科学的研究与应用有广阔的前景，而国际空间站的微重力条件要比和平号空间站和航天飞机优越得多，特别是在材料发展上可能起到一次革命性的进展。仅就太空微重力这一特殊因素来说，国际空间站就能给研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至在地球无法提供的优越条件，直接促进这些科学的进步。同时，国际空间站的建成和应用，也是向着建造太空工厂、太空发电站，进行太空旅游，建立永久性居住区（太空城堡），向太空其他星球移民等载人航天的远期目标接近了一步。和平号空间站和平号空间站前苏联建造的轨道空间站，是人类第一个第三代空间站，以及历史上的第9座空间站，也是迄今为止体积最大、应用技术最先进、设施最完善、太空飞行时间最长的空间站。和平号空间站全长32.9米，体积约400立方米，重量为137吨，运行轨道高度为350至450公里，约90分钟绕地球一周。苏联在1976年2月决定研发第三代空间站，取代礼炮系列DOS-17K空间站。核心舱为量子1号和量子2号舱，由质子K运载火箭送入轨道，两个主要舱室质量为10吨和19吨，是和平号主要部件。核心模块质量为20吨，为宇航员生活区，还有晶体号地球物理试验舱，质量19吨，光谱号舱19吨，对接舱6吨，自然号遥感模块舱19吨，19吨接近质子火箭运载能力的上限。和平号空间站是一个重要的里程碑，苏联科学家在空间站上进行了涉及各个学科的科学实验，设计寿命为5年，但运行了15年，也暗示苏联制造的产品耐用性也很强。苏联也通过和平号建立起对接技术、太空行走技术、航天医学、天体物理学等轨道科研体系，扩展了对宇宙的认识。和平号虽然运行了15年，但整个技术水平不断老化，可以认为2000年的和平号几乎无法对宇航员安全进行保障，电池板已经无法正常供电，内部固件也严重老化，坠毁是唯一的选择。莫斯科时间2001年3月23日9时0分12秒（北京时间14时0分12秒），俄罗斯地面控制中心宣布，“和平”号所有残片已成功、安全地坠入预定的南太平洋海域。至此，坠毁“和平”号的工作圆满地画上了句号。虽然“和平号”已成为历史，但其探索宇宙所取得的经验与教训不仅是俄罗斯的财富，也是全人类的财富。礼炮号空间站礼炮号空间站是苏联迄今为止历时最长的一项载人航天计划。自1971年4月19日至1982年4月11日，前苏联一共发射了7座礼炮号空间站。前5座只有一个对接口，即只能与一艘飞船对接飞行。因站上携带的食品，氧气，燃料等储备有限，在太空寿命都不很长。经过改进的礼炮6号和7号空间站为第二代，增加了一个对接口，除接待联盟号载入飞船外，还可与进步号货运飞船对接，用以补给宇航员生活所需的各种用品，上述三者组成航天复合体，是从事宇宙物理、地球大气现象、医学—生物学、地球资源调查等各种科学研究和工艺试验的航天实验室。天空实验室天空实验室，美国第一个环绕地球的航天站。用“土星5号”运载火箭发射。轨道高度约435公里，运行周期93分钟，倾角50度。由轨道工作舱、过渡舱、多用途对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船5部分组成，全长36米，最大直径6.7米，重约80吨。航天员由“阿波罗”飞船接送。自1973年5月到1974年2月先后接纳过3批航天员，每批3人，在站分别工作了28天、59天和84天，进行了270多项研究实验，拍摄了18万张太阳活动的照片、4万多张地面照片，还进行了长期失重人体生理学试验和失重下材料加工的试验。1979年7月11日进入大气层烧毁。麦哲伦号金星探测器1989年5月5日，“麦哲伦”号金星探测器，由美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号携上太空。它是是从航天飞机上发射的第一个担负这种任务的探测器。“麦哲伦”号探测器经过15个月的航程，行程约13亿公里，于1990年8月飞入金星引力圈内，最后点燃火箭发动机，进入一条周期约为3小时的绕金星轨道。“麦哲伦”号探测器的主要使命包括了解金星的地质情况，如表面构造，电特性等。研究火山和地壳构造以及形成金星表面特性的原因；了解金星的物理学特性，如密度分布和金星内部的力学特性等。“麦哲伦”号探测器上采用了先进的合成孔径雷达，以金星进行探测，并绘制金星图像。1990年8月10日，“麦哲伦”号探测器顺利到达金星。8月16日，探测器上的合成孔径雷达开始对金星表面进行探测，虽然只获得金星表面的一小部分资料，但图像非常清晰，可以清楚地辨认出断层、火山熔岩流、火山口、高山、峡谷和陨石坑。之后“麦哲伦”号探测器继续利用先进的成像雷达系统对金星全球进行了详细的拍摄，还对金星95%的地区进行了高分辨率的重力测量。整个拍摄和测量过程历时4年，取得了丰硕的科学成果。1994年10月12日，“麦哲伦”号探测器进入金星稠密大气层，以试验一种新颖的空气制动技术，并获取金星稠密大气的数据。探测器在进入金星大气后烧毁。这是第一次利用一个行星际探测器进行这种破坏性试验。尤里西斯号星际探测器尤利西斯探测器，是1990年由美国发射的太阳探测器，尤利西斯探测器发回的数据进一步加深了科学家对太阳各方面的认识，对探测太阳两级作出了重要贡献。1990年10月6日，美国发现号航天飞机将尤利西斯号太阳探测器送入太空，把对太阳的探测活动推向一个新的阶段。该探测器重385千克，靠钚核反应堆提供工作能量，共装有九台科学仪器，其任务是探测太阳两极及其巨大的磁场、宇宙射线、宇宙尘埃、γ射线、X射线、太阳风等。探测器1994年8月飞抵太阳南极区域并绕太阳运转，横跨太阳赤道后到达太阳北极。它绕太阳飞行的轨道呈圆形，离太阳最远时为8亿公里，最近时为1.93亿公里。尤利西斯号绕太阳飞行时，可以对太阳表面一览无余，能够全方位地观测太阳。通过研究“尤利西斯”号发回的数据，研究人员大大扩展了对由带电粒子组成的太阳风的认识。研究人员发现，太阳发出的太阳风有快、慢之分，不同纬度上太阳风的速度不同。最为显著的是，南半球高纬度上太阳风速度大约为每秒750公里，而南半球接近赤道部分太阳风的速度大约为每秒钟400公里。除此之外，“尤利西斯”还为研究人员提供了大量关于太阳磁场以及太阳表面活动情况的新信息。它对宇宙射线的探测也为人类提供了不少新知识与新课题。在飞经木星附近时，“尤利西斯”号还6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。它还意外地于2000年和2007年分别经过百武彗星和麦克诺特彗星的彗尾，催生不少惊人发现，例如百武彗星的离子彗尾长度超过5亿公里，是迄今发现的最长彗尾。“尤利西斯”号太阳探测器在服役17年后燃料冻结,但令人惊奇的是它竟在遭此劫难之后又顽强地支撑了一年，并传回不少有价值的科学数据，最后，尤里西斯的通信能力逐渐减弱，于2008年6月30号被正式关闭，结束“英雄”的使命。旅行者号空间探测器旅行者号探测器是1977年美国发射的两颗行星探测器。两颗探测器原来名称为“水手计划”的“水手11号”和“水手12号”。它们巧妙地利用巨行星的引力作用，使它们适时改变轨道，从而达到同时探测多颗行星及其卫星的目的。两探测器各重815千克，结构大体相同，带有宇宙射线传感器、等离子体传感器、磁强计、广角、窄角电视摄像仪、红外干涉仪等11种科学仪器，耗资3.5亿美元。1号发射前出现故障而延期，结果延至1977年9月5日发射，2号按预定计划在1977年8月20日发射。旅行者1号原先的主要目标，是探测木星与土星及其卫星与土星环。任务现已变为探测太阳风顶，以及对太阳风进行粒子测量。两艘旅行者号探测器，都是以三块放射性同位素温差发电机作为动力来源。这些发电机已经大大超出了起先的设计寿命，一般认为它们在大约2020年之前，它们仍然可提供足够的电力令太空船能够继续与地球联系。在顺利地借助了木星的引力后，太空船朝土星的方向进发。旅行者1号于1980年11月掠过土星，于11月12日最接近土星，距离土星最高云层124,000公里以内。太空船探测到土星环的复杂结构，并且对土卫六上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓密的大气层，喷气推进实验室的控制人员最终决定了让旅行者1号驶近一点土卫六进行研究，并随之终止了它继续探访其余两颗行星。结果造访天王星和海王星的任务只得交予旅行者2号。这次靠近土卫六的决定使太空船受到了额外的引力影响，最终使太空船离开了黄道，终止了它的探索行星任务。2012年8月25日，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船。截至2018年1月2日止，旅行者1号正处于离太阳211亿公里的距离。一旦进入星际空间，“旅行者1号”将需要4万年的时间才能抵达下一个恒星系。至于“旅行者1号”上的电池，科学家说，探测器上携带三枚核电池，能够保证它继续飞行至2025年。一旦电池耗尽，“旅行者1号”将继续向银河系中心前进，再也回不来了。“旅行者”2号探测器被誉为最有价值的探测器，因为它探访了众多行星及其卫星：它在1979年7月9日最接近木星，多发现了几个环绕木星的环，并拍摄了木卫一的照片，显示其火山活动。它在1981年8月25日最接近土星。之后，利用土星的引力，像“打弹弓”一样在1986年1月24日最接近天王星，并发现了10个之前未知的天然卫星。“旅行者”2号探测器在1989年8月25日最接近海王星。2018年12月10日，“旅行者2号”探测器已飞离太阳风层，成为第二个进入星际空间的探测器。两个“旅行者”号探测器都携带着镀金的铜唱片，以备太空船被外太空智慧生物捕获时与他们沟通。上面记录着鸟鸣、风声、人类的谈话声等。洞察号火星探测器“洞察”（Insight）是“INteriorexplorationusingSeismicInvestigations，GeodesyandHeatTransport”的缩写，意思是“借助地震，大地测量以及热流手段进行内部探测”。属于NASA“发现”（Discovery）项目。“洞察号”飞船和着陆器基本基于成功的“凤凰号”任务开展，并加装了来自MRO和GRAIL的最先进电子设备。发射时整个Insight飞船质量694公斤，其中包括着陆器（358公斤），隔热罩（189公斤），巡航级（79公斤），以及推进剂和压缩气体共计67公斤；其中各类载荷总质量大约50公斤。在火星表面着陆之后，由于支撑脚着陆火星后会有一定程度压缩，高度在83~108厘米之间，太阳能帆板展开后翼展6米，平台宽度1.56米，机械臂长度2.4米。2018年5月5日，“洞察号”从加州范登堡空军基地发射升空，这也是第一次从美国西海岸，而不是东海岸的卡纳维拉尔角发射行星际探测器。发射时还搭载了两颗立方体小卫星“MarCO”，分别命名为“瓦力”和“伊娃”。这两个小卫星非常小，每个均为36.6厘米，24.3厘米，11.8厘米，但却发挥了重大作用，在“洞察号”着陆时提供了实时的信号中继服务。第一幅传回的火星地表图像，就来自于这两颗小卫星的数据中继。事实上，这也是人类航天史上首次将立方体小卫星发射到火星，代表了未来的某种技术趋势。“洞察”号火星无人着陆探测器着陆火星之后将在火星表面安装一个火震仪，并使用钻头在火星上钻出迄今最深的孔洞进行火星内部的热状态考察。因此，“洞察号”携带的科学载荷主要有两种，分别对应于地震探测，以及地热流测量。这些都是了解火星内部状况的重要手段。“洞察”号的八项第一1）“洞察号”是第一个专用于研究火星深部地下的探测任务；2）“洞察号”是第一个将地震仪直接放置在火星地表的探测器；3）“洞察号”将第一次在另一颗行星上探测地震现象；4）“洞察号”是第一个使用自钻式钻头，深入火星地下的探测器，钻进深度比以往任何探测器深15倍以上，最深达到5米；5）“洞察号”是第一个从美国西海岸发射升空的行星际探测器（发射时美国西海岸正值黎明破晓时分）；6）“洞察号”是第一个使用机械臂将设备直接布放到其他行星地表的探测器；7）“洞察号”将首次在火星表面使用磁强计；8）搭载发射的MarCO小卫星是首次在深空任务中使用的立方体卫星；好奇号火星车好奇号火星探测器是美国国家宇航局研制的一台探测火星任务的火星车，于2011年11月发射，2012年8月成功登陆火星表面。它是美国第七个火星着陆探测器，第四台火星车，也是世界上第一辆采用核动力驱动的火星车，其使命是探寻火星上的生命元素。项目总投资26亿美元，是截至2012年最昂贵的火星探测项目。命名由儿童和青少年命名火星车是NASA的惯例。2008年11月18日，一项面向全美五岁至十八岁学生的为火星车命名的比赛开始。2009年3月23日至29日，普通公众有机会为九个进入决定的名字进行投票，为火星车的最终命名作为参考。2009年5月27日，NASA宣布六年级的华裔女生马天琪（ClaraMa）的“好奇”最终赢得了胜利。日偏食好奇号火星车拍到的日偏食2012年9月，好奇号火星车拍摄了大量火星日偏食的照片。地球上的日食由月球在太阳和地球之间穿过形成，火星上的日食则由火星的两颗卫星所致。照片中，太阳被火卫一遮住，好像被“咬”了一口。古河床2012年9月27日，美国宇航局的科学家称，他们在“好奇号”传回的火星照片上发现，在盖尔陨石坑（GaleCrater）北部边缘和夏普山（MountSharp）之间有许多已经聚合成砾岩的碎石，这些碎石应该是非常湍急的河水流过时带到这里的。根据这些碎石的大小和形状，科学家估算出这条古老火星河流的流速为大约0.9米/秒，深度大概相当于人的脚踝到臀部之间的高度。一些碎石已经被磨得十分圆滑，证明它们是经过了漫长的旅程到达这里的。不明碎片2012年10月7日，在首次收集火星土壤样本时，好奇号火星车发现地面上存在一个尺寸很小的不明物体，好似银片或者其他某种物品的碎片。10月8日，由于发现地面上的一个明亮物体——可能是从“好奇”号上脱落的碎片——项目组决定不使用机械臂。“好奇”号拍摄了这个物体的照片，以帮助项目组进行鉴别并评估可能对样本收集带来的影响。证明有水2013年9月，美国航天局“好奇”号火星车发现，火星表面土壤按重量算约2%是水分，这意味着每立方英尺（不到0.03立方米）的火星土壤能够获得约1升的水。美国伦斯勒理工学院和美国航天局等机构研究人员2013年9月26日在《科学》杂志上报告说，他们利用“好奇”号携带的样本分析仪，将其登陆火星后获得的第一铲细粒土壤加热到835摄氏度的高温，结果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物质，其中水的质量约占2%。论文第一作者、伦斯勒理工学院的劳里·莱欣说，“现在知道火星上应该有丰富的、可轻易获得的水”，这是“最令人激动的结果之一”。今后如果有人登上火星，只需在火星表面铲起土壤，然后稍稍加热，就可获得水。神秘亮光2014年4月，好奇”号探测器从火星上发回的最新照片中出现一抹神秘的亮光，引发外界热议。有人说，亮光看起来很像人造光，不排除这个红色星球上“存在智能生命的可能”。从照片上看，这是一个很诡异的白色“亮点”。由于在周围暗灰色的背景中显得很突兀，因此有猜测称，这很可能暗示火星上存在地下智能生命形式。不过，也有分析认为，更大的可能是照片成像过程中出现了小问题，以前有很多类似的“火星生命论”都被证实是错误的。曾有湖泊“好奇号”探测器在夏普山采集到的信息表明，火星曾在较长的时间里存在过比较温暖的气候，平均温度高于零摄氏度，这给湖泊等水循环系统的出现提供了环境。在这段时间内，盖尔陨石坑可能多次变成湖泊又多次蒸发干涸，湖泊中的沉淀物经历不断的风化，层层交替累积形成了夏普山。发现有机物好奇号上的一台设备探测到空气重甲烷含量的异常升高，科学家们认为甲烷的形成可能与细菌类生命体的活动有关——如果被证实，那么这将是我们首次探测到另一颗星球上的生命迹象。纳米布沙丘2016年1月4日，NASA公布火星探测器“好奇号”（Curiosity）传回的360度“纳米布沙丘”（NamibDune）照。这也是好奇号自2012年8月登陆火星以来，人类首度近距离目睹火星风采。海盗号火星探测器海盗号探测器是美国于1975年8月20日和9月9日发射的两个火星探测器，用于探索火星上有无生物。这两个探测器由轨道飞行器和登陆舱组成，长为5.08米，重3530千克，其中轨道飞行器重2330千克，登陆舱重1200千克，用三脚支撑，装有生物化学实验箱、测量挖掘设备、两台电视摄像机、机械手和电源。海盗1号和2号分别于7月20日和9月3日在火星表面软着陆成功。两艘“海盗号”的探测表明，火星是一个荒凉的世界。其表面也有环形山，但比月面上要少得多，还有大峡谷、山脉以及蜿蜒曲折、外貌酷似河床的结构物。由于火星表面大气极其稀薄，紧挨固体表面处的大气压相当于地球上海拔3万米高度处的大气压，一旦有液态水存在，就会立即蒸发光。所以现在这些“河床”中肯定没有液态水。火星表面的水，很可能与固态二氧化碳一样，被冻结在南北两极的极冠中。两艘“海盗号”着陆器都有一个重要任务，即进行生物探测实验。它们都装有一个可以挖取火星表面之下土壤的手臂，把挖得的土壤放到着陆器的特殊实验室中，用碳14作示踪原子，并用气相分析分光仪来寻找有机化合物的痕迹，结果未能找到有微生物存在的迹像。但是，火星表面大量酷似干涸河床的结构物似乎表明，火星在过去遥远的地质年代中，当时表面大气压比现今高得多，表面温度也比现今高，很可能有大量的液态水在这种“河床”中流动。现今观测到的河床结构物很可能正是那时火星上汹涌澎湃的江河。有人认为，那个时候火星上是一个有生命的世界。至于目前火星上是否还有生命存在，尽管在两艘“海盗号”之后，美国又多次发射探测器探测火星，但这个问题至今还没有确切的结论。海盗号计划结束于1983年5月21日人造卫星组成-推进分系统推进分系统是为姿态和轨道控制分系统提供所需动力的卫星分系统，包括单组元推进、双组元推进、双模式推进、冷气推进及电推进等。人造卫星结构-强度和刚度强度是材料在外力作用下抵抗破坏（变形和断裂）的能力称为强度，是衡量卫星本身结构承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形（当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性）的能力，是卫星弹性变形难易程度的表征。卫星的强度和刚度主要靠卫星的结构材料来保证。人造卫星的结构材料大多采用镁合金和铝合金，对于高强度的零部件则采用不锈钢和钛合金。为了提高刚度，同时减轻重量，也开始采用新型复合材料。卫星上的大面积太阳能帆板早期为铝合金加筋板或夹层板结构，后来改为采用石墨纤维复合材料作面板的铝蜂窝夹芯结构，更加先进的轻型太阳能帆板则采用石墨纤维复合材料作框架，在上面蒙上聚酰胺薄膜。面积更大的柔性太阳能帆板则全部由薄膜材料制成。大型抛物面天线过去多采用玻璃钢或铝合金制造，不过随着天线指向精度的提高，现已改用热膨胀系数极小的一些轻质复合材料，例如石墨和芳纶在一定温度范围内，其膨胀系数是负的，因此可以通过材料的铺层设计制造出膨胀系数接近于零的复合材料。航天器的概念航天器（spacecraft）又称为空间飞行器，是按照天体力学的规律在太空中运行，用于执行探索、开发以及利用太空和天体等特定任务的各类飞行器。大家平时熟悉的飞机属于航空器，这里首先跟大家介绍一下航天器和航空器的区别。航空器与航天器的飞行环境、飞行速度、工作时限均有所不同。飞行环境：所有航空器都是在地球稠密的大气层中飞行的，其工作高度有限，现代飞机的飞行高度最高约距离地面30多千米；航天器则是在绕地球轨道上或地球外层空间中运行的，当航天器冲出稠密大气层后，其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。飞行速度：航空器，例如军用飞机，最快速度也就是音速的三倍多。至于较为常见的客机，都是以亚音速飞行的；航天器为了不致坠落，都是以极高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上，航天器的运行速度是音速的22倍。工作时限：航空器中无论是军用飞机还是民用飞机，最大航程大约2万千米，最长飞行时间则不超过一昼夜；航天器在轨道上可持续工作非常长的时间，如航天飞机可以在轨道上飞行7-30天，约1.5小时就可围绕地球飞行一周。载人航天器运行时间最长的当属和平号空间站，它在太空一共飞行了将近20个年头。至于无人航天器，例如各种应用卫星，一般都在绕地轨道上工作很多年。有的深空探测器，如先驱者10号，自从1972年3月发射，已在太空飞行超过45年，现在正在飞出太阳系向银河系遨游。航天器分类航天器通常按照应用领域进行分类，根据是否载人又可分为无人航天器和载人航天器。无人航天器按是否环绕地球运行可分为人造地球卫星和空间探测器，它们按照用途和飞行方式还可以进一步分类。人造地球卫星，简称人造卫星，是数量最多的一类航天器，约占所有航天器总数的90％以上。按照用途可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星三种。科学卫星用于科学研究和探测，主要包括天文卫星和空间物理探测卫星等。应用卫星是直接为经济、军事等提供服务的人造卫星，它的种类最多，数量也最大。技术试验卫星则是进行新技术试验或者为应用卫星进行试验的卫星。无人航天器的另一种类就是空间探测器，用于对月球和月球以外的天体和空间进行探测，又称深空探测器，按探测目标不同可分为月球探测器、行星探测器和行星际探测器。目前，各种行星和行星际探测器主要用于探测水星、金星、火星、土星、木星和行星际空间等。与无人航天器相对应的是载人航天器，按照飞行和工作方式可分为载人飞船、航天飞机和空间站。载人飞船又称载人航天飞船，它借助于运载火箭发射进入太空，绕地球轨道运行或进行轨道机动飞行；飞船内有适合人类工作和生活的人造环境；完成任务后，飞船的一部分可以返回大气层，并用降落伞和缓冲装置实现软着陆。空间站是一种大型的、能够在轨道上长期运行的载人航天器，一般在轨道上运行数年或数十年，然后再入大气层中烧毁。空间站上宇航员的接送及物资补给，由飞船或航天飞机承担。航天飞机是一种有人驾驶并可重复使用的航天器，它既能像火箭一样垂直起飞，又像太空飞船一样在轨道上运行，还能像飞机一样水平着陆。它是航空器、火箭和航天器的综合产物。航天器之人造卫星人造地球卫星是指环绕地球飞行，并且运行圈数超过一圈的无人航天器，简称人造卫星。人造卫星是数量最多，用途最广，发展最快的航天器，主要作用是通信、导航、科学探测和研究、土地资源调查、土地利用、区域规划、天气预报等各个领域。人造卫星按运行轨道不同可分为低轨道卫星、中高轨道卫星、太阳同步卫星、极轨道卫星、地球同步卫星、地球静止卫星和大椭圆轨道卫星等；按用途分类，人造卫星又可分为通信卫星、导航卫星、气象卫星、测地卫星、侦察卫星、截击卫星等。人造卫星绕地球飞行的速度非常快，低轨道和中高轨道卫星一天就能绕地球飞行几圈甚至十几圈，而且不受领土、领空和地理条件的限制，视野广阔，能快速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发，也可以获取地球的大量遥感信息，一张地球资源卫星的照片所遥感的面积就可达几万平方千米。这些种类繁多、用途各异的人造卫星在各个方面都为人类做出了巨大的贡献。1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造卫星。这颗卫星的主要仪器设备是采用化学能电池供电的无线电发报机。之后，美国、法国、日本和中国也相继发射了人造卫星。航天器之空间探测器空间探测器，又名“深空探测器”或“宇宙探测器”，它是人类研制的用于对远方天体和空间进行探测的无人航天器，在现阶段，它是人类空间探测的主要工具。空间探测器装载科学探测仪器，由运载火箭送入太空，飞近月球或地球外的其他行星进行近距离观测。空间探测器按照探测对象的不同可以划分为月球探测器、行星和行星际探测器以及小天体探测器等。空间探测器的显著特点是，在空间进行长期飞行，地面不能进行实时遥控，所以必须具备自主导航能力；向太阳系外行星飞行，远离太阳，不能采用太阳能电池阵，而必须采用核能源系统；承受十分严酷的空间环境条件，需要采用特殊防护结构；在月球或行星表面着陆或行走，需要一些特殊形式的结构。1959年1月前苏联发射了第一个月球探测器——月球1号，此后美国发射了徘徊者号探测器、月球轨道环行器、勘测者号探测器。目前，行星和行星际探测器有美国的“水手”号、“旅行者”号、“先驱者”号以及苏联的“火星”号等。航天器之货运飞船货运飞船是一种专门运送货物到达太空一次性使用的航天器，主要任务是向空间站定期补给食品，货物，燃料和仪器设备等。它不仅是空间站补给物资的重要运输工具，同时也是空间站的地面后勤保障系统。货运飞船与空间站对接后，将根据空间站的需求分次进行推进剂补给，实现航天员生活用品、维持舱压气体的补给，存储空间实验设备和用品，收集废弃物，完成任务后坠人大气层烧毁。各国的货运飞船包括俄罗斯的进步号货运飞船、渡船号货运飞船，日本的空间站转运飞行器，欧洲的自动货运飞船（ATV），中国的天舟号货运飞船。航天器之空间站空间站是一种可在近地轨道长时间运行、并可供多名航天员巡访、工作和生活的载人航天器，又称太空站、航天站。空间站分为单模块空间站和多模块空间站两种。单模块空间站可由航天运载器一次发射入轨，多模块空间站则由航天运载器将各模块分批送入轨道，并在轨道上将各模块组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施，空间站不具备返回地球的能力。各国的空间站主要包括前苏联的礼炮系列空间站、美国的天空实验室号、前苏联的和平号空间站、美国、俄罗斯、日本、加拿大和欧洲等共同建造的国际空间站以及中国的天宫1号目标飞行器和天宫2号空间实验室。航天器之航天飞机航天飞机是一种有人驾驶、可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器。它既能像运载火箭那样将人造卫星送入太空，也能像载人飞船那样在地球轨道上运行，还能像滑翔机那样在大气层中滑翔着陆。航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，是航天史上的一个重要里程碑，最早由美国研发。它是往返于地面和近地轨道之间运送人和有效载荷的飞行器，兼具载人航天器和运载器功能，并按飞机方式着陆的航天系统。迄今只有美国与前苏联曾经制造能进入近地轨道的航天飞机，并曾实际成功发射并回收，而美国是唯一曾以航天飞机成功进行载人任务的国家。美国一共有5架航天飞机进行了上百次飞行，其中包括哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号。人造卫星用途人造卫星是环绕地球在空间轨道上运行（至少一圈）的无人航天器，同时是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。月球围绕着地球旋转，它是地球的卫星，而“人造卫星”就是我们人类“人工制造的卫星”。人类利用火箭把它发射到预定的轨道，使它围绕着地球或其他行星运转，进行探测或科学研究。发射成功一颗人造卫星，实际上就相当于人类在太空设立了一个实验室或通信情报站。地面上的人类通过遥控这颗人造卫星来完成宇宙观测、广播通信等工作。人造地球卫星按照用途可以分成三大类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星是用于科学探测与研究的卫星，主要包括天文卫星和空间物理探测卫星，可以用来研究高层大气、地球磁层、地球辐射带、太阳辐射、宇宙线等，也可以观察其他星体。技术试验卫星是用于进行新技术试验或为其他应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理、新材料、新仪器需要验证，必须在天上进行试验；一种新型卫星的性能如何，也只有把它发射到太空中实际测试，测试成功后才能应用；把人送上太空之前，也必须先进行动物试验……这些都是技术试验卫星的使命。应用卫星是直接为人类提供服务的卫星，种类最多，数量最大，包括：通信卫星、导航卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、侦察卫星、截击卫星等。人造卫星-通信卫星介绍通信卫星是世界上应用时间最早、应用范围最广的卫星之一，也是发射数量最多的一类卫星，美国、俄罗斯、中国、日本、法国等众多国家都发射了通信卫星。顾名思义，通信卫星就是用来进行信息传递的，是一个摆渡站。类似于手机通信中的地面基站，用来作为中继转发信号。只是这种信息通信利用卫星来作为中继，因此传递的信号更远、覆盖范围更大，目前多种电视信号、广播信号以及国际手机通信信号都可以通过通信卫星来实现。通信卫星作为无线电通信中继站，就像一个国际信使，它收集来自地面的各种“信件”，然后再把这些信件“投递”到另一个地方的用户手里。由于它位于36000千米的高空，所以它“投递”的覆盖范围特别大，一颗卫星就可以负责地球表面1/3范围内的通信。在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星，就可以实现全球通信（南北极除外）。当通信卫星接收到从一个地面站发过来的微弱无线电信号后，会自动对它进行放大处理，使其变成大功率信号，然后发送到另一个地面站，或传送到另一颗通信卫星上，再由这颗卫星将信号发送到地球另一侧的地面站上，如此，我们就收到了从很远的地方发出的无线电信号。下面我们来看一下通信卫星的分类，通信卫星按照轨道的不同可以分为低轨道通信卫星、中轨道通信卫星、大椭圆轨道通信卫星和地球静止轨道通信卫星，由于运行轨道不同，它们的通信覆盖范围也会随之不同；按照服务区域不同可以分为区域通信卫星、国内通信卫星和国际通信卫星；按照用途不同可以分为商业通信卫星、民用通信卫星和军用通信卫星；按照通信业务种类的不同可以分为电视广播卫星、固定通信卫星、移动通信卫星、跟踪和数据中继卫星和海事通信卫星等；按照用途多少的不同可以分为专用通信卫星和多用途通信卫星。通信卫星一般采用地球静止轨道。我们再来复习一下什么是地球静止轨道，地球静止轨道是指人造卫星位于地球赤道正上方的正圆形地球同步轨道，是地球同步轨道的一种，这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以3075米/秒的速度自西向东绕地球旋转，环绕地球一周的时间是23小时56分4秒，正好等于地球自转一周的时间。从地面上看，卫星就象挂在天上一样，一点也不动，这就使得地面接收站的工作方便了很多，因为接收站的天线可以固定对准卫星，不必像跟踪那些移动不定的卫星一样四处“晃动”，进而可以昼夜不间断地进行通信。目前，大部分洲际通信业务和电视传输都是由通信卫星承担的。人造卫星-导航卫星介绍导航卫星是指从卫星上连续发射无线电信号，为空间、空中、海洋和地面用户提供导航定位的人造卫星。相信现在每个人的手机里都会有一个导航软件，导航软件能实现定位导航靠的就是导航卫星。那么导航卫星是靠什么原理来进行定位导航的呢？卫星定位导航，是由地球或空间用户通过卫星发射无线电信号确定自己与卫星之间的距离，再通过距离变化率计算出自己在地球或空间的位置，进而确定自己航向的方法。这些位于天上的无线电导航台，就是导航卫星，也可以说是当今的“罗盘”。科技工作者对卫星导航技术的研究和应用，开启了人类利用人造卫星进行定位导航的新纪元。1958年初，美国科学家在跟踪第一颗人造卫星时，无意中发现收到的卫星无线电信号具有多普勒效应，也就是说当卫星飞近地面接收机时，收到的卫星无线电信号频率逐渐升高；当卫星远离地面接收机时，卫星无线电信号的频率就变低。这一发现对之后导航技术的研究起到了很大帮助。导航卫星按轨道不同可分为低轨道导航卫星、中高轨道导航卫星和地球同步轨道导航卫星；按导航方法不同可分为时差测距导航卫星和多普勒测速导航卫星；按是否接收用户信号可分为主动式导航卫星和被动式导航卫星。目前，世界上四大卫星导航系统是美国的GPS全球定位系统、前苏联/俄罗斯的GLONASS全球导航卫星系统、欧洲航天局的GALILEO卫星定位系统和中国的北斗（BDS）导航卫星定位系统。下面来简单介绍一下这四大卫星导航系统。GPS是目前应用最广泛的卫星定位导航系统，它是在美国海军导航卫星系统的基础上发展起来，具有全球性、全天候、全能性、连续性和实时性的定时、定位和导航功能，能为用户提供精密的时间、速度和三维坐标。GLONASS是继GPS后的第二个全球卫星导航系统，由前苏联国防部于20世纪70年代开始独立研制，1984年发射首颗卫星入轨。GLONASS系统由分布于3个轨道平面上的21颗工作星和3颗备份星组成，每个轨道面有8颗卫星，轨道高度19000千米，运行周期为11小时15分。和GPS相比，GLONASS系统的抗干扰能力更好，但是它的单点定位精确度不如GPS系统。伽利略卫星导航系统（GALILEO)是世界上第一个基于民用的全球导航卫星定位系统。该系统由欧盟和欧空局共同研制和建立，系统由30颗卫星组成，包括27颗工作星和3颗备份星。卫星轨道高度为23616千米，位于3个倾角为56°的轨道平面内。北斗卫星导航系统（BDS）是由中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。该系统计划由35颗卫星组成，包括5颗地球静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星以及3颗倾斜同步轨道卫星。人造卫星-遥感卫星介绍近年来，卫星地图已渐渐融入到大众的网络生活中。无论是运营商还是普通大众，都对实景卫星影像有了新的认识和使用习惯。国内知名的百度、腾讯、高德、搜狗、360等多家地图服务商都上线了卫星地图，通过图上的影像，用户可以清晰看到建筑物、街道、园林景观。相信大家的电脑、智能手机中都会有一款地图软件，而地图软件靠的就是遥感卫星。遥感卫星的主要作用是对地球和大气的各种特征和现象进行遥感观测。这种卫星是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，利用遥感器收集地球和大气目标辐射或反射的电磁波信息，并由传输设备发送回地面进行处理分析，进而判读地球环境、资源和景物等信息。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，卫星数据可监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况，遥感卫星主要包括气象卫星、地球资源卫星、海洋观测卫星和侦察卫星等。气象卫星是指从太空对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星。卫星所载各种气象遥感器，接收和测量地球及其大气层的可见光、红外光和微波辐射，并将其转换成电信号传送给地面站。地面站将卫星传来的电信号复原，绘制成各种云层、地表和海面图片，再经进一步处理和计算，得出各种气象资料。气象卫星观测范围广，观测次数多，观测时效快，观测数据质量高，不受自然条件和地域条件限制，它所提供的气象信息已广泛应用于日常气象业务、环境监测、防灾减灾、大气科学、海洋学和水文学的研究。我们平常最常见的天气预报，靠的就是气象卫星的功劳。气象卫星也是世界上应用最广的卫星之一。地球资源卫星是勘探和研究地球自然环境和资源的人造卫星，简称资源卫星。随着遥感技术的发展，现在的地球资源卫星具有全天时、全天候、高精度的特点。地球资源卫星能迅速、全面、经济地提供有关地球资源的情况，对土壤水分监测、农作物生长、土地利用、森林资源调查、海洋观测、地质勘探、油气资源勘查、全球环境监测和灾害监测等地球资源开发和国民经济发展具有重要作用。美国、前苏联/俄罗斯、欧洲航天局、法国、印度、加拿大和中国等相继发射了地球资源卫星。海洋观测卫星是用遥感器感测海面的电磁辐射，以监视、分析和研究海洋环境的人造地球卫星。海洋观测卫星经过多年的发展，已经完成了探索、试验阶段，并进入了实际业务应用阶段。世界上主要的航天大国都已经具备了完善的海洋立体观测体系，而海洋观测卫星具备的全天候、全天时、大面积、高时效的观测优势，使其成为海洋立体观测体系中最重要组成部分。海洋观测卫星对于研究大面积的海洋动态现象，开发海洋资源，发展海运事业和沿岸及近海工程建设，提高海洋水文气象预报的准确性，乃至检测海洋污染等都具有重要意义。侦察卫星是用于获取军事情报的军用卫星，又称间谍卫星。侦察卫星利用所载的雷达、光电遥感器或无线电接收机等侦察设备，从轨道上对地球表面的目标实施监视、侦察或跟踪，以获取其辐射、发射或反射的电磁波信息，并通过无线电传输方式发送到地面接收站，在地面站通过计算机进行加工处理，从中提取有价值的军事情报。人造卫星-科学实验卫星科学与技术试验卫星是人类最早研制的卫星类型之一，在人类叩开太空之门、探索认识广袤宇宙、解释验证重大理论、加速技术成熟与成果转化方面发挥重要作用。从应用角度上划分，科学与技术试验卫星主要分为技术试验卫星和科学卫星两类。技术试验卫星主要用于航天技术的飞行试验与验证；科学卫星主要用于人类对空间科学的探索研究。前段时间我国发射的“墨子号”卫星就是一颗典型的科学实验卫星。科学卫星空间科学是随着空间技术的发展而逐渐发展起来的一门新兴的综合交叉学科，主要利用航天器来研究发生在宇宙空间的物理、天文、化学和生命等自然现象及其规律，是当代科学的前沿阵地。以空间科学研究为主要目标的科学卫星，主要包括空间物理探测卫星、天文卫星和生物卫星等几种类型。半个多世纪以来，人类利用科学卫星获得了宇宙天体、空间物理等方面的丰硕科学探测和科学实验成果，促进了航天器技术的快速发展，也极大地激发了人类对未知领域的探索和创新精神。科学卫星的发展最早可以追溯到20世纪50年代末期。1957年，苏联发射了人造地球卫星-2，是世界第一颗把动物送入轨道的卫星。1961年，美国发射了世界第一颗天文卫星—探险者11，用于伽马射线探测。在20世纪60~70年代，美国相继发射了“轨道天文观测台”系列天文卫星和“高能天文观测台”系列天文卫星，成为空间天文发展的主要国家。欧洲在空间天文方面也取得显著成果。1968年欧洲发射了欧洲空间研究组织-2B卫星，用于宇宙射线和太阳X射线探测。20世纪90年代以来，美国、欧洲的空间天文活动更为活跃，日本、俄罗斯也发射了天文卫星。这一时期最为著名的是美国“大型空间天文台”系列的四大空间望远镜：1990年发射的“哈勃空间望远镜”、1991年发射的“康普顿伽马射线天文台”、1999年发射的“钱德拉X射线天文台”和2003年发射的“斯皮策空间望远镜”。特别是“哈勃空间望远镜”取得了极为丰硕的成果，截至2010年已拍摄恒星、行星、星云、类星体、褐矮星和超新星等90多万张宇宙图像，对2万多个天体进行了研究，成功测定了宇宙的年龄约为137亿年，证实了星系中央存在大质量黑洞。这些成果大大促进了人类天文学的进步，开阔了人类的视野，也激励了更多的年轻人投身于天文领域。技术试验卫星航天具有高技术、高风险的特点，这就要求航天发展中产生的新技术、新材料、新方案和新仪器在进行空间飞行试验验证后，才能投入实际应用。技术试验卫星就是专门承担此类任务的卫星类型。尽管技术试验卫星不直接服务于人类的生产和生活，但却在推动通信广播、导航定位等应用卫星技术发展，支持载人航天、空间探测技术突破等方面发挥着不可或缺的作用，不断开拓着航天器的应用领域。技术试验卫星的发展经历了两个高速发展阶段。1957年到20世纪70年代中期，全球空间技术处于探索阶段。这一时期，苏联、美国、法国、英国、德国等国家发射了数量众多的技术试验卫星，开展卫星技术验证、新应用领域的概念与技术验证以及空间环境探测。例如，美国的“应用技术卫星”系列，包括6颗卫星，开展了多个应用领域的技术验证，显著推动了美国通信、导航、对地观测等应用卫星技术的发展。这一时期，经过大量的技术飞行试验，主要航天国家掌握了航天基础技术，开拓了新的空间应用领域，满足了人类空间探索和空间资源利用的早期需求。从20世纪90年代中期开始，随着科学技术特别是信息、电子、新材料技术的飞速发展，出现了大量可提高航天器性能水平的新技术、新材料和新设备，世界各国又开始了新一轮的技术试验卫星研制热潮。美国制定了“新盛世计划”，通过一系列小型低成本航天器任务，降低未来空间科学任务采用新技术的风险。日本的“工程试验卫星”系列、欧洲的“星上自主项目”系列也开展了多项成功的飞行任务，推动了航天器小型化、激光通信、在轨服务等众多技术领域的发展。未来，随着人类航天发展速度加快和活动领域拓展，科学与技术试验卫星将在人类探索、认识宇宙，推动航天技术发展过程中发挥更为重要的作用。人造卫星组成-基本组成人造卫星无论从外形还是内部结构上讲，都是千差万别的，但是它们在系统组成上却是一致的，都包括两大部分，即公用系统和专用系统。公用系统是指所有卫星都必须配备的基本系统；而专用系统则是指不同用途的卫星，为了完成其特有的任务而配备的专有系统。公用系统一般包括以下几个系统：结构分系统、电源分系统、热控制分系统、无线电测控分系统、姿态和轨道控制分系统和数据管理分系统等。卫星的专用系统又常被称为卫星的有效载荷，也就是说，它是卫星专门用于完成特定任务的专有部分。不同用途的卫星携带有不同的有效载荷。例如，资源卫星的有效载荷就是各种遥感器，它包括多光谱相机、多光谱扫描仪、可见光照相机、红外相机、微波扫描仪、微波辐射计以及合成孔径雷达等；气象卫星的有效载荷包括红外分光计、扫描辐射计、大气温度探测器和垂直大气探测器等；通信卫星的有效载荷主要是通信转发器和通信天线；天文卫星的有效载荷就是各种类型的天文望远镜，包括可见光天文望远镜、红外天文望远镜和紫外天文望远镜等。返回分系统是返回式卫星特有的部分，其任务是将卫星准确推离运行轨道转入返回轨道，再入大气层并安全返回地面。人造卫星组成-结构分系统结构分系统用于支撑、传递和承受载荷以及固定卫星上各种仪器设备，并能保持卫星的完整性以及完成各种规定的动作功能，主要包括卫星本体的架构、板面（多半为蜂巢板）、各种形式的支撑体以及释放和展开体（太阳能电板、天线）等机构。人造卫星组成-热控制分系统热控制分系统用于控制卫星内外热量的交换过程，使其平衡星体内的温度并处于要求范围内，卫星的热控制分为被动热控制和主动热控制两类，例如电热调节器、散热板、电热片、导热管等。人造卫星组成-电源分系统电源分系统用于产生电能、储存电能和变换电能，长期运行的卫星一般采用蓄电池和太阳能电池联合供电系统，短期运行的卫星多采用蓄电池供电系统。人造卫星组成-姿态和轨道控制分系统姿态与轨道控制分系统是姿态控制分系统和轨道控制分系统的总称，用于控制卫星姿态和卫星轨道，例如地平线感测仪、星光感测仪、陀螺仪、制动轮等。人造卫星组成-测控分系统测控分系统包括遥控、遥测和跟踪测轨三个部分。遥控用于接收地面测控站发出的遥控指令，进行分析处理并加以执行，实现地面测控站对卫星的控制；遥测用于采集卫星上各类工作参数，实时或者延时传送给地面测控站，实现地面测控站对卫星工作的监视；跟踪测轨部分则用于协同地面测控站，测定卫星实际运行的轨道参数，以保证卫星的轨道正确。人造卫星组成-数据管理分系统数据管理分系统用于储存各种程序、数据以及协调管理卫星各分系统正常工作。人造卫星结构-基频基频是指研究对象的固有频率。卫星结构基频就是卫星结构本身最小的那个固有频率。卫星结构基频是一个非常重要的数据，该数据关系到卫星是不是易于遭受某种频率外载荷的共振破坏。当卫星所受激励的频率与该系统的基频相接近时，卫星振幅显著增大，对卫星会造成极大的破坏。因此，在卫星设计时，应尽量避免卫星所受的激励频率与其基频接近。人造卫星结构-质量特性卫星的质量是卫星十分重要的一个参数。卫星的重量一般都是不同的，是根据卫星的功能设计来确定重量。卫星的重量越大，发射到预定轨道所需的运载火箭的运载能力就越大，所需的运载技术和成本就越大。因此，在满足规定的功能的基础上，一般卫星的重量越小越好，减重是卫星设计中的一项重要任务。在进行卫星方案可行性论证和总体方案设计时，都要进行质量特性的设计和计算。根据航天任务的要求和采用的技术途径，确定卫星的总质量，然后将总质量进行分配，其中有一项就是有效载荷质量。在某种意义上说，一个卫星有效载荷的质量占卫星总质量的比例愈高，它的效益就愈高。目前，一般近地轨道卫星的有效载荷质量占卫星总质量的30%以上。提高有效载荷质量与卫星总质量的比，是卫星设计的主要努力方向之一。国际上通常规定重量在1000Kg以下的人造卫星统称为“微小型卫星”，进一步可细分为：“小卫星”(smallsat)重100～1000Kg；“微卫星”(microsat)重10～100Kg；“纳卫星”(nanosat)重1～10Kg；“皮卫星”(picosat)重0.1～1Kg；“飞卫星”(femtosat)重0.1Kg以下。人造卫星结构-机械接口卫星上的设备众多，设备之间需要进行多种能量或运动的传递，因此设备之间需要进行有效的连接。为了实现这种连接，卫星设备之间必须设计有效的机械接口以保证连接的可靠性和有效性。影响卫星内设备的机械接口设计的因素包括：星内设备的布局安装空间要求及散热面积要求，星外天线的安装位置、安装精度和视场要求，电磁兼容性要求．力学环境要求等。同时为了实现人造卫星的发射，还需考虑人造卫星与运载火箭之间的连接，即工程大系统接口。人造卫星电源-供电原理卫星电源分系统为人造卫星上所有仪器设备提供电源，它由发电装置、电能存储装置、电压变换装置、功率调节装置等部件组成。其基本功能是通过物理过程或化学过程，将太阳光能、核能或化学能转化为电能，并根据星内设备的需求对电能进行储存、变换和调节，然后向星内设备不间断供电。卫星的电源及其供电原理主要分为以下几种：1）化学电池：主要有锌银电池组和锂/亚硫酸氯电池，主要通过化学反应来输出电能。其中锂/亚硫酸氯电池能量很高，达到450wh/kg以上，但由于采用金属锂作为负极，高倍率放电时的安全性问题比较突出；锌银电池组能量在200wh/kg以上，注入电液后需在6至12个月内使用。这两种电源在轨道寿命少于30天的卫星（例如返回时卫星）上使用。2）核电源：核电源根据热源和热电转换器的不同，分为三种，分别是核反应堆热离子发电器、放射性同位素温差发电器和核反应堆温差发电器。3）燃料电池：通常采用氢氧燃料电池作为卫星的燃料电池，该电池以氧气为氧化剂，以氢气为燃料，以Pt作为催化剂，在约80℃的条件下产生化学反应，从而释放出电能。4）太阳能热动力系统：该系统采用热能转化为机械能再转化为电能的转化方式，是一种用热能储存系统代替化学能储存系统的方案。在光照期，卫星把一部分太阳热能储存在蓄热器的熔融盐中。当卫星进入地影时，储存的热能继续为涡轮发电机提供动力，从而生成电能。人造卫星电源-太阳能电池太阳能电池是一种光电半导体薄片，它可以利用太阳光直接发电。只要被满足一定照度条件的