自然科学概要（第二版）（微课版）课件 16.2空间资源与技术

1海洋资源与技术CONTENTS第16章海洋技术空间技术空间资源与技术216.2课程标准

1.知识目标识记运载器、航天器、地面测控技术的概念。理解空间位置资源、空间环境资源、空间物质资源。理解空间技术的产生和发展、空间技术的理论基础。2.能力目标具备初步批判性思维能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。

一、空间资源

（一）空间位置资源通信卫星的出现和广泛应用，已带来了世界通信体制的根本性变革。只要在赤道上空约为3.6万千米的同步轨道上，等距离地分布三颗通信卫星，就可以实现全球通信和传播。美国于1963年发射第一颗同步通信卫星。此后，世界各国迅速建立起完整的国际通信系统。1984年4月8日，中国自行研制的第一颗地球同步通信卫星东方红2号由长征3号运载火箭从西昌卫星发射中心发射上天。第二节空间资源与技术同步通信卫星

气象卫星可以利用各种气象探测仪器，拍摄全球的云图，精确地测量全球各处的气温、降水量，监视台风、暴雨等灾害性天气的变化，从而可以提高气象预报的准确性，减少自然灾害给人们带来的损失。地球资源卫星上装有高分辨率的电视摄像机、多光谱扫描仪、微波辐射仪和其他遥感仪器，可用来勘测地球表面的森林、水力和海洋资源，调查地下矿藏和地下水源，观察农作物的长势和估计农作物的产量，监视农作物的病虫害和环境的污染情况，以及进行地理测量等。应用卫星的大家族中还有导航卫星、军事卫星、科学卫星、商业卫星等，它们各有其特殊的用途。导航卫星（二）空间环境资源宇宙空间有着地球上所不具备的失重、高真空、强辐射、超低温等条件，为空间环境资源。利用这些特殊条件的环境能开展一些在地球上很难做的科学实验。

（三）空间物质资源宇宙空间中的物质资源主要是太阳能资源、月球资源以及其他行星资源。月球含有十分庞大的矿物资源，比如月球上的钛金属推测高达100万亿吨；月球上有氦-3资源，它属于核聚变最理想的材料之一。月球表面空间站失重、高真空、强辐射、超低温等条件

二、空间技术（一）空间技术的产生和发展

人类探空活动的历史，大致经历了气球、火箭、人造卫星等几个阶段。

20世纪20年代，各种气球已用于科学考察。但由于大气密度的降低气球上升到50千米左右后只能望“空”兴叹。中国在元、明朝期间应用的火箭武器是现代火箭的始祖。人类探空活动

1903年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了题为《利用喷气仪器研究宇宙空间》的论文，提出了利用火箭探索宇宙空间的思想。1926年3月，美国物理学家戈达德独立地研究了火箭的推进原理，设计、制造并发射了世界上第一枚液体火箭。1942年10月，德国人冯·布劳恩制造并成功地发射了第一枚军用液体火箭V—2

（最大高度80km，射程320km）。

1942年，梅塞施米特研制的喷气式战斗机Me-262，试飞时速为960千米，成为世界上最早的实用型喷气式战斗机。液体火箭V—2

1957年10月4日，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。1961年4月12日，前苏联第一个发射了载人飞船，把宇航员加加林送入地球轨道，运行108分钟后安全返回地面，开辟了人类航天的新纪元，标志着人类空间技术进入了新的时代。1969年7月16日，美国成功地利用“土星-V”运载火箭发射阿波罗飞船，把宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球，并于7月25日返回地球。1973，美国又利用“土星-V”火箭将82吨重的“天空实验室1号”送入太空。2002年国际空间站建成，并运行，可供6人活动。

国际空间站宇航员加加林在地球轨道运行108分钟后安全返回地面

中国在2016年9月15号发射“天宫二号”空间实验室，随后2016年10月下旬发射神舟11号载人飞船和“天舟一号”货运飞船，并与“天宫二号”对接。

中国空间站在2022年建成。空间站轨道高度为400~450公里，设计寿命为10年，长期驻留3人，总重量可达180吨。2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接。航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱。2022.10.30，中国空间站神州14与神州15号飞船会合，6人会师。中国空间站名称发射时间回归时间搭载宇航员姓名神舟五号2003-10-1509:002003-10-1606:28杨利伟神舟六号2005-10-1209:002005-10-1704:32费俊龙、聂海胜神舟七号2008-09-2521:102008-09-2817:37翟志刚、刘伯明、景海鹏神舟八号2011-11-0105:582011-11-1719:32搭载模拟人神舟九号2012-06-1618:372012-06-2910:03景海鹏、刘旺、刘洋神舟十号2013-06-1117:382013-06-2608:07聂海胜、张晓光、王亚平神舟十一号2016-10-1707:302016-11-1813:33景海鹏、陈冬神舟十二号2021-06-1709:222021-09-1713:30聂海胜、刘伯明、汤洪波

2024.10.30神舟十九号成功发射，航天员由蔡旭哲、宋令东、王浩泽。

（二）理论基础

1.“三个宇宙速度”理论要使飞行器成为人造地球卫星，

利用物理学的公式算得最小速度V=7.9千米／秒。这就是“第一宇宙速度”。

要使飞行器成为飞往月球或太阳系的空间探测器，它的最小速度V=11.18千米／秒。这就是“第二宇宙速度”。第三宇宙速度是指飞行器越出太阳系的引力作用范围所需要的最小速度，其数值此16.7千米／秒。齐奥尔科夫斯基公式：在忽略重力和空气阻力的情况下，火箭的最大速度V、火箭的喷气速度C、火箭起飞时的质量M1、推进剂耗完以后火箭的质量M2的质量比，具有如下关系：V＝C㏑M1/M2

要提高火箭的速度，必须提高火箭发动机的喷气速度C和火箭的质量比M1／M2。

2.火箭推进原理中国长征火箭（三）空间技术的重要内容空间技术包括运载器、航天器和地面测控技术三个重要组成部分。

1.运载器运载器主要是运载火箭。

运载火箭有箭体结构、推进系统和控制系统等几个部分。目前世界上最大的运载火箭是美国的星舰火箭，它能够将100吨的物资运到近地轨道。中国最大的运载火箭是长征5号。近地轨道运载能力为25吨。

世界上的火箭发射场地（又称航天港）主要有13个：前苏联的拜科努尔发射场、普列谢茨克发射场、卡普斯汀耶发射场；美国的肯尼迪航天中心、范登堡空军基地；法国在海外的圭亚那航天中心；中国的酒泉卫星发射中心、太原卫星发射中心、西昌卫星发射中心、文昌卫星发射中心；日本的鹿儿岛航天中心、种子岛航天中心；意大利在国外的圣马科航天发射场。2.航天器航天器的种类很多，主要是人造卫星，还有宇宙飞船、空间探测器、空间站、航天飞机等。

是来往于地球和空间站之间的重要交通工具。

例如美国的阿波罗号飞船就来往于地球和太空实验室之间；前苏联的联盟号、进步号、宇宙号等飞船就来往于地球和礼炮号空间站之间；我国神舟号系列飞船来往于地球和天宫一号空间站。（1）宇宙飞船神舟号飞船来往于地球和天宫一号空间站

（2）空间探测器是脱离了地球的束缚，飞往月球及其他行星，或在星际间航行的航天器。

首次发射空间探测器是60年代初，它飞往金星。60年代和70年代中期，主要探测金星、火星和水星；对于遥远的大型行星木星、土星等的考察，是从70年代开始的。旅行者1号于1977年9月5日发射。它曾到访过木星及土星，它是离地球最远和飞行速度最快的人造飞行器。

（3）空间站空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。

空间站通常由对接舱、气闸舱、服务舱、专用设备舱和太阳电池阵等组成。1996年“和平”号空间站建成，这是人类空间技术发展的一个里程碑。空间站空间探测器

（4）航天飞机将通常的火箭、宇宙飞船和飞机的技术结合起来。具有运载、航天、返回三种功能，能多次重复使用的飞机。据报道，中国建造的“昊龙”货运航天飞机是以23马赫飞行的航天飞机。

（5）空天飞机是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，在30～100公里高空的飞行速度为12～25倍音速，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。2010年美国X-37B型空天飞机首航，实现在轨670天连续飞行2023年，我国神龙一号空天飞机成功反航，技术十分先进。空天飞机航天飞机3、地面测控技术地面测控系统在地