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人类走向宇航时代

喵尔摩丝 发表于 2019-3-19 00:33:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
  火箭的产生

  火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。广义的火箭一词包括导弹、航天器以及烟花焰火。火箭的发明架起了人类通向太空的桥梁,此后,卫星、航天飞机和宇宙空间站相继出现,人类活动的范围从地球扩展到了浩瀚的太空,人类由此步入了一个伟大的宇航时代。

  第一个试造火箭的人

  火箭是中国古代的重大发明之一。明代是中国古代火箭的全盛时期,最著名的有震天雷、神火飞鸦和火龙出水等。它们在原理上已经十分接近现代的两极火箭。

  明朝年间,一个名叫万虎的人在一把木椅周围绑了47只装有火药的圆筒,再把自己牢牢地捆在木椅上,随后他双手各举一只大风筝,并让人点燃了火药筒,他想借助火药燃烧时产生的后推力和风筝的升力来实现自己飞向太空的梦想。然而,一阵剧烈的爆炸过后,他和他的“火箭”都化为了尘埃。这也是世界上第一个试图征服太空并为此牺牲的人。

  空间运载火箭的鼻祖

  1883年,俄国科学家齐奥尔科夫斯基首先论证了人类借助喷气式工具进入宇宙空间的可行性,并于1909年将研究成果以论文形式公布于众。1919年,美国科学家戈达德也在一篇文章中探讨了借助火箭到达月球的可行性,并随即展开了实践。1926年冬,在马萨诸塞州冰雪覆盖的草原上,戈达德成功地发射了自己制作的液体燃料火箭。它高1.2米,直径15厘米,最高时速达到了100千米。这也是世界上第一枚液体燃料火箭,是现代空间运载火箭的鼻祖。

  火箭如何冲向太空

  大多数火箭都是依靠燃料启动、推动而飞入太空的。火箭的燃料中必须有氧化剂,这是一种含氧的化学物品,火箭升空时,燃料和冯·布劳恩氧化剂混合在一起并燃烧,产生的热气体被迫从火箭底部的喷管中喷出,产生强大的动力,推动火箭及其运载物升入空中。

  火箭顶部有一部分用来储备运载物。为了让火箭具有更好的协调性,科学家在大型火箭的下部设计了可抛弃的助推火箭,在火箭发射时给它额外的推动力。助推火箭也可以分节工作,每一节火箭都有自己的燃料和引擎,它们先后工作,在升入太空后,它们就被抛弃,最后一节火箭将运载物送达目的地。

  名噪一时的V-2火箭

  V-2火箭是纳粹德国在第二次世界大战中发明的一种中程导弹,也是世界上最早投入实战的弹道导弹。其目的在于从欧洲大陆直接打击英国本土目标,整个工程由物理学博士冯·布劳恩主持。

  V-2火箭是一种单级液体火箭,升限可达80千米,在此高度上V-2火箭向目标做无动力俯冲,其飞行速度超过了音速,所以很难防御。战后,它被用于载人飞行试验。

  它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,是航天发展史上重要的里程碑。

  中国的长征系列火箭

  1956年,中国开始了现代火箭的研制工作。1964年,中国在自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,着手研制多级火箭,向空间技术进军。经过了5年多的艰苦努力,1970年,长征1号运载火箭诞生,并首次发射东方红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,在国际市场占有重要一席。

  长征2号运载火箭是中国航天运载器的基础型号。1975年11月26日,长征2号火箭完成了中国第一颗返回式卫星的发射任务。现在,我国已研制出了更为先进的长征3号、长征4号系列运载火箭。

  未来的光子火箭

  未来火箭研究主要着眼于提高火箭的速度。宇宙中一切物质的运动速度,以光速最快。如果能让火箭发动机向后喷射光子,那就可使火箭以接近光速的速度飞行了。

  早在20世纪50年代,德国科学家桑格尔就提出了光子火箭的设想。目前,光子火箭仍然只是一种设想,但已经有好几个研究小组在研究光子火箭。预计2040至2050年光子火箭有可能投入实际应用。

  人造卫星的发明

  人造卫星就是“人工制造的卫星”,科学家用火箭把它发射到太空预定的轨道,使它环绕着地球其他行星运转,以便进行探测和科学研究。人造卫星在通信、导航、气象预报、地理勘测、军事侦察等领域都发挥着不可替代的重要作用。此外,人造卫星对运载火箭和航天器的研制工作也起到了积极的推动作用。

  卫星研发史上的瑰丽画卷

  20世纪初,航天先驱们从理论上预言了发射人造卫星的可能性。第二次世界大战后,为了维护和平和开发宇宙,各国的科学家建议研制人造卫星。

  1956年,苏联政府正式启动研制人造地球卫星的计划。1957年8月,P7洲际导弹首次试验成功,卫星的研制也在加紧进行。苏联研制的这颗卫星是一个铝合金材料的密封球体,直径0.6米,重83.6千克。

  1957年10月4日晚,第一颗人造地球卫星CII—1号在苏联拜科努尔发射场发射成功。它共运行了92天,绕地球飞行1400圈,行程约6000万千米,并于1958年1月4日坠入大气层烧毁。

  随后,美、英、法等国纷纷投入到人造卫星的研制和发射工作中来,各种新式卫星不断被送入太空。

  先进的卫星返回技术

  20世纪50年代末,美、苏掌握卫星发射技术以后,开始探索卫星返回技术。1960年8月,美国发现者号卫星返回舱从轨道上返回地面,这是人造卫星的首次成功回收。

  卫星的返回过程大概是这样的:卫星脱离轨道进行制动飞行,在大气层外自由下降,进入大气层后,就需要精确控制下降起始点的位置、此时卫星的速度和方向。在大气层中,卫星会因为与大气层高速摩擦而产生高温,需要避免它被烧毁。在卫星下降到距地面15千米以下高度时,用降落伞进行减速,使其在海上或陆地安全着陆。

  国际通信卫星

  国际通信卫星是指国际通信卫星组织经营的商用通信系列卫星。这个组织成立于1964年,截至1984年它已拥有109个成员国。

  1965年4月6日,美国成功地发射了世界上第一颗半实用、半试验的静止卫星——国际通信卫星1号,正式为北美和欧洲之间提供通信业务,它是通信卫星进入实用阶段的标志。之后的20年中,国际通信卫星组织发射了5代、6种不同性能的卫星共计35颗,除6颗卫星因运载火箭和远地点发动机故障而发射失败外,其余29颗均被送到了预定的静止轨道位置。

  这些卫星的作用主要有:为遍布世界各地的170多个国家或地区提供电话、电视和数据传输等电信业务;出租卫星通信转发器信道,为部分国家建立国内卫星通信线路;为世界各国船只提供部分海上移动通信服务。

  富有特色的海洋卫星

  通常人们所说的海洋卫星是指海洋监测卫星,它用于海洋环境参数的探测,如海面风、海流、波浪和水色参数等,这些皆为自然环境参数。利用卫星探测海洋环境正在成为主导手段,并与常规的海面和水下探测手段一起构成海面、水中和海底的多层次海洋监测网。利用海洋卫星可以经济、方便地对大面积海域实施实时、同步、连续的监测,它已被公认为海洋环境监测的重要手段。

  无孔不入的太空间谍——侦察卫星

  所谓侦察卫星,就是利用侦察设备,在180千米到36000千米高的地球轨道上实行侦察的卫星。它利用光电遥感器或无线电接收机做侦察设备来搜集地面、海洋或空中目标的情报。

  侦察卫星通过无线电的传输方式,将信息传送回地面,由胶卷、磁带等记录并储存于返回舱内。卫星侦察的优点是侦察面积大、范围广、速度快,可定期或连续监视一个地区而不受地理条件限制,获取其他手段难以获得的情报。

  卫星侦察的种类很多,包括照相侦察、电子监视、海洋监视、核爆炸探测和导弹预警等。

  未来卫星的发展方向——纳米卫星

  纳米卫星是以近年来发展起来的微型机电一体化系统和专用集成微型仪器为基础的一种全新概念的卫星,重量可降到0.1千克以下。

  借助高科技,常规卫星上的很多部件都有可能做得很小,并集成在半导体基片上,构成纳米卫星的基本组成部分或分系统。

  将这些微小的卫星基本组成部分或分系统在太空中的不同轨道上以一定方式排列组合,通过遥测遥控的方法使其互相连接,形成有内在紧密联系的星座,就可具有常规卫星的完整的功能。

  目前,纳米卫星仍停留在概念阶段,但是,它的一些设计思想和关键技术可能对现有的航天器技术起到补充和加强的作用。

  航天飞机——飞向太空的航班

  航天飞机是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,它是继火箭之后的又一种新型空间运载工具。航天飞机不仅有效载荷更大,而且飞行时非常灵活,能够随时变换多种不同的轨道,甚至可以在太空中向其他行星发射航天器。航天飞机可以重复使用,对于耗资巨大的航天事业来说具有非凡的意义。

  世界上第一架航天飞机

  航天飞机1969年4月,美国国家航空航天局提出建造一种可重复使用的航天运载工具——航天飞机。它由轨道器、货舱、发动机、助推器、外贮箱组成,外贮箱是航天飞机中唯一不可回收的部件。

  1972年,美国政府正式批准了航天飞机的研制计划。1977年,波音747飞机驮着创业号航天飞机轨道器进行了首次载人试验并取得圆满成功。

  1981年,世界上第一架实用化的航天飞机哥伦比亚号终于建造完成。这架集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身的新型多功能航天飞行器总长56米,翼展24米,起飞重量2040吨,最大有效载荷29.5吨,每次飞行最多可载8名宇航员,飞行时间7至30天,轨道器可重复使用100次。

  同年4月12目,哥伦比亚号首次试飞成功,并实现了近地轨道的空间飞行,成为人类航天技术发展史上的又一座里程碑。

  未来空间战场上的航天飞机

  航天飞机在军事上的运用前景是非常广阔的。它不仅可以发射、回收和维修卫星,还能截获和破坏敌方卫星,并加以改装,使其为己方服务。如果在航天飞机上携带大型的侦查和照相设备,还可以完成像观测和追踪导弹飞行、监视潜艇、发射导弹之类的特殊任务航天飞机还能在宇宙空间设置雷达等先进的电子设备,这不仅能对导弹、飞机进行跟踪,连海上的舰艇和地面上的坦克等活动目标也难逃它的监视。

  在未来空间战场上,如果将粒子束武器、激光武器用在航天飞机上,它将不仅能击毁敌方的卫星和飞船,还能有效阻截对方飞行中的导弹,甚至使其转向进攻敌人。

  宇宙飞船的建造

  宇宙飞船又称载人飞船,是一种运送航天员到达太空并安全返回地球的一次性航天器,它以多级火箭作为动力工具,不仅可以做往返于地面与空间站之间的“渡船”,还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。

  宇宙飞船被用于对地观测、航天员出舱作业、生物学研究等多种科学研究和各项航天技术试验,它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,通常供2到3名航天员乘坐,可以说是载人航天的大动脉。

  第一艘宇宙飞船

  20世纪50年代,苏联政府拨出大量资金作为宇宙飞船的研制经费,经过科学家们的努力,人类历史上的第一艘宇宙飞船——东方1号诞生了。

  1961年4月12日,东方1号宇宙飞船,载着苏联宇航员尤里·加加林在外层空间绕地球一圈,飞行了1小时48分钟。东方1号的成功航行意味着人类已经可以飞出地球,在宇宙空间中航行了。

  宇宙飞船的庐山真面目

  截至目前,人类研制出的宇宙飞船大概有三种结构,即一舱式、两舱式和三舱式。一舱式飞船只有航天员的座舱。两舱式飞船由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,改善了航天员的工作和生活环境。最复杂的就是三舱式飞船。它是在两舱式飞船基础上,或增加一个轨道舱,作为活动空间、空间站科学试验场所等,如苏联“联盟”系列飞船;或增加一个登月舱,用于在月面着陆和离开月面,如美国阿波罗号飞船。

  中国的神舟六号

  2005年10月12日,神舟六号载人飞船发射成功。它是中国神舟号飞船系列之一,是三舱结构,重量基本保持在8吨左右,用长征二号F型运载火箭进行发射。它是中国第二艘搭载航天员的飞船,也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。

  神舟六号有许多特点,它的座舱控制能力相当高,轨道舱功能也进行了改进,返回舱中航天员的座椅具备着陆缓冲功能,在反推火箭发生故障时依然能够保证航天员安全。

  空间站的设想

  空间站是能载人进行长期宇宙飞行的航天器,又称航天站或轨道站。它为人们在太空长期居住、开展航天活动、开发太空资源提供了场所。

  第一个空间站

  第一个空间站——礼炮1号是由苏联在20世纪60年代后期开始研制的,1971年4月19日发射成功。

  这是一座单体式的空间站,由轨道舱、服务舱和对接舱组成,呈不同规格的圆柱形,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,站上装有各种照相摄影设备和科学实验设备。礼炮1号空间站在太空运行6个月,完成使命后,于同年10月11日在太平洋上空坠毁。

  和平号空间站

  和平号空间站是苏联研制的第三代空间站,它是世界上第一个多舱、在太空存在时间最长(15年)、创造世界航天纪录最多、宇航员国籍最多的空间站,同时也是灾难最多的空间站。

  1986年2月,和平号空间站核心舱发射,其后边使用边扩展,直到1996年4月,最后一个舱段才完成组装。它总重116吨、总容积470立方米。作为一个基本舱,它可与载人飞船、货运飞船等组成一个大型轨道联合体。由于资金缺乏、维护欠佳,和平号事故不断。2001年3月,和平号空间站在人工控制下进入地球大气层自毁。

  国际空间站

  1983年,美国总统里根首先提出,在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。1993年,国际空间站完成设计并着手建造。

  该空间站由美国、俄罗斯等16个国家参与研制,设计寿命10至15年,总质量约423吨,长108米、宽88米,运行轨道高度为397千米,可载6人。其主要结构是居住舱、服务舱、功能货舱、多个实验舱、3个节点舱、能源系统、太阳能电池帆板和移动服务系统。空间站的组成部分现已陆续发射成功。





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