空间科学技术精.ppt

《空间科学技术精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空间科学技术精.ppt（88页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、空间科学技术第1页，本讲稿共88页主要内容主要内容n第1节概述n第2节运载器技术n第3节航天器技术n第4节发射与测控技术n第5节我国航天科技的伟大成就n第6节空间技术的应用及展望第2页，本讲稿共88页万户万户第一个想利用火箭飞行的人第一个想利用火箭飞行的人 14世纪末期，明朝的士大夫万户万户把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝。设想利用火箭的推力，加上风筝的力量飞起。不幸火箭爆炸，万户也为此献出了生命。万户万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始

2、祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山万户山”。第3页，本讲稿共88页第第1节节 概述概述一、概念一、概念（一）空间：人类的第四环境（一）空间：人类的第四环境 n人类逐步扩展的活动范围：从陆地海洋大气层(稠密空间)外层空间n人类的第一环境：陆地n人类的第二环境：海洋n人类的第三环境：大气层n人类的第四环境：外层空间n外层空间简称空间，又称宇宙空间，即地球大气层以外的空间区域。通常把离地球表面100120km以上的区域称为外层空间第四环境可到达无穷远的宇宙深空。第4页，本讲稿共88页第第1节节 概述概述一、概念一、概念（二）航空、航天、航宇、宇宙航行（二）航空、航天、航宇、宇宙航行n

3、航空：人类在地球表面的大气层内的航行活动。n航天：在大气层以外、太阳系以内的范围里航行。n航宇：在太阳系以外的宇宙空间里航行。n宇宙航行：航天和航宇合称为宇宙航行。第5页，本讲稿共88页第第1节节 概述概述一、概念一、概念（三）空间技术：铺向通天路（三）空间技术：铺向通天路 n空间科学技术：由空间科学和空间技术两个部分组成。n空间技术：它是研究如何使空间飞行器（又称航天器）飞离大气层，进入宇宙空间，并在那里进行探测、研究、开发、利用等活动的一门高度综合性技术。空间技术空间技术 航天技术？航天技术？n空间技术：涵盖航天技术和航宇技术n由于在相当长的时间内，人类主要还是在太阳系内从事活动，因此，当

4、今把航天技术和空间技术视为同义词已得到公认。第6页，本讲稿共88页第第1节节 概述概述一、概念一、概念（三）空间技术：铺向通天路（三）空间技术：铺向通天路 n要实现航天活动，就要建立庞大的以航天器为核心的航天系统。它由特定的航天器（卫星、空间站、探测器），运载工具（火箭、航天飞机），航天发射场，地面测控网（地面站、船），地面应用站网及其他有关系统组成，它是一个大系统工程。n空间技术的主要内容：运载器、航天器、发射与测控技术第7页，本讲稿共88页空空间间-人人类类的的第第四四环环境境进入第四环境需要克服的难关：进入第四环境需要克服的难关：1克服地球甚至太阳系的万有引力。2克服真空。3适应剧烈变化

5、的温度环境。4防止有害辐射。第四环境中蕴藏着的空间资源，第四环境中蕴藏着的空间资源，仅就近地的外空领域来看，仅就近地的外空领域来看，可利用的可利用的空间资源就有空间资源就有：n 相对地面的高位置资源；n 微重力环境资源；n 高真空、高洁净环境资源；n 超低温资源；n 太阳能资源；n 月球及其行星资源等。第8页，本讲稿共88页空间技术空间技术n19571960年，初期试验阶段n19601964年，实际应用试验阶段n19641979年，载人飞行，在太空部署各种卫星网，对行星空间科学探测n1980年到现在，航天飞机阶段第9页，本讲稿共88页n 万有引力定律万有引力定律 n 第一宇宙速度（环绕速度）第

6、一宇宙速度（环绕速度）：7.91km/s，航天器可克服地球引力，而环绕地球作圆周运动，不落回地球表面。第第2节节 运载器技术运载器技术一、三个宇宙速度一、三个宇宙速度第10页，本讲稿共88页n 第二宇宙速度（脱离速度）：第二宇宙速度（脱离速度）：11.19 km/s，航天器脱离地球引力飞向太阳系的其他行星。第第2节节 运载器技术运载器技术一、三个宇宙速度一、三个宇宙速度n 第三宇宙速度（逃第三宇宙速度（逃逸速度）逸速度）：16.65千米/秒，航天器脱离太阳引力场飞出太阳系。第11页，本讲稿共88页二、运载器二、运载器n 运载器是将动能和势能传递给航天器，使其进入预定轨道的运载工具。n 分类：多

7、级运载火箭一次使用的多级火箭。空间运输系统部分重复使用的航天运输器（如航天飞机）。n 运载火箭的组成：动力系统；控制系统；结构系统。第12页，本讲稿共88页二、运载器二、运载器n多级火箭的结构形式第13页，本讲稿共88页二、运载器二、运载器n 有按不同飞行任务，运载火箭分三类：(1)探空火箭：携带仪器射向高空进行大气测量(2)弹道式导弹：携带各种弹头打击敌方目标(3)卫星(宇宙飞船)运载器：把卫星或飞船送上轨道中国第一代可重复使用航天运载器外形“东方号”系列火箭 第14页，本讲稿共88页三、运载火箭三、运载火箭 n 乔奥尔可夫斯基第一个提出：只有多级火箭可以达到很高的速度，实现宇宙航行。190

8、3年他提出火箭公式：n v为终速,vP喷气速度,M0为原始质量,M为所剩质量。n多级火箭接力办法：在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度。第15页，本讲稿共88页四、现代火箭技术的诞生四、现代火箭技术的诞生n19世纪末20世纪初，随着科学技术的进步，近代火箭技术和航天飞行发展起来，先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基，美国人戈达德和德国奥伯特。第16页，本讲稿共88页“火箭之父火箭之父”齐奥尔科夫斯基齐奥尔科夫斯基 俄国人齐奥尔科夫斯基(18571935)，是世界上公认的宇宙航行理论奠基人，在他的一生中，对宇宙航行的所有基本问题都从理论上进行

9、了研究，并得出了正确的结论。1883年，他就在外层空间一书中，发展了反作用推进理论，第一个从理论上证明，火箭能在空间真空环境工作。1903年，他发表了利用喷气工具研究宇宙空间的论文，推导出发射火箭运动必须遵循的“齐奥尔科夫斯基公式”。他还提出了多级火箭构造设想，指出了液体火箭是最合适的运载工具。第17页，本讲稿共88页“火箭实验创始者火箭实验创始者”-罗伯特罗伯特戈达德戈达德 1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究，三年后点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭，证明火箭在真空中能够工作。他从1920年开始研究液体火箭，1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火

10、箭。第18页，本讲稿共88页航天之路的先驱航天之路的先驱赫尔曼赫尔曼奥伯特奥伯特 德国火箭专家，现代航天学奠基人之一。1894年6月25日生于罗马尼亚赫尔曼施塔特。于1938年在维也纳工程军院从事火箭研究，后又在德累斯顿大学研制液体火箭的燃料泵，但他的主要兴趣在固体火箭方面。1940年加入德国籍，1941年到佩内明德研究中心参与V-2火箭的研制工作。他的贡献主要在理论方面，他的经典著作飞往星际空间的火箭于1923年出版。1929年经过修改和充实改名通向航天之路。第19页，本讲稿共88页五、现代火箭技术的发展五、现代火箭技术的发展n1942年10月发射成功V-2火箭（A4型），飞行高度85公里，

11、飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功，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。n1945年5月，第二次世界大战德国战败，前苏联俘虏部分德国火箭技术人员，缴获了几枚V-2火箭和有关技术资料。在此基础上，1947年前苏联仿制V-2火箭成功。1948年自行设计了P-1火箭，1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭，经过改装的P-7于1957年10月4日，发射成功世界上第一颗人造地球卫星，从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种航天器的需要，先后研制成功“东方”号、“联盟”号、“宇宙”号、“质子”号、“能源”号等多种型号的运载火箭，可将100多吨的有效载荷

12、送入近地轨道。第20页，本讲稿共88页五、现代火箭技术的发展五、现代火箭技术的发展n二战后，美国俘虏了以冯布劳恩为首的德国火箭专家，缴获了100余枚V-2火箭。美国陆军在布劳恩的帮助下于1945年发射了V-2火箭，1949年开始研究“红石”弹道导弹，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，美国为发射多种航天器的需要，先后研制成功“先锋”号、“丘诺”号、“侦察兵”号、“大力神”号和“土星”号等运载火箭。n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”号（CZ）系列运载火箭。1990年4月7日，中国CZ-3运载火箭发射成功美国

13、制造的“亚洲一号”卫星。长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列，至今已将27颗外国卫星发射上天。第21页，本讲稿共88页 导弹之父导弹之父-冯冯布劳恩布劳恩及及V-2V-2火箭火箭n生于1912年，德国贵族后裔。受德国科学家赫尔曼奥博特影响，专注于火箭制造。n第二次世界大战期间，主持V-2工程，1942年10月3日，V-2试验成功，年底定型投产，共制造了6000枚V-2，其中4300枚用于袭击英国和荷兰。nV-2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，成为航天发展史上一个重要的里程碑。第22页，本讲稿共88页 导弹之父导弹之父-冯冯布劳恩及布劳恩及V-

14、2V-2火箭火箭n第二次世界大战以后，冯布劳恩作为“头脑财富”来到美国。1956年，任美国陆军导弹局发展处处长。n他先后研制成“红石”、“丘比特”、“潘兴式”导弹。其中“丘比特”C型火箭，是美国第一颗人造卫星发射成功的关键保障。n1970年，布劳恩任美国国家航空和航天局主管计划的副局长，并兼任马歇尔航天中心主任。在两年任期内，布劳恩完成了航天飞机的初步设计，及今后10年的研究规划。1977年6月16日与世长辞。第23页，本讲稿共88页世界上第一个航天运载火箭系列世界上第一个航天运载火箭系列 n“东方号”系列火箭是世界上第一个航天运载火箭系列。n包括“卫星号”、“月球号”、“东方号”、“上升号”

15、、“闪电号”、“联盟号”、“进步号”等型号，后四种火箭又构成“联盟号”子系列火箭。第24页，本讲稿共88页“质子号质子号”系列运载火箭系列运载火箭 n“质子号”系列运载火箭是前苏联专为航天任务设计的大型运载器。在“能源号”重型火箭投入使用以前，该型号是前苏联运载能力最大的运载火箭。n“质子号”系列共有三种型号：二级型、三级型和四级型。第25页，本讲稿共88页“大力神大力神”系列运载火箭系列运载火箭n“大力神”系列运载火箭由洲际弹道导弹“大力神2”发展而来。n包括“大力神2”、“大力神3”、“大力神34”、“大力神4”、“商业大力神3”子系列火箭。第26页，本讲稿共88页中国中国“长征长征”系列

16、火箭系列火箭n中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964年6月29日，中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后，即着手研制多级火箭。n经过了五年的艰苦努力,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。n现在,“长征”系列火箭已经走向世界,享誉全球，在国际发射市场占有重要一席。第27页，本讲稿共88页第第3 3节节 航天器技术航天器技术n航航天天器器(亦称空空间间飞飞行行器器、太太空空飞飞行行器器)：在空间各种轨道上运行工作的人造天体的总称；飞向宇宙空间或在宇宙空间飞行的所有装置的统称。n航天器的分类航天器的分类1.按原理分

17、：按原理分：近地轨道宇宙飞行器环绕地球运动行星际宇宙飞行器飞离地球引力场在行星际空间运行第28页，本讲稿共88页我国1970年发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”2.2.按应用分：按应用分：无人航天器无人航天器载人航天器载人航天器卫星式，登月式人造卫星(绕地运行)空间探测器 载人飞船空间站航天飞机 科学卫星应用卫星技术试验卫星通信、气象侦查、导航地测等探月球探行星位于地球赤道上空35786公里处的地球静止轨道通信卫星我国1984年4月8日发射的第一颗静止轨道通信卫星“东方红二号”第29页，本讲稿共88页航航天天器器内内部部系系统统简简介介航天器的设计要求标准化和星体结构的积木化可根据不同任务

18、的需要，换装不同科研或应用方面的有效载荷。既有利于卫星的总装和测试，又便于利用航天飞机对卫星进行空中维修和更新。航天器航天器分成两个舱：分成两个舱：n标准化公用舱标准化公用舱（保障系统）n专用设备舱专用设备舱（专用系统）具有电源、推进、姿控、通信与数据处理等多种基本功能第30页，本讲稿共88页n航天器基本上是无动力的，依靠运载火箭，通常为第二级火箭提供的初速来运动。运载火箭在燃料耗尽后就自动分离，向地球下落；航天器或者进入绕地球轨道，或者在给以一定动量情况下，继续飞向太空目的地。航天器现阶段采用的三种电源航天器现阶段采用的三种电源(带动所携带的各种设备)太阳能电池太阳能电池(多用于不载人的航天

19、器)化学能电池化学能电池(载人航天器上通常用燃料电池,有时则为燃料电池与太阳电池的组合)核能电池核能电池(美国的深空探测器“先驱者”号和“旅行者”号用了小型的核反应堆提供电源)第31页，本讲稿共88页1957年第一颗人造卫星（1 1）人造卫星）人造卫星 1970年第一个观测X射线的小型天文卫星美国的“自由号”进入巡天轨道法国监视雷达发现数十颗身份不明人造卫星 各种宇航器简介各种宇航器简介第32页，本讲稿共88页（1 1）人造卫星）人造卫星 n人造卫星的概念始于1870年。人造地球卫星是在环绕地球的空间轨道上运行的无人飞行器。n其运动服从开普勒行星运动定律，其轨道一般是以地心为焦点的椭圆，特殊情

20、况下是以地心为中心的圆。n它离地面的高度根据用途而定，从几百公里到几万公里不等，一般不低于200公里。按离地球的距离分为：低轨道（500千米以下）；中轨道（600-2000千米）；高轨道（2000千米以上）。n人造卫星是发射数量最多的一种航天器，占全部航天器的90左右，在科学、军事和国民经济各个方面都获得了极其广泛的应用。第33页，本讲稿共88页（1 1）人造卫星）人造卫星 n按用途分类按用途分类科学卫星技术试验卫星：新技术试验或为应用卫星进行试验应用卫星空间物理探测卫星天文卫星科学实验卫星无线电中继类，如通信、海事、广播卫星。对地观测平台类，如气象、资源探测、侦察卫星。导航定位基准类，如导航

21、卫星，测地卫星。第34页，本讲稿共88页第一颗人造卫星第一颗人造卫星 n前苏联于1957年10月4日发射的“伴侣一号”人造地球卫星，是世界上第一颗在地球轨道运行的人造卫星，开辟了人类的空间时代。n这颗卫星在天空中运行了92天，绕地球约1400圈，行程6000万公里，于1958年1月4日陨落。为了纪念人类进入宇宙空间的伟大时刻，苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑，碑顶安置着这个人造天体的复制品。第35页，本讲稿共88页各国第一颗卫星比较各国第一颗卫星比较第36页，本讲稿共88页我国第一颗人造卫星我国第一颗人造卫星“东方红东方红”1 1号号 n中国是第五个能独立发射卫星的国家。1970年4月24

22、日，我国用自制“长征1”运载火箭，在酒泉卫星发射中心，成功地发射了第一颗人造地球卫星“东方红”1号，它标志着我国在征服太空的道路上迈出了巨大的一步，并跻身于世界航天先进国家之林。n卫星用20.009MHz的频率向全世界播送东方红乐曲。第37页，本讲稿共88页（2 2）探测器）探测器n研制和发射行星际探测器的主要目的：对月球及太阳系内各行星进行系统考察与研究n行星际探测器主要采用三种飞行方法：从目的星附近飞过，近距离观测；绕目的星运转，成为目的星的卫星，长期反复观测；穿过目的星周围大气层，在目的星上着陆（分硬着陆和软着陆），实地考察或将样品送回地球研究。第38页，本讲稿共88页太阳，八大行星，小

23、行星，卫星，彗星等天体系统。太阳系由哪些天体系统构成太阳系由哪些天体系统构成第39页，本讲稿共88页美国美国1962-19741962-1974年间发射的探测金星的年间发射的探测金星的“水手水手”号系列号系列1号2号5号10号第40页，本讲稿共88页2007.9.14日本发射的“月亮女神”(SELENE)号月球探测器环绕月球飞行的“月球勘探者”探测器 欧洲宇航局2004年11月16日发射的“智能号(SMART-1)”号探测器第41页，本讲稿共88页20072007年发射的嫦娥一号系列图年发射的嫦娥一号系列图第42页，本讲稿共88页2006.9.2910.6美国宇航局的火星探测器火星侦察轨道器M

24、RO欧洲航天局2006年13日宣布，“火星快车”探测器(MARSIS)最新发现，在火星北半球低地和平原下，埋藏着很多直径在130公里至470公里之间的巨大撞击坑。第43页，本讲稿共88页 美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局联合研制的卡西尼惠更斯号于北京时间2004年7月1日12时12分顺利进入环绕土星转动的轨道，开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察。也是进入土星轨道的第一艘人造飞船。第44页，本讲稿共88页载人航天载人航天n人类驾驶和乘坐航天器从事探测、试验、研究和生产的往返飞行活动。n载人航天器的分类天地往返运输机载人飞船，航天飞机。空间站第45页，本讲稿共88页载人航

25、天器需要配备维持生命的系统和返回设备,需要精确的对接技术。载人研究经过三个阶段：载人研究经过三个阶段：第一，第一，把人送入地球轨道并安全返回；第二，第二，发展载人空间基本技术，如轨道机动飞行、交汇、对接以及考察宇航员出舱活动能力等；第三，第三，发展小型实验性空间站，进一步考察人在长期空间条件下的生活和工作能力。载人航天载人航天第46页，本讲稿共88页（3 3）载人宇宙飞船）载人宇宙飞船n载人宇宙飞船是一种天地往返运输器，也是载人航天器中最小的一种。每艘飞船只能使用一次，在太空一般可单独飞行数天到十余天，它也能作为往返于地面与太空站、地面与月球及地面与行星之间的渡船，还可与空间站或其他航天器对接

26、后联合飞行。n1961年4月12日，苏联航天员加加林乘坐“东方号”载人宇宙飞船升空，成为世界航天第一人，开创了载人肮天的新纪元。此举不仅使加加林名扬四海，宇宙飞船也因此蜚声全球。从那时起至今，人类已发射了大量多种宇宙飞船。第47页，本讲稿共88页太空旅行的第一人：加加林太空旅行的第一人：加加林n“东方”号宇宙飞船于1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分发射，在最大高度为301公里的轨道上绕地球一周，历时1小时48分钟，于上午10时55分降落在原苏联境内。这次飞行之后，加加林的名字在全球家喻户晓。加加林也因此荣获列宁勋章并被授予“苏联英雄”和“苏联宇航员”称号。n1968年3月27日，在一

27、次例行训练飞行中，因一架双座喷气式飞机坠毁而罹难。第48页，本讲稿共88页太空行走第一人：列昂诺夫太空行走第一人：列昂诺夫n1965年3月18日，苏联宇航员列昂诺夫乘“上升2”号飞船进入太空飞行，在舱外活动24分钟，系安全带离开飞船达5米，完成了人类太空史上的壮举太空行走，成为世界上第一位在太空行走的人。n为表彰列昂诺夫在开发宇宙空间方面建立的功勋，苏联科学院授予他齐奥尔科夫斯基金质奖章1枚，国际航空联合会授予他“宇宙”金质奖章2枚。月球背面一环形山以其名字命名。第49页，本讲稿共88页阿波罗载人登月工程阿波罗载人登月工程n阿波罗载人登月工程是NASA（美国国家航空航天局）在二十世纪六七十年代

28、组织实施的载人登月工程，或称“阿波罗计划”。n阿波罗计划采用月球轨道交会法，用强大的“土星5号”运载火箭把50吨重的航天器送入月球轨道。航天器本身装有较小的火箭发动机，当它接近月球时，能使航天器减速进入绕月轨道。而且，航天器的一部分装有火箭发动机的登月舱能脱离航天器，载着宇航员登上月球，并返回绕月轨道与阿波罗航天器结合。n工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年，耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学 和80多 个 科 研 机 构，总 人 数 超 过30万人。第50页，本讲稿共88页第一位踏上月球的宇航员：第一位踏上月球的宇

29、航员：阿姆斯特朗阿姆斯特朗 n1969年7月16日，阿姆斯特朗同小奥尔德林、科林斯一起乘“阿波罗11号”飞船飞向月球。n4天后于美国东部夏令时下午4时18分，由他手控操纵“鹰”号登月舱在宁静的海西南缘附近的平坦地带着陆。n7月20日美国东部夏令时下午10时56分，阿姆斯特朗从“鹰”号登月舱走下来，踏上积满尘土的月球表面，并说“对一个人来说，这只是一小步，但对全人类来说，这却是巨大的一步”。第51页，本讲稿共88页登月照片第52页，本讲稿共88页（4）航天飞机）航天飞机n航天飞机是可以重复使用的、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。n它在轨道上运行时，可在机载有效载荷和乘员的配合

30、下完成多种任务。航天飞机通常设计成火箭推进的飞机，返回地面时能像滑翔飞机或飞机那样下滑和着陆。n航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，它的出现是航天技术发展的一次飞跃，是航天史上的一个重要里程碑，代表了载人航天器的发展方向。到目前为止，世界上真正投入使用的航天飞机只有美国航天飞机一种。第53页，本讲稿共88页美国航天飞机发展史美国航天飞机发展史n第一架航天飞机：哥伦比亚号n第二架航天飞机：挑战者号n第三架航天飞机：发现号n第四架航天飞机：亚特兰蒂斯号n第五架航天飞机：奋进号哥伦比亚号哥伦比亚号19861986年年1 1月月1818日挑战者爆炸日挑战者爆炸 发现号发现号亚特兰蒂斯号亚特兰蒂

31、斯号第54页，本讲稿共88页人类太空探索事故回放人类太空探索事故回放n1960年10月24日，前苏联拜科努尔航天中心火箭发射爆炸事故造成地面100多人死亡；n1967年1月27日，美国3名宇航员在“阿波罗1”号模拟发射过程中因起火而丧生；n1967年4月23日，苏联宇航员弗拉基米尔科马罗夫驾驶的宇宙飞船在降落时坠毁；n1971年6月29日，3名苏联宇航员在结束24天太空旅行返回地面时因缺氧窒息而死；n1980年3月18日，苏联普列谢茨克航天发射场火箭发射爆炸导致地面50名技术人员丧生；n1986年1月28日，美国“挑战者”号在空中爆炸，7名宇航员全部遇难。n2003年2月1日，美国“哥伦比亚”

32、号航天飞机失事，7名宇航员罹难。第55页，本讲稿共88页（5）空间站）空间站n空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航天器。n空间站的主要任务：空间站的主要任务：研究人对空间环境的适应能力 控测天体、观察地球、试制新材料和进行生物学试验等n空间站的主体结构：n生活舱n工作舱(仪器设备舱)：宇航员进行各种研究的场所n服务舱：承装动力和能源系统n对接舱：空间站的停靠码头，宇宙飞船和航天飞机等空间飞行器通过对接舱与空间站实现停靠，以便进行人员轮换，物资供应和废物处理等。n到目前为止，全世界已发射了9个空间站。前苏联礼炮号空间站，美国天空实验室，前苏联和平号空间站等

33、。第56页，本讲稿共88页第一座空间站第一座空间站礼炮礼炮1 1号号 n前苏联1971年4月19日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。n礼炮1号空间站由轨道舱，服务舱和对接舱组成，呈不规则的圆柱形，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，站上装有各种试验设备，照像摄影设备和科学实验设备。第57页，本讲稿共88页国际空间站国际空间站 n1993年11月1日，美国航空航天局与俄罗斯宇航局签署协议，决定在和平号轨道站的基础上建造一座国际空间站，命名为阿尔法。n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

34、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。第58页，本讲稿共88页多艘神舟号飞船对接组成的小型空间站想象图 前苏联的“和平”号空间站 美国的“天空实验室”空间站 第59页，本讲稿共88页国际空间站建成后的外观 国际空间站近影 第60页，本讲稿共88页第第4 4节节 发射与测控技术发射与测控技术n 航天基地的任务：发射航天器、控制飞行过程、回收返回的航天器。n 航天基地由航天发射场和航天测控网组成。n 航天发射场为发射航天器的特定区域。n 航天测控网是航天测控系统的地面部分，是地

35、面对航天器进行跟踪、遥控和保持通信联系。高精系统支持探月 嫦娥一号与地面的联系 第61页，本讲稿共88页第第5节节 我国航天科技的伟大成就我国航天科技的伟大成就（一）运载火箭（一）运载火箭我国长征系列运载火箭四个体系：n长征1号和长征2号是二级或二级半液体火箭，用于发射近轨道的航天器（人造地球卫星或飞船）。n长征3号是三级或三级半液体火箭，它们是用于发射地球同步轨道的人造地球卫星（嫦娥工程用长征-3甲火箭）。n长征4号是多用途的三级液体火箭，当前主要用于发射风云号气象卫星。第62页，本讲稿共88页（二）人造地球卫星（二）人造地球卫星n第一颗人造地球卫星：1970年4月24日，中国第一颗人造地球

36、卫星从酒泉卫星发射中心升空，在太空昼夜不停地向全球播放“东方红”乐曲和遥测信号，向全世界宣布中国已进入宇宙空间。n目前，我国已初步形成了返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列、“实践”科学探测与技术试验卫星系列、地球资源卫星系列、北斗星导航卫星系列等六大卫星系列。n到2007年1月，我国已成功发射了 近百颗卫星、其中有27颗国外卫星。第63页，本讲稿共88页（三）（三）“神舟神舟”飞船飞船 1 1、探索、探索n“神舟”一号飞船于1999年11月20日在酒泉卫星发射中心发射升空。飞船返回舱于次日在内蒙古自治区中部地区成功着陆。神舟一号在长征-2F捆绑式火箭的基础上改

37、进研制的长征2号F载人航天火箭。这是中国载人航天计划中发射的第一艘无人实验飞船。n“神舟”二号飞船于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空，在轨飞行7天后成功返回地面。神舟二号进行了一系列的空间材料,空间天文和空间生物等实验。第64页，本讲稿共88页（三）（三）“神舟神舟”飞船飞船 1 1、探索、探索n“神舟”三号飞船于2002年3月25日发射。飞船搭载了人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员呼吸和血液循环的重要生理活动参数。“神舟”三号轨道舱在太空留轨运行180多天，成功进行了一系列空间科学实验。n“神舟”四号飞船于2002年12月30日成功发射，在完成预

38、定空间科学和技术实验任务后，于2003年1月5日在内蒙古中部地区准确着陆。这艘飞船除没有载人外，技术状态与载人飞船完全一致，飞行中先后进行了对地观测、材料科学、生命科学实验及空间天文和空间环境探测等。第65页，本讲稿共88页（三）（三）“神舟神舟”飞船飞船 2 2、“神五神五”圆梦圆梦n“神舟”五号飞船于2003年10月15日9时50分发射，在绕地球飞行14圈、圆满完成各项科研任务后，于10月16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆。n这是我国完全靠自己力量完成的首次载人航天飞行，创造了我国航天史上的英雄壮举，实现了中华民族千年的飞天梦想。使中国成为第三个能发射载人飞船的国家，也实现了中华民族

39、的飞天梦想。中国首位航天员杨利伟第66页，本讲稿共88页“神舟神舟”5 5号升空的重大意义号升空的重大意义n“神神5”5”升空是我国综合国力强大的标志，它将升空是我国综合国力强大的标志，它将大大提高了我国的国际地位；大大提高了我国的国际地位；n“神神5”5”升空大大增长了中国人的志气，将会进一步升空大大增长了中国人的志气，将会进一步促进我国经济的持续发展；促进我国经济的持续发展；n“神神5”5”升空展示了我国科学工作者的风貌，将会大大升空展示了我国科学工作者的风貌，将会大大促进我国科学技术的发展；促进我国科学技术的发展；n“神神5”5”升空增强了我国的国防力量。升空增强了我国的国防力量。第67

40、页，本讲稿共88页（三）（三）“神舟神舟”飞船飞船3.3.发展的发展的“神六神六”n“神舟”六号飞船于2005年10月12日9时在酒泉航天发射中心发射升空，费俊龙和聂海胜两名中国宇航员被送入太空。n第一次进行2人，第一次进入轨道舱，第一次对地球进行污染检查，第一次在太空完成压力服穿脱实验。意义：为中国创造多个第一。“神六”英雄第68页，本讲稿共88页（三）（三）“神舟神舟”飞船飞船3.3.超越的超越的“神七神七”n“神七”于2008年9月25日成功升空，翟志刚、刘伯明、景海鹏三名中国宇航员被送入太空。主要任务是出舱活动开展空间对地观测、空间科学及技术实验，同时为今后有人参与的空间科学与技术实验

41、打下基础。翟志刚在太空行走十几分钟。n标志着中国科技进入世界前三，对经济和社会带来重大影响。“神七”英雄第69页，本讲稿共88页（四）中国的嫦娥奔月计划（四）中国的嫦娥奔月计划1.嫦娥奔月计划：整个探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段：n一期绕月工程，2007年发射探月卫星“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。n二期工程，2007年至2010年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上。n三期工程，2011至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回。第70页，本讲稿共88页我国首颗探月卫星嫦娥一号发射我国首颗探月卫星嫦娥一号发射 n2007年10月

42、24日18时05分，搭载着我国首颗探月卫星嫦娥一号的长征三号甲运载火箭在西昌卫星发射中心三号塔架点火发射。n24日18时29分，嫦娥一号卫星准确入轨，此次发射圆满成功。卫星的太阳帆板展开正常，定向天线已展开到位。第71页，本讲稿共88页我国卫星绕月探测线路图我国卫星绕月探测线路图 第72页，本讲稿共88页“嫦娥一号嫦娥一号”卫星卫星 n“嫦娥一号”探月卫星，选用的科学探测仪器有6套24件，包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽马/X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器和低能离子探测器等，这些设备在中国都属首次使用，有的是世界首创。第73页，本讲稿共88页“嫦娥一号嫦娥一号”运载系统

43、运载系统n承担中国首颗月球探测卫星嫦娥一号发射任务的，是成功发射上百次，被授予“金牌火箭”称号的长征3号甲运载火箭。为满足探月卫星的特殊要求，长征3号甲火箭控制系统增加了单机和线路备份，确保飞行过程中不出现任何偏差，万无一失。第74页，本讲稿共88页“嫦娥一号嫦娥一号”发射场系统发射场系统n西昌卫星发射中心在我国“嫦娥工程”中承担重任，负责发射第一颗月球探测卫星。号称“月城”的西昌被誉为“中国航天城”、“东方休斯敦”，发射场地选择在中国西昌卫星发射中心，是中国目前对外开放中规模最大、设备技术最先进、承揽外星发射任务最多的新型航天器发射场。第75页，本讲稿共88页“嫦娥一号嫦娥一号”测控系统测控

44、系统 n我国航天器测控系统目前已发展到可从容应对几十个乃至上百个航天器的测控管理，并已形成了以西安卫星测控中心为中枢，以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网。n嫦娥一号卫星的测控系统以中国现有的S频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成，有4个天线交叉干涉，对近40万千米远的嫦娥1号进行测控。第76页，本讲稿共88页“嫦娥一号嫦娥一号”地面应用系统地面应用系统 n地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心以及科学数据处理和研究中心三个部分。主要任务是卫星在轨运行期间科学探测业务管理、数据接收与处理、科学研究与普及。n地面应用系统由五个分系统

45、组成，即运行管理分系统、数据接收分系统、数据预处理分系统、科学研究与应用分系统和数据管理分系统。我国绕月探测工程地面应用系统的总部设在中国科学院国家天文台。第77页，本讲稿共88页绕月探测工程完成的科学目标绕月探测工程完成的科学目标 n一、获取月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究，为类地行星表面年龄的划分和早期演化历史研究提供基本数据，并为月面软着陆区选址和月球基地位置优选提供基础资料等。n二、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布，绘制各元素的全月球

46、分布图，月球岩石、矿物和地质学专题图等，发现各元素在月表的富集区，评估月球矿产资源的开发利用前景等。第78页，本讲稿共88页绕月探测工程完成的科学目标绕月探测工程完成的科学目标 n三、探测月壤厚度，即利用微波辐射技术，获取月球表面月壤的厚度数据，从而得到月球表面年龄及其分布，并在此基础上，估算核聚变发电燃料氦-3的含量、资源分布及资源量等。n四、探测地球至月亮的空间环境。月球与地球平均距离为38万公里，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用。第79页，本讲稿共88页探月工程的意义探月工程的意义n月球探

47、测是国际公认的深空探测的起点，它将填补中国在月球及行星探测方面的空白，中国改变航天领域的落后局面，赶上国际先进水平提供了良好的机遇。n月球探测工程是一项多学科、高科技集成的系统工程，实施这样的战略工程，将推进航天工程系统集成、深空测控通信、新型运载火箭和航天发射等航天技术实现跨越式发展，从而保持中国进入空间能力的不断提高。n探月工程也必将带动信息、材料、能源、微机电、遥科学等其它新技术的提高，对于促进中国社会经济的发展具有重要意义第80页，本讲稿共88页我国自主研发的月球车第81页，本讲稿共88页第第6 6节节 空间技术的应用及展望空间技术的应用及展望1.1.开发月球开发月球地球上已有的各种元

48、素月球上都有。进一步掌握有关行星大气、行星上火山和地质学方面的知识，为认识太阳系演化理论、生命起源等基本问题增添新内容。研究高能天体，有可能找到新能源。研究从近地空间扩展到远地空间，从内行星扩展到外行星，对太阳系所有行星进行跟踪观测。第82页，本讲稿共88页在地球和月球引力平衡的空间建造巨大的转轮，本身自转，以使在其内产生惯性力场，即人造重力效果。n材料：主要来自小行星n电力：来自太阳n城内农作物一年四熟，可供近万人在空间站内长期生活和工作。n预测，一个世纪后，居民达10亿。还可以作为宇宙飞船的码头和基地。2.2.建立太空城建立太空城第83页，本讲稿共88页若用空间太阳能发电，可获得相当于目前

49、世界发电总量5万倍以上的电力。空间发电站组成：太空部分太阳能发电卫星(在比地面上高4-5倍的空间地球同步轨道上建立太阳能电站。)地面部分接收电站。操作：用火箭将太阳能发电卫星发射到空间轨道上，发电卫星在太空将太阳能转化成电能，电能通过微波发生器把直流电转换成微波电能，通过微波传送到地面接收电站，再向用户供电。3.3.建立空间发电站建立空间发电站第84页，本讲稿共88页4.4.建立空间工厂建立空间工厂利用外层空间特殊的环境和条件(如高真空、强辐射和航天器产生的零重力)加工生产某些性能优异的新材料、新产品的大型航天器。太空工厂生产任务两种类型:(1)利用零重力、高真空的空间环境，生产地球上急需的优

50、质大型单晶体、火箭和航天用器的高强度复合材料、光学仪器用高级玻璃、原子反应堆用的耐高温金属材料及高纯度药品等。(2)开发月球或其他行星上的原材料，生产空间用的大型结构，如光学与射电天文观测仪器、远空间研究实验室、太阳能发电站和永久性空间住宅等。试验表明,天上生产的单晶体可比地面上的大10倍；在零重力条件下，晶体的晶格排列整齐，晶体生长均匀，大大提高晶体的完善性.如干扰素。第85页，本讲稿共88页太空农场种植庄稼，无需除草和喷洒农药，所以没有污染，生产出的蔬菜和水果非常洁净。5.5.建立太空农场建立太空农场美、日、欧21世纪太空计划重点研究项目：植物在密封太空舱内进行长期实验。太空农场可能建成球