《自然科学基础》第二十二章课件.pptx

1、自然科学基础空间技术 2 目录页 CONTENTS PAGE 01 空间技术的产生和发展02 现代空间技术03 空间资源的开发Contents Page目录页 过渡页 TRANSITION PAGE 3 01 空间技术的产生和发展4 第一节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。火箭是中国首先发明的，中国在元、明朝期间应用的火箭武器是现代火箭的始祖。人类进入宇宙空间，主要是由载人宇宙飞船和地球轨道空间站实现的。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（见图22-1），运行108 min后安全返回地面，开辟了人类航天的

2、新纪元，标志着人类空间技术进入了新的时代。图22-1 第一位太空人加加林5 第一节空间技术的产生和发展p在此期间，前苏联则以建立空间站为重点开展一系列的探空活动。p1970年4月24日，中国自制的第一颗人造卫星东方红一号发射成功。p2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日，“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。2013年12月2日，“嫦娥三号”探测器在中国西昌卫星发射中

3、心由长征三号乙运载火箭送入太空，14日成功软着陆于月球雨海西北部，15日完成着陆器巡视器分离，并陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其他预定任务，取得一定成果。Contents Page目录页 过渡页 TRANSITION PAGE 6 空间技术的理论基础 空间技术的重要内容02 现代空间技术7 第二节现代空间技术一、空间技术的理论基础 要使飞行器成为人造地球卫星，必须使飞行器获得一定的速度，利用物理学的公式算得它的最小速度v1=7.9 km/s，这个速度就是所谓的“第一宇宙速度”。要使飞行器成为飞往月球或太阳系其他行星的空间探测器，也必须使飞行器获得一定的速度，利用物理学的公式算得它的

4、最小速度v2=11.2 km/s，这个速度就是所谓的“第二宇宙速度”。所谓“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v3=16.7 km/s。1“三个宇宙速度”理论8 第二节现代空间技术一、空间技术的理论基础 火箭飞行的依据是动量守恒定律。火箭发射和飞行时，火箭内部的推进剂（燃料和氧化剂）在极短时间里发生爆炸性燃烧，产生大量高温、高压的气体，从尾部喷出。喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律可知，火箭必定获得数值相等、方向相反的动量，因而出现连续的反冲运动，快速前进。2火箭推进原理 著名的齐奥尔科夫斯基公式告诉人们，在忽略重力和空气阻力的情况下，火箭的最大

5、速度v、火箭的喷气速度v0、火箭起飞时的质量M1、推进剂耗完以后火箭的质量M2，具有如下关系：v=v0M1/M2 其中，M1/M2称为火箭的质量比。由此可见，要提高火箭的速度，必须提高火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比，也就是要采用高性能的推进剂、研制先进的发动机，并尽量减轻火箭的结构量。9 第二节二、空间技术的重要内容现代空间技术 空间技术包括运载器、航天器和地面测控系统三个重要组成部分。1运载器 运载器主要是运载火箭，如图22-2所示。运载火箭包括箭体结构、推进系统和控制系统等几个部分。目前使用的多级火箭由24级组成，前一级火箭的燃料用完后自动脱落，同时后一级火箭点火继续工作，火箭所运载的

6、航天器装在最后一级火箭里。目前世界上最大的运载火箭是美国的“土星5号”火箭，它由三级组成，起飞时的重量近3 000 t，起飞推力达35 711 kN。图22-2 运载火箭10 第二节二、空间技术的重要内容现代空间技术2航天器 航天器的种类很多，主要是人造地球卫星，还有空间站、宇宙飞船、航天飞机、空间探测器等。宇宙飞船是来往于地球和空间站之间的重要交通工具。美国于1981年首先试制成功航天飞机，并于当年正式投入使用，至今已飞行数十次。除了美国之外，前苏联、西欧、日本、法国也进行了航天飞机的研制。现在，人们又研制另一种先进交通工具空天飞机（见图22-3），这种飞机在某些方面更接近于普通飞机，同时能

7、像航天飞机那样执行太空任务，发射费用只有航天飞机所需费用的10%20%。图22-3 空天飞机11 第二节二、空间技术的重要内容现代空间技术 3地面测控系统 地面测控系统在地面对航天器进行跟踪、遥测、遥控和保持通信联系。通过地面测控系统，人们可以获得航天器运行的各种信息，并可以对航天器进行控制，调节它的运行状态，以达到人们的预期目的。Contents Page目录页 过渡页 TRANSITION PAGE 12 空间位置资源的开发 空间环境资源的开发 03 空间资源的开发 空间物质资源的开发13 一、空间位置资源的开发第三节空间资源的开发 航天器位于高空，可以全面观察地球表面及附近的情况，可以轻

8、松地完成在地面上难以完成的任务。如图22-4所示。美国于1958年发射世界上第一颗实验通信卫星，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。此外，民用遥感卫星（包括气象卫星和地球资源卫星）已在气象、资源、测绘等领域发挥了重要作用。应用卫星的大家族中还有导航卫星、军事卫星、科学卫星、技术试验卫星等，它们各有其特殊的用途。图22-4 同步通信卫星14 二、空间环境资源的开发第三节空间资源的开发 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，具有这些特殊条件的环境虽然不适合于人类生活，但却可以带来一些难得的机会。例如，外层空间没有大气层，高真空，将

9、天文观测站架设在这种空间里，可以获得清晰的天体图像，有利于揭示天体的真实面貌。已在预定轨道上运行多年的哈勃太空望远镜（见图22-5），具有极高的分辨能力和灵敏度，能观测到140亿光年远处的天体，用它观察物体所得图像的清晰度比地面上最好的望远镜高10倍。图22-5 哈勃太空望远镜15 三、空间物质资源的开发第三节空间资源的开发 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。太阳内部进行着剧烈的聚变反应，放出大量的能量。在外层空间设置太阳能电站，能充分吸收并有效利用太阳能。月球离地球最近，它上面虽然没有生命，却蕴藏着大量的金属原料和其他原料，如铁、镍、铝、锰、钴、铀、钍等。据探测，如果仅将月球上的资源开发出来，人类可使用1 000年以上。月球不仅可以成为人类新的生产基地，还可以成为宇宙航行的中继站。谢谢观看