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人类对宇宙的新探索•中国航天发展(Go!)一、宇宙探测的发展•1957年10月，原苏联发射第一颗人造地球卫星•20世纪60年代以来，各种载人飞船、航天站、航天飞机进入太空，观测手段也大大提高(天文望远镜)“哈勃”太空望远镜哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。哈勃望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元，于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。射电望远镜人类首次登月美国“阿波罗”登月飞船“航行者”号宇宙飞船宇宙飞船资料：载人飞船又称宇宙飞船，是一种运送航天员到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。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，一般乘2到3名航天员。“东方”1号宇宙飞船是世界上第一艘载人飞船。空中实验室点火升空阿尔法国际空间站空间站资料：在固定轨道上运行的载人人造卫星，用作科学观察和实验的基地，并可用来给别的航天器加燃料或从上面发射卫星和导弹。在轨道上绕行的“和平号”太空站2001年3月23日，俄罗斯“和平”号空间站从太空坠落地球，残骸溅落在太平洋中。“和平”号空间站1987年正式建成并投入使用，15年来接待过十几个国家数十位科学家，取得了一大批空间科研成果。“和平”号的设计工作寿命只有5年，早已超期服役，也不断发生事故，俄罗斯最终决定放弃“和平”号。“发现”号航天飞机航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。“奋进”号航天飞机着陆1975年，返回式遥感卫星，中国第一颗返回式卫星，用于对地观测，运行三天后按计划返回地面；中国是第三个掌握卫星回收技术的国家。1.科学实验卫星1970年，“东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。中国航天风云一号风云二号2.气象卫星中国首颗气象卫星；中国是第三个独立研制并发射太阳同步轨道卫星的国家。3.通信卫星1984年，试验通信卫星：“东方红”2号，标志着中国是世界上第5个能发射地球静止轨道卫星的国家。4.载人航天试验飞船中国自行研制的第一艘无人试验宇宙飞船，包括轨道舱，返回舱和推进舱，当中的返回舱按计划返回地面。“神舟”1号试验飞船垂直组装厂房与神舟1号飞船“神舟”1号试验飞船发射升空飞行中的“神舟”一号中国向宇宙空间进军大事记中国主要航天器介绍时间1956年把开发火箭技术纳入国家12年科学发展远景规划1960年成功发射第一枚探空火箭和自制的运载载火箭1965年制定了研究和发射人造地球卫星的空间计划1970年第一颗人造地球卫星“东方红”1号发射成功，成为世界上第五个有能力用自制的运载火箭，发射本国自行研制的人造地球卫星的国家1975年第一颗返回型人造地球卫星发射成功，成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家1984年试验通迅卫星“东方红”2号发射成功，标志着中国是世界上第五个能发射地球静止轨道卫星的国家1985年长征系列运载火箭投入市场，先后为一些国家发射了卫星1999年第一艘载人航天试验飞船“神舟”号发射升空1.古代幻想阶段宇宙探测的发展2.开创新时代--原苏联1957年10月发射卫星3.20世纪60年代开始进入太空时代航天器从无人到有人的发展1961年，原苏联宇航员加加林开始了人类史上第一次宇宙飞行1969年，美国发射阿波罗号飞船，人类第一次登上月球1981年，世界第一架航天飞机——美国“哥伦比亚号”试航成功从1957年到1981年的24年中：人类对宇宙空间的认识已经从空间探索阶段，逐步进入到了空间开发利用的新阶段二、开发宇宙•空间资源目前，美国、俄罗斯、日本以及欧洲一些国家都在研制太空工厂。在众多的太空工厂的方案设计中，美国的“太空工业设施”方案最引人注目。“太空工业设施”由设施舱与供应舱组成。设施舱用于放置生产设备，可独立工作，永久运行。供应舱用于对设施舱进行补给扩充，包括运送原材料、供应设备等。供应舱由航天飞机送到太空，装卸完毕后再送回地面。“太空工业设施”采用了模块化设计，因此在规模和功能上可不断扩充，就像火车加接车厢那样。“太空工业设施”平时无人值守，计划每隔3－6个月用航天飞机提供服务和补给一次。在此期间，航天员可在“太空工业设施”内进行维修、保养、更换设备、回收产品等工作。高真空强辐射失重•太阳能资源•矿产资源（如月岩中富含地球上没有的3He，小行星富含矿体）空间太阳能发电设想开发宇宙★空间资源--------高度、高真空、强辐射、失重等★★太阳能资源-----空间太阳能发电站★★★矿产资源------月球上富含地球上没有的能源³He三、保护宇宙环境太空垃圾：•工作寿命终止的航天器•意外或有意爆炸产生的碎片•航天员扔出飞船舱外的垃圾产生速度：每年增长10％危害：航天器的重大损害！解决办法：(1)将停止工作的卫星推进到其它轨道；(2)用航天飞机将损坏的卫星带回地球等。开发宇宙环境的同时要注意对宇宙环境的保护•载人航天花费巨大，但一旦成功，经济效益不容小觑，这正是美俄在这方面竞相加码的原因之一。例如，在太空呆过的水稻种子不仅穗长、强壮，而且有的一棵苗上长出了两穗、三穗；在太空生产药物一个月的产量相当于地球上同样设备20年的产量。美国对自己的空间工业化和空间商业化的活动做过预测，到2000年后，美国空间民用项目的年度总收入可达到650亿美元，年度税收可达130亿美元。1998年5月19日，银河—4卫星突然出现故障，致使美国3500万人的寻呼机失灵，部分电视信号中断，成千上万的商业及传播机构的联络无法沟通。这是世界上首次出现因卫星故障导致寻呼机大规模停机的事故，人们亲身体验到航天系统的混乱给生活带来的麻烦。是否合算太空开发是一项耗资十分庞大的工程。譬如研制发射一颗通信卫星，常常需要投资上亿美元。有苏联制造的第一架航天飞机“暴风雪”号，连同其运载器“能源”号火箭，约耗资１００亿美元。而美国的“阿波罗”登月活动，则花费了５００来亿美元，太空开发不仅花费巨大，而且还要冒很大的风险，稍有不慎就会造成不堪回首的后果。“挑战者”号航天飞机的爆炸，一下子损失了２０多亿美元，而且还使七名宇航员魂系长空。那么，人类为什么要花费如此大的人力，物力，财力，甚至人的生命去进行太空开发？究竟是否合算？先从直接的经济效益来看，获利最丰的宇宙开发UNIVERSE是人造卫星的使用。譬如，由于通信卫星具有通信距离远，覆盖区域广，传播质量好，灵活机动和可靠性高，成本费用低等优点，已成为现代通信的主要手段，全世界几乎所有的国家和地区，都在利用它进行通信联络。１９８５年，欧洲与美国之间用卫星进行一次通话的费用，只有电缆电话租金的１／１０。专家们还估计，每发射一吨重的通信卫星，就可节约用于铺设电缆的铜５万吨。虽然发射一颗通信卫星要花费上亿美元，但它常在半年到二年时间内，就可把早期的投资通过产生的效益全部收回。若从长远的好处来看，太空开发潜在的价值也是无可限量的。美国的“阿波罗”登月飞行，虽然迄今尚未带来什么直接的经济效益，但它却为月球开发奠定了基础。可以预计，一旦月球开发成功，月球土地、月球矿产等资源的利用，将会给我们带来可观的效益。此外，太空开发不仅刺激国民经济的发展，也推动科学技术的进步。宇宙开发UNIVERSE其实，也许可以把月球看作是地球的尚待开发的处女地，就像还没有人烟的大戈壁沙漠一样。虽然路远，但月球上的自然资源十分宝贵，赶得上地球的珍稀野生动物。人类在开发宇宙的道路上，把月球作为第一站是顺理成章的事。虽然开发月球的运费可能很昂贵，但就地取材，就地生产，建设月亮城，可能不再是人们的幻想，几乎能够变成人类一个切切实实的行动了。月亮城的建筑是人类的一件大事，理应世界各国讨论协商，统一步伐。月亮城的开发将是花费巨大的，应当大力宣传鼓励个人投资。这是一个造福于人类、造福于子孙的大好事。以开采氦－３为主展开的一个月亮城建设是前景诱人的。月亮城-5火星自转一圈２３小时多一点儿，很接近地球的自转，火星的确很迷人。不过，在我们移居火星之前，还得把我们未来的生命基地考察个清清楚楚。起码，对火星上是否存在生命应弄个水落石出。如果火星上存在生命，哪怕是微生物，地球人也不宜去掠扰，而应当保护另一个星球上的生命。如果火星上没有生命存在，人类需要对火星进行一番环境改造，使它变得适宜人类的生存。这只有当我们的科学技术达到相当高的水准，才能采取行动。因为那需要增加火星的大气压，化出液态水来，由地球人去开凿运河，把极地的冰帽融化后，将水输往干旱的赤道地区。然后，才能向火星移民，开发这个地球的邻居。生活宇宙开发UNIVERSE为什么要让空间站旋转？阿姆斯特朗在月球上采集月岩月土行走了两个多小时，说明人在失重环境下可以生活。但这样的生活对人来说，很不习惯。在月球上走路，要像袋鼠那样一跳一跳的才好走。这有多别扭啊！在太空飞行的空间站也有失重现象，那么有没有什么办法降伏它呢？有，这就是制造人工重力——让空间站旋转起来。如果你拉住钥匙链的一端，把钥匙抡圆，让钥匙绕你手转起来，链子便会抻直，你的手也会感觉到被一股力牵着，这个力就是离心力，钥匙旋转的速度越大，牵你手的力越大。空间站旋转产生的人工重力和这一样道理。掌握好速度，便可以得到同地球上一样的重力，人们就像生活在地球上一样习惯那里的生活了。卫星返回技术２０世纪５０年代末，美国、前苏联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”号卫星的返回舱从轨道上返回地面，这是人造卫星首次回收成功。同年同月，前苏联发射载有两只小狗的“伴侣”５号生物卫星，在绕地球飞行１８圈后同样成功地返回地面。卫星返回过程，大体必须经历四个阶段：第一、卫星脱离运行轨道进行制运飞行，这要求制动火箭准确点火，这要求制去火箭准确点火，使返回舱保持规定的状态。第二、卫星在大气层外自由下降，在１００千米左右的高度开始进入大气层，精确控制下降起始点的位置、高度、速度和方向。第三、卫星返回舱进入大气层急剧减速，同空气剧烈磨擦产生极高的热量，返回舱表面的最高温度可升高到１０００度以上，因此要避免由于产生高温而烧毁。第四、卫星返回舱下降到１５千米以下高度，用降落伞减速，在海上或陆地安全降落。以上过程要求卫星安全返回地面必须具有尖端的技术，卫星上必须装有测控系统、姿态控制系统、制动发动机、回收系统和返回防热系统。中国在卫星返回技术领域已经进入世界先进行列。１９７５年１１月２６日，中国成功发射了第一颗返回式卫星，卫星于２９日按预定计划返回地面。