无限武装 txt 百度云:空间技术

来源:百度文库 编辑:中考百科 时间:2020/04/04 03:37:32
我国在空间技术方面有哪些成就?
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1.运载火箭和卫星。我国50年代末开始发展空间技术,建立了一些实验室并开展基础研究。1965年我国开始搞人造卫星,第一颗人造卫星于1970年发射成功。其重量为173公斤,比苏联的第一颗人造卫星大一倍,比美国的大10倍。星上装有各种科学仪器,能发出“东方红”音乐。我国第一颗卫星一次发射成功,而且在轨道运行期间卫星工作正常,这标志着我国已进入太空时代。除了卫星,我国同时在研制、发展运载火箭,已开发出几种类型的运载火箭,如长征I、II、III、IV号,长征II号捆绑、长征III号甲等。其中长征II号捆绑火箭开始是为发射卫星设计的,其运载能力为8吨。发射过澳星和亚太,长征系列火箭除发射国产卫星外,已提供国际服务。

我国已发射30多颗卫星,有16颗为返回式,从1975年开始第一颗卫星回收,到1992年,除了1993年那颗没返回外,基本上回收率是100%。5颗通讯卫星,为广播、邮电、水利及军事部门提供服务。第三种气象卫星,如“风云I号”。还有其它一些用于科研的卫星。

2.卫星应用。从80年代起,我国卫星从试验转向应用阶段。而且卫星的应用发展较快,为经济建设发挥了作用,它应用的范围很广,在各省市自治区的2 0几个部门都得到利用。其中包括邮电、通讯、电视广播、教育、金融、农林、气象、海洋、环境与资源、地矿、交通、水利电力及军事部门。卫星的利用,产生了很大的社会效益。例如我国共有127万没有受过正规师范教育的中小学教师,通过卫星电视教育、培训,本来计划20年完成的任务,只用7年,就培训完毕。仅此一项,国家每年就节省了几十个亿。另外,全国有省级的广播电视大学42所,地区有分校575所,十年来培养大专毕业生 100多万,而培养费用只相当于普通学校的三分之一。目前,我国有卫星国际电路6000条,国内将发展到几万条。天上有14个电视转化器在提供服务。利用卫星进行资源调查,拍照了很多图,其中也有美国陆地卫星拍照的。已经对主要的经济区和京津唐、山西煤矿、黄河三角洲、陕北防护林、南沙群岛都进行了比较详细的调查,并制作了各种专业地图,特别是南沙群岛有了卫星后,我们才画出自己绘制的地图。在农业林业矿产方面,如 西藏地区的森林分布,第一次做了调查,1987年大兴安岭的特大火灾,也是由卫星跟踪侦察,来进行事后处理的,森林病虫害的发现与消除,也是根据卫星侦察其发展规律来进行的。气象卫星的贡献更大,台风、暴雨、洪水等都利用卫星进行精确的观察。利用卫星进行空间环境的科研以外,微重力下有关材料的试验正在进行,由于我国开发的返回式卫星工作做得较早,所以这方面的工作居于世界前列,除了我国科学家曾做过200多个试验,外国科学家也曾利用我们的返回卫星开展科研工作。

3.未来空间活动。在过去的30年中,我国在空间技术方面取得了杰出的成就,预计今后的中国空间活动将继续加强。由于资金有限,我国空间科学工作的重点将围绕一些重大问题开展。首先,在教育上,目前全国还有2亿文盲,只有百分之几的人最终能受到高等教育,这是我国的国情,完全进入正规大学的很困难,必须开展电视教育;其次,在通讯上,目前我国的通讯交通很拥挤,银行的在途资金500亿元,每笔款的在途时间为6~7天。如果有一套卫星系统调动全国的银行,效率就会提高;第三,预防自然灾害。我国目前每年各种灾害造成500亿元的经济损失,卫星的利用可以在减灾方面发挥积极作用;第四,资源探测。我国人口众多,资源有限,依靠空间技术,能开发地球的深部和海洋资源。因此,今后要发展大容量的通讯广播卫星、气象卫星、资源卫星、减灾、导航定位卫星等。

从经济意义的角度看,我国载人航天发展的必要性不大,但从政治意义来看,应开展这项工作。包括载人飞船,建造空间站、大型运载火箭等。这是空间科学事业的必经之路,但怎样干、什么时候开始,还未确定,因航天业的投资、风险都很大,大规模地开展,经济上难以支持。但我国也有自身的优势,高技术劳动力便宜,成本低,在卫星的单件生产技术及其它工作方面,我国的科技工作者力求与欧洲、日本相等。目前,关于航天工作中载人、无人的关系和国际合作与自力更生的关系等还要解决好。在国际合作上,必须有自己的基础与储备。例如我国的第二代通讯卫星本应在1993年完成计划,但由于美国不按期兑现我们订购的电子器械,导致到1994年,第二代通讯卫星才飞上天。

我国的空间技术正持续稳定地朝前发展,我们的目标是努力探索和开发空间资源,为人类的文明进步作出应有的贡献。

一、空间技术及其意义

空间技术是探索、开发和利用宇宙空间的技术。航天技术与空间技术是同义词。讨论航天,那么什么是天?有两种定义:其一,天是指地球大气层以外无限遥远的空间;其二,天是指地球大气层以外太阳系之内的空间。根据第二种定义,天是有限的,这也是钱学森同志对天的定义。在相当长的历史阶段,人类只能实现在太阳系之内的航天活动。任何一种航天活动都是和它的推进技术密切联系在一起的,只有当推进技术发展到一定程度,人们才能使运动物体速度提高到一定水平。也才能产生某种特定的航行活动。50年代,人们推动物体的速度可达第一宇宙速度( 7.9Km/秒),这个速度可保证物体绕地球运转,而不致于被地球的引力拉回到地面,当物体本身的离心力与地球的引力平衡时,它就会绕地球旋转。如果速度提高到 11.2Km/秒,物体就达到了第二宇宙速度,它就可以脱离地球引力,飞到别的行星上去。物体运动速度提高到16.7Km/秒,就达到了第三宇宙速度,于是就可以飞出太阳系,到银河系的星系里面去。虽然第三宇宙速度理论上可以实现太阳系以外的航天活动,但是太阳系太大。假如太阳系中的半径以十万个天文单位(天文单位就是地球到太阳的距离)作计算,现代的航天器以第三宇宙速度飞行,需要飞行2~3万年才能飞出太阳系。进行太阳系以外的通讯,信号来回一次需要一年多时间。所以,以现在的技术讨论太阳系以外的航天活动还为时尚早,当今技术远远做不到。当然,宇航的实现还有待于物理学相对论的重大发展。

开发宇宙空间,实现某种特定的航天活动,就要研究相应的航天系统。航天系统基本上由三大部分组成:一是空间飞行器,如卫星、飞船、探测器。二是运载工具,如火箭、航天飞机以及航天发射场。卫星上天,必须由运载火箭来发射,只有得到足够的速度,卫星才能够在天上按预定的轨道进行飞行,所以要有运载工具和航天发射场;三是地面支持系统,如地面站、测控系统,用户系统等。

空间技术发展很快,有许多特点,主要强调两点。一是空间技术是高度综合的现代科学技术,是许多最新科学技术的集成,其中包括喷气技术、电子技术、自动化技术、遥感技术及材料科学、计算科学、数学、物理、化学等等;二是空间技术是对国家现代化和社会进步具有宏观作用的科学技术。

二、世界空间技术发展概况

(一)世界航天主要成就

1.运载工具。航天飞行器的运载工具主要是火箭。这方面技术最发达的是前苏联、美国,此外是法国、中国、日本、印度。世界上已发射了许多地球同步轨道卫星,它环绕地球运行的速度与地球自转一圈的速度相等。这种卫星由运载火箭送到36000公里高度的转移轨道上,再由卫星自己的动力将卫星变到地球同步轨道上来。目前最大的火箭可将4吨重的卫星送入太空。另一种运载工具是航天飞机,它与火箭不同点是可以多次使用,但造价高、风险大,因每次均需7名宇航员陪着飞行,如果出现意外,损失就很大,如1986年美国的“挑战者”号航天飞机爆炸,7名宇航员全部遇难。航天飞机的运载能力很大,有30吨,可乘载3~7名宇航员,飞行轨道高度200~400公里,倾角28。前苏联也发展了航天飞机“暴风雪”号,但只进行过无人的飞机,目前已停飞。

2.人造卫星。人造地球卫星在军事和经济上具有重要价值,因此发展最快,数量也很大。应用卫星按用途分类,有广播、电视、电话使用的通信卫星;有观察天气变化的气象卫星;有对地面物体进行导航定位的导航定位卫星;有地球资源探测卫星,海洋卫星等。按轨道的高低来分类,有3600O公里的高轨道地球同步卫星;2OO~300公里的低轨道卫星(如军事侦察卫星)。也可按军事和民用卫星来划分。国际通信卫星已发展到第8代,一颗卫星的通信能力可达几万条的话路,工作寿命长达10年以上,世界上跨洋通信几乎由通信卫星所替代。现在有代表性的资源卫星有2个:一个是美国的陆地卫星,另一个是法国斯波特卫星。这两种卫星是当代国际上比较先进的地球资源卫星。它们的地面分辨目标能力分别为30米和10米。它们都有多谱段的遥感能力,具有鉴别地面上每一种目标的特别功能。气象卫星有两种:一种是极地轨道卫星,是通过南北极轨道的卫星,轨道高度900公里,可飞经地球的每个地区,能观察到全球的云图变化。这种卫星的分辨率通常为1公里;另一种气象卫星是静止轨道卫星,它是悬在赤道上空,固定在某个地区,24小时不停地观察本地区的云图变化。世界上目前发射的4000多颗卫星中,大部分为军事卫星,这里面包括侦察卫星、导弹预警卫星、通信卫星、导航卫星和军事气象卫星。海湾战争中,美国曾动用了50颗卫星参加作战。美国的“大鸟”高分辨率侦察卫星,有两种4 能:一是对地面目标进行拍照,再用回收仓以胶卷的形式送回地面;另一功能是以电视的形式将图象直接传输到地面,分辨率很高,为1米。前苏联也有类似的系统,与美国的技术水平相当。

3.载人航天。载人航天是30年来航天成就的重要组成部分,美国和前苏联都在竞先发展载人飞船,主要是争夺世界第一。如第一个宇航员上天、第一个女宇航员上天、第一个上月球、第一个在太空中停留时问最长……,各种各样的技术竞争。但载人航天的经济效益看不见,主要是政治影响。目前已经有400多人次进入过太空。比较起来,无论是进入太空的人数,还是人在太空停留的时间,前苏联都是领先的。竞争中,两国也有技术合作,如美国的“阿波罗”号飞船与前苏联的“联盟号”飞船,1974年在太空中实现了空间对接。美国与前苏联在发展路子上有所不同。前苏联是先发燕尾服载人飞船,再发展轨道站,再发展大型的空间站。美国是发展载人飞船,然后发展航天飞机,不发展轨道站,而是进一步发展大型的永久性的空间站。

4.空间环境的探测。深空探测主要是对太阳系各大行星和它的环境进行探测,世界上已发射100多颗深空探测器,已有许多重大发现。从地球周围来看,已发现地球周围的内、外辐射带,了解了地磁场的分布,太阳系各大行星周围的环境、大气环、小卫星等。美国的“旅行者”号太空飞船,带着地球文明的各种标志,如人类各国语言的录音等,能保存几万年。这只飞船正飞往银河系,探索宇宙。前苏联曾用月球车到月球上进行考察,调查月球表面的状态。航天技术发展的30多年来从开始运载火箭只能将几十公斤重的卫星送入太空至今天可将上百吨重的卫星送入太空,卫星获取信息、传递信息的能力从早期只有几十路到现在以几万路,卫星的寿命从早期的在天上只能呆几天到今天的几年甚至十几年,从早期的宇航员只能绕地球一圈到今天的宇航员在太空中工作一年以上。从以上几个主要技术指标可看出,都提高了几个数量极。比较之下,航天的价格却大幅度下降,现在的通信卫星每路电话价格与早期比较,下降了约100倍。可见30年来空间技术的成就是巨大的,当代航天技术的应用不仅在经济和军事建设方面,而且已深入到每个家庭和个人生活之中。

(二)空间技术发展趋势

1.运输系统。航天大国都在追求更先进的运载系统。关键是降低费用,因此,必须研制新的系统,重要的一点就是希望运载工具能够多次使用。按其起降方式,目前主要有3种类型:(l)垂直起飞、垂直降落。这是一种单级火箭,它可以把卫星送上天,然后完好无损地回到地面。火箭上装有8台发动机,起飞时,8台发动机同时工作,返回降落时,利用其中的4台工作减速回收再用。目前的起飞设计重量是463吨,载荷重量是4.5吨。(2) 垂直起飞,水平降落。典型的代表就是美国现有的航天飞机。(3)水平起飞,水平降落,称为空天飞机。世界上有两种这样的飞机。一种是单级入轨,把卫星送上天,再飞回来。它的典型代表是美国的 “NASP”计划,主要是以液氢为燃料,通过大气层时,利用大气层里面的空气,再加速进入轨道,然后再飞回地面。它的技术性问题是由于飞机的速度飞快,发动机燃烧室要以超音速燃烧进行工作,这还要加以研究和解决,费用也太高,需100亿美元。另一种是德国研制的双轨空天飞机,是两级不是单级。飞机飞到足够高度时,第一级飞机分离,用第二级继续飞行,好处在于不需要超音速燃烧,技术的复杂程度小于美国的单级空天飞机。虽然,世界上都在进行新一代的运输系统的研究,但是相当长一段时间里,主要还是依靠火箭。

2.发展人造卫星,继续提高它的水平,扩大用途,提高效益。一是发展更大的卫星,将多种功能综合在一起,二是小卫星,用卫星群来提供服务,这有利于固定和移动通信事业的发展。美国摩托罗拉公司提出了“铱系统”工程。它由66颗卫星组成全球网络。可在全球范围内进行个人电话通信。目前,遥感卫星也出现了以小卫星群构成网络的趋势,以便于地面适时地观察,并不断监察地面的变化。如已经定出了由38颗卫星组成的遥感卫星系统计划,对地球的环境、各种灾害进行监测。

3.建立大型空间站。能否建立不停地环绕地球运行的空间基地,是空间科学工作者关注的问题。这种基地不但提供卫星停靠的场所,还进行科研与生产。美国最早计划设计的自由号空间站,长度170米、重200吨、飞行轨道高度400公里。前苏联要建立“和平II号”空间站,整个重量400吨,上面可以提供56千瓦的电力,跨度100多米,轨道高度400公里。空间站的投资很大,给空间站计划的实施造成一定的困难。如美国的“自由号”空间站计划开始时为80亿美元建成,后来增加至300亿还不够,大概要花费1000亿美元,无法进展下去。前苏联的状况也不乐观。最后,有关国家达成协议,联合起来一起搞空间站。目前的国际空间站构想长度为110米,宽度80米,重量37 吨,太阳能电池板提供110千瓦电力,现在已有13个国家参加了联合建造空间站的计划,整个计划2002年建成,可容纳6个宇宙员工作。

4.探空探测。今后,深空探测必然有更大的进展,主要有两个方面:一是对太阳系的各大行星进行探测;二是天文观测。对行星的探测包括金星、木星、火星、水星等。下个世纪开始计划在月球建立基地。科学家们对火星木星都感兴趣,“伽利略”号木星探测器在1994年的“木彗相撞”时,观察到很多资料。木星相似太阳系。它的周围有许多小行星,科学家认为通过对木星的考察可能有助于了解太阳系的起源以及地球在太阳系里的地 位。天文观测计划,可能会有几座天文台搬到天上,“哈博”望远镜就是其中之一,并已经上天,这可能对宇宙的结构具有重大的发现。哈博上天后,曾出现过故障,并由航天飞机里的宇航员修好,这被视为航天史上的一件大事。其它的几座天文台如红外天文台、宇宙背景辐射探测器将陆续上天,这将对宇宙的探测产生重要意义。其它的科学实验围绕着一个很重要的问题——微重力环境。卫星在天上飞行,它的离心力和地球的引力相抵消,成为失重状态,或微重力状态,为10-3或10-4地球的加速度,也就是地球的加速度的万分之一。在这种环境下生产特种材料如砷化钾、制造生物制品、药品具有重要意义。因此,包括我国在内的许多国家都在开展微重力下的材料与生物的研究工作。

5.空间军事化。空间技术在冷战时期,是花钱最多的一个领域,今天的规模大大缩小,但并没有停止。除了各种类型的卫星之外,美国在80年代初还确立了SDI(星球大战)计划,这是因美苏都拥有一万多个核弹头,足以摧毁对方,力量处于平衡。但如果某一国有防御能力,可以在空间摧毁对方进攻的核弹,那么这一方就增强了进攻力量。因此,美国总统提出要发展战略防御计划,即SDI计划。该系统由三部分组成,一是监视与跟踪系统,掌握对方导弹的起飞、飞行情况;二是对方导弹的多次拦截系统;三是控制指挥系统。这个系统需要在太空布署400~1000颗卫星,花费7000亿美元,20~30年完成计划。当然,前苏联也有其相应的计划。冷战结束后,特别是经过海湾战争,美国认为,还应发展小规模的防御系统来对付其它地方的某种情况,把这个计划称作“战区”计划。这说明,虽然冷战结束,但空间军事化仍然是一个很大的问题。美国前总统里根批准的星球大战系统的目的还在于,通过这个计划,可以发展一大批新的技术,使美国在科学技术上领先。

1994年的木彗相撞,使许多人提出一个问题,今后能否发生小行星撞击地球的灾难。科学家们认为,如果以足够的能量和动力装置,使小行星远离地球,使其轨道偏离几分或几度,就不会让其撞击到地球上。因此,空间军事化技术还会发展,并会促进民用空间技术的研究与应用。短期内发展起来的空间站,不会承受太多的人去工作与生活,人也不会承受那么复杂的环境,如果发展有智能的机器人去开发空间,是一个重要的发展趋势。 这种机器人是完全可以按照地面指挥人员想象的动作和空间操作。假如天上有一台投影仪或电视机(地面虚拟一个天上的现实),只要人在地面上有什么动作,上面就有什么动作,并可以同步,只是两者间有个微小的时间差。不管国内还是国外, 都在注意发展这种技术,这种技术应用到地面情况复杂的环境条件下,也非常有价值。

(三)国际航天关系

30多年来形成的复杂的国际航天关系,将由两个大国垄断的时代变为多极竞争开发。美、俄还会自成体系,欧洲已经形成一个体系,中国虽然有某些不足,但可成为一个独立体系,印度投资增加的很快。未来国际航天关系可以用六个字来概括:合作、竞争、对抗。有限的合作可以开展,如空间站利用、深空探测、地球环境的监测和保护方面都可以进行合作。但空间领域中有利害关系的系统通讯卫星、资源卫星、导航卫星、运载火箭的发射场都涉及到利益关系,只能竞争。而由于空间军事需求的存在,大国竞相开发空间军事系统,所以国与国之间空间技术上潜伏着对抗。

三、中国的空间活动

1.运载火箭和卫星。我国50年代末开始发展空间技术,建立了一些实验室并开展基础研究。1965年我国开始搞人造卫星,第一颗人造卫星于1970年发射成功。其重量为173公斤,比苏联的第一颗人造卫星大一倍,比美国的大10倍。星上装有各种科学仪器,能发出“东方红”音乐。我国第一颗卫星一次发射成功,而且在轨道运行期间卫星工作正常,这标志着我国已进入太空时代。除了卫星,我国同时在研制、发展运载火箭,已开发出几种类型的运载火箭,如长征I、II、III、IV号,长征II号捆绑、长征III号甲等。其中长征II号捆绑火箭开始是为发射卫星设计的,其运载能力为8吨。发射过澳星和亚太,长征系列火箭除发射国产卫星外,已提供国际服务。

我国已发射30多颗卫星,有16颗为返回式,从1975年开始第一颗卫星回收,到1992年,除了1993年那颗没返回外,基本上回收率是100%。5颗通讯卫星,为广播、邮电、水利及军事部门提供服务。第三种气象卫星,如“风云I号”。还有其它一些用于科研的卫星。

2.卫星应用。从80年代起,我国卫星从试验转向应用阶段。而且卫星的应用发展较快,为经济建设发挥了作用,它应用的范围很广,在各省市自治区的2 0几个部门都得到利用。其中包括邮电、通讯、电视广播、教育、金融、农林、气象、海洋、环境与资源、地矿、交通、水利电力及军事部门。卫星的利用,产生了很大的社会效益。例如我国共有127万没有受过正规师范教育的中小学教师,通过卫星电视教育、培训,本来计划2O年完成的任务,只用7年,就培训完毕。仅此一项,国家每年就节省了几十个亿。另外,全国有省级的广播电视大学42所,地区有分校575所,十年来培养大专毕业生 100多万,而培养费用只相当于普通学校的三分之一。目前,我国有卫星国际电路6000条,国内将发展到几万条。天上有14个电视转化器在提供服务。利用卫星进行资源调查,拍照了很多图,其中也有美国陆地卫星拍照的。已经对主要的经济区和京津唐、山西煤矿、黄河三角洲、陕北防护林、南沙群岛都进行了比较详细的调查,并制作了各种专业地图,特别是南沙群岛有了卫星后,我们才画出自己绘制的地图。在农业林业矿产方面,如 西藏地区的森林分布,第一次做了调查,1987年大兴安岭的特大火灾,也是由卫星跟踪侦察,来进行事后处理的,森林病虫害的发现与消除,也是根据卫星侦察其发展规律来进行的。气象卫星的贡献更大,台风、暴雨、洪水等都利用卫星进行精确的观察。利用卫星进行空间环境的科研以外,微重力下有关材料的试验正在进行,由于我国开发的返回式卫星工作做得较早,所以这方面的工作居于世界前列,除了我国科学家曾做过200多个试验,外国科学家也曾利用我们的返回卫星开展科研工作。

3.未来空间活动。在过去的30年中,我国在空间技术方面取得了杰出的成就,预计今后的中国空间活动将继续加强。由于资金有限,我国空间科学工作的重点将围绕一些重大问题开展。首先,在教育上,目前全国还有2亿文盲,只有百分之几的人最终能受到高等教育,这是我国的国情,完全进入正规大学的很困难,必须开展电视教育;其次,在通讯上,目前我国的通讯交通很拥挤,银行的在途资金500亿元,每笔款的在途时间为6~7天。如果有一套卫星系统调动全国的银行,效率就会提高;第三,预防自然灾害。我国目前每年各种灾害造成500亿元的经济损失,卫星的利用可以在减灾方面发挥积极作用;第四,资源探测。我国人口众多,资源有限,依靠空间技术,能开发地球的深部和海洋资源。因此,今后要发展大容量的通讯广播卫星、气象卫星、资源卫星、减灾、导航定位卫星等。

从经济意义的角度看,我国载人航天发展的必要性不大,但从政治意义来看,应开展这项工作。包括载人飞船,建造空间站、大型运载火箭等。这是空间科学事业的必经之路,但怎样干、什么时候开始,还未确定,因航天业的投资、风险都很大,大规模地开展,经济上难以支持。但我国也有自身的优势,高技术劳动力便宜,成本低,在卫星的单件生产技术及其它工作方面,我国的科技工作者力求与欧洲、日本相等。目前,关于航天工作中载人、无人的关系和国际合作与自力更生的关系等还要解决好。在国际合作上,必须有自己的基础与储备。例如我国的第二代通讯卫星本应在1993年完成计划,但由于美国不按期兑现我们订购的电子器械,导致到1994年,第二代通讯卫星才飞上天。

我国的空间技术正持续稳定地朝前发展,我们的目标是努力探索和开发空间资源,为人类的文明进步作出应有的贡献。