《自然科學基礎》第二十二章課件《自然科學基礎》第二十二章課件01空間技術的產生和發展01空間技術的產生和發展人類探空活動的歷史大致經歷了氣球、火箭、人造衛星等幾個階段。火箭是中國首先發明的，中國在元、明朝期間應用的火箭武器是現代火箭的始祖。人類進入宇宙空間，主要是由載人宇宙飛船和地球軌道空間站實現的。1961年4月12日，前蘇聯第一個發射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道（見圖22-1），運行108min后安全返回地面，開辟了人類航天的新紀元，標志著人類空間技術進入了新的時代。圖22-1第一位太空人加加林人類探空活動的歷史大致經歷了氣球、火箭、人造衛在此期間，前蘇聯則以建立空間站為重點開展一系列的探空活動。1970年4月24日，中國自制的第一顆人造衛星——東方紅一號發射成功。2004年，中國正式開展月球探測工程，并命名為“嫦娥工程”。嫦娥工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。2007年10月24日，“嫦娥一號”成功發射升空，在圓滿完成各項使命后，于2009年按預定計劃受控撞月。2010年10月1日，“嫦娥二號”順利發射，也已圓滿并超額完成各項既定任務。2013年12月2日，“嫦娥三號”探測器在中國西昌衛星發射中心由長征三號乙運載火箭送入太空，14日成功軟著陸于月球雨海西北部，15日完成著陸器巡視器分離，并陸續開展了“觀天、看地、測月”的科學探測和其他預定任務，取得一定成果。在此期間，前蘇聯則以建立空間站為重點開展一系列的探空活動。空間技術的理論基礎空間技術的重要內容02現代空間技術空間技術的理論基礎空間技術的重要內容02現代空間技要使飛行器成為人造地球衛星，必須使飛行器獲得一定的速度，利用物理學的公式算得它的最小速度v1=7.9km/s，這個速度就是所謂的“第一宇宙速度”。要使飛行器成為飛往月球或太陽系其他行星的空間探測器，也必須使飛行器獲得一定的速度，利用物理學的公式算得它的最小速度v2=11.2km/s，這個速度就是所謂的“第二宇宙速度”。所謂“第三宇宙速度”，是指飛行器越出太陽系的引力作用范圍所需要的最小速度，其數值v3=16.7km/s。1．“三個宇宙速度”理論要使飛行器成為人造地球衛星，必須使飛行器獲得一定的速

火箭飛行的依據是動量守恒定律。火箭發射和飛行時，火箭內部的推進劑（燃料和氧化劑）在極短時間里發生爆炸性燃燒，產生大量高溫、高壓的氣體，從尾部噴出。噴出的氣體具有很大的動量，根據動量守恒定律可知，火箭必定獲得數值相等、方向相反的動量，因而出現連續的反沖運動，快速前進。2．火箭推進原理

著名的齊奧爾科夫斯基公式告訴人們，在忽略重力和空氣阻力的情況下，火箭的最大速度v、火箭的噴氣速度v0、火箭起飛時的質量M1、推進劑耗完以后火箭的質量M2，具有如下關系：v=v0㏑M1/M2其中，M1/M2稱為火箭的質量比。由此可見，要提高火箭的速度，必須提高火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比，也就是要采用高性能的推進劑、研制先進的發動機，并盡量減輕火箭的結構量。火箭飛行的依據是動量守恒定律。火箭發射和飛行

空間技術包括運載器、航天器和地面測控系統三個重要組成部分。1．運載器運載器主要是運載火箭，如圖22-2所示。運載火箭包括箭體結構、推進系統和控制系統等幾個部分。目前使用的多級火箭由2～4級組成，前一級火箭的燃料用完后自動脫落，同時后一級火箭點火繼續工作，火箭所運載的航天器裝在最后一級火箭里。目前世界上最大的運載火箭是美國的“土星5號”火箭，它由三級組成，起飛時的重量近3000t，起飛推力達35711kN。圖22-2運載火箭空間技術包括運載器、航天器和地面測控系統三個重要組成2．航天器航天器的種類很多，主要是人造地球衛星，還有空間站、宇宙飛船、航天飛機、空間探測器等。宇宙飛船是來往于地球和空間站之間的重要交通工具。美國于1981年首先試制成功航天飛機，并于當年正式投入使用，至今已飛行數十次。除了美國之外，前蘇聯、西歐、日本、法國也進行了航天飛機的研制。現在，人們又研制另一種先進交通工具——空天飛機（見圖22-3），這種飛機在某些方面更接近于普通飛機，同時能像航天飛機那樣執行太空任務，發射費用只有航天飛機所需費用的10%～20%。圖22-3空天飛機2．航天器圖22-3空天飛機

3．地面測控系統地面測控系統在地面對航天器進行跟蹤、遙測、遙控和保持通信聯系。通過地面測控系統，人們可以獲得航天器運行的各種信息，并可以對航天器進行控制，調節它的運行狀態，以達到人們的預期目的。3．地面測控系統空間位置資源的開發空間環境資源的開發03空間資源的開發空間物質資源的開發空間位置資源的開發空間環境資源的開發03空間航天器位于高空，可以全面觀察地球表面及附近的情況，可以輕松地完成在地面上難以完成的任務。如圖22-4所示。美國于1958年發射世界上第一顆實驗通信衛星，1963年發射第一顆同步通信衛星。此后，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統。此外，民用遙感衛星（包括氣象衛星和地球資源衛星）已在氣象、資源、測繪等領域發揮了重要作用。應用衛星的大家族中還有導航衛星、軍事衛星、科學衛星、技術試驗衛星等，它們各有其特殊的用途。圖22-4同步通信衛星航天器位于高空，可以全面觀察地球表面及附近的情況，可宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強輻射、超低溫等條件，具有這些特殊條件的環境雖然不適合于人類生活，但卻可以帶來一些難得的機會。例如，外層空間沒有大氣層，高真空，將天文觀測站架設在這種空間里，可以獲得清晰的天體圖像，有利于揭示天體的真實面貌。已在預定軌道上運行多年的哈勃太空望遠鏡（見圖22-5），具有極高的分辨能力和靈敏度，能觀測到140億光年遠處的天體，用它觀察物體所得圖像的清晰度比地面上最好的望遠鏡高10倍。圖22-5哈勃太空望遠鏡宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強輻宇宙空間中的物質資源主要是太陽能資源、月球資源以及其他行星資源。太陽內部進行著劇烈的聚變反應，放出大量的能量。在外層空間設置太陽能電站，能充分吸收并有效利用太陽能。月球離地球最近，它上面雖然沒有生命，卻蘊藏著大量的金屬原料和其他原料，如鐵、鎳、鋁、錳、鈷、鈾、釷等。據探測，如果僅將月球上的資源開發出來，人類可使用1000年以上。月球不僅可以成為人類新的生產基地，還可以成為宇宙航行的中繼站。宇宙空間中的物質資源主要是太陽能資源、月球資源以及其《自然科學基礎》第二十二章課件《自然科學基礎》第二十二章課件《自然科學基礎》第二十二章課件01空間技術的產生和發展01空間技術的產生和發展人類探空活動的歷史大致經歷了氣球、火箭、人造衛星等幾個階段。火箭是中國首先發明的，中國在元、明朝期間應用的火箭武器是現代火箭的始祖。人類進入宇宙空間，主要是由載人宇宙飛船和地球軌道空間站實現的。1961年4月12日，前蘇聯第一個發射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道（見圖22-1），運行108min后安全返回地面，開辟了人類航天的新紀元，標志著人類空間技術進入了新的時代。圖22-1第一位太空人加加林人類探空活動的歷史大致經歷了氣球、火箭、人造衛在此期間，前蘇聯則以建立空間站為重點開展一系列的探空活動。1970年4月24日，中國自制的第一顆人造衛星——東方紅一號發射成功。2004年，中國正式開展月球探測工程，并命名為“嫦娥工程”。嫦娥工程分為“無人月球探測”“載人登月”和“建立月球基地”三個階段。2007年10月24日，“嫦娥一號”成功發射升空，在圓滿完成各項使命后，于2009年按預定計劃受控撞月。2010年10月1日，“嫦娥二號”順利發射，也已圓滿并超額完成各項既定任務。2013年12月2日，“嫦娥三號”探測器在中國西昌衛星發射中心由長征三號乙運載火箭送入太空，14日成功軟著陸于月球雨海西北部，15日完成著陸器巡視器分離，并陸續開展了“觀天、看地、測月”的科學探測和其他預定任務，取得一定成果。在此期間，前蘇聯則以建立空間站為重點開展一系列的探空活動。空間技術的理論基礎空間技術的重要內容02現代空間技術空間技術的理論基礎空間技術的重要內容02現代空間技要使飛行器成為人造地球衛星，必須使飛行器獲得一定的速度，利用物理學的公式算得它的最小速度v1=7.9km/s，這個速度就是所謂的“第一宇宙速度”。要使飛行器成為飛往月球或太陽系其他行星的空間探測器，也必須使飛行器獲得一定的速度，利用物理學的公式算得它的最小速度v2=11.2km/s，這個速度就是所謂的“第二宇宙速度”。所謂“第三宇宙速度”，是指飛行器越出太陽系的引力作用范圍所需要的最小速度，其數值v3=16.7km/s。1．“三個宇宙速度”理論要使飛行器成為人造地球衛星，必須使飛行器獲得一定的速

火箭飛行的依據是動量守恒定律。火箭發射和飛行時，火箭內部的推進劑（燃料和氧化劑）在極短時間里發生爆炸性燃燒，產生大量高溫、高壓的氣體，從尾部噴出。噴出的氣體具有很大的動量，根據動量守恒定律可知，火箭必定獲得數值相等、方向相反的動量，因而出現連續的反沖運動，快速前進。2．火箭推進原理

著名的齊奧爾科夫斯基公式告訴人們，在忽略重力和空氣阻力的情況下，火箭的最大速度v、火箭的噴氣速度v0、火箭起飛時的質量M1、推進劑耗完以后火箭的質量M2，具有如下關系：v=v0㏑M1/M2其中，M1/M2稱為火箭的質量比。由此可見，要提高火箭的速度，必須提高火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比，也就是要采用高性能的推進劑、研制先進的發動機，并盡量減輕火箭的結構量。火箭飛行的依據是動量守恒定律。火箭發射和飛行

空間技術包括運載器、航天器和地面測控系統三個重要組成部分。1．運載器運載器主要是運載火箭，如圖22-2所示。運載火箭包括箭體結構、推進系統和控制系統等幾個部分。目前使用的多級火箭由2～4級組成，前一級火箭的燃料用完后自動脫落，同時后一級火箭點火繼續工作，火箭所運載的航天器裝在最后一級火箭里。目前世界上最大的運載火箭是美國的“土星5號”火箭，它由三級組成，起飛時的重量近3000t，起飛推力達35711kN。圖22-2運載火箭空間技術包括運載器、航天器和地面測控系統三個重要組成2．航天器航天器的種類很多，主要是人造地球衛星，還有空間站、宇宙飛船、航天飛機、空間探測器等。宇宙飛船是來往于地球和空間站之間的重要交通工具。美國于1981年首先試制成功航天飛機，并于當年正式投入使用，至今已飛行數十次。除了美國之外，前蘇聯、西歐、日本、法國也進行了航天飛機的研制。現在，人們又研制另一種先進交通工具——空天飛機（見圖22-3），這種飛機在某些方面更接近于普通飛機，同時能像航天飛機那樣執行太空任務，發射費用只有航天飛機所需費用的10%～20%。圖22-3空天飛機2．航天器圖22-3空天飛機

3．地面測控系統地面測控系統在地面對航天器進行跟蹤、遙測、遙控和保持通信聯系。通過地面測控系統，人們可以獲得航天器運行的各種信息，并可以對航天器進行控制，調節它的運行狀態，以達到人們的預期目的。3．地面測控系統空間位置資源的開發空間環境資源的開發03空間資源的開發空間物質資源的開發空間位置資源的開發空間環境資源的開發03空間航天器位于高空，可以全面觀察地球表面及附近的情況，可以輕松地完成在地面上難以完成的任務。如圖22-4所示。美國于1958年發射世界上第一顆實驗通信衛星，1963年發射第一顆同步通信衛星。此后，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統。此外，民用遙感衛星（包括氣象衛星和地球資源衛星）已在氣象、資源、測繪等領域發揮了重要作用。應用衛星的大家族中