世界航天技术发展 Lele was written in 2021 世界航天科技发展 总编辑：胡建桥 学号:5 前言 通过本期书刊你可以跟深入的了解浩瀚的宇宙,了解人类航天发展史从领导在人航天再到星球探索所走过的种种历程和艰险,读完本刊你会感叹人类的强大,人类的智慧才是世界上最高的,欢迎广大读者阅读,希望会支持本期刊. 主编人: 胡建桥 2013 年 3 月 1 日出 目录 第一颗航天器的发射 探索浩瀚的宇宙，是人类千百年来的美好梦想。我国在远古时就有嫦娥奔月的神话。公元前 1700 年，我国有顺风飞车，日行万里之说，还绘制了飞车腾云驾雾的想像图。外国也有许多有关月亮的美好传说。 自从 1957年 10 月 4 日世界上第一颗人造地球卫星上天以来，到 1990 年 12 月底，前苏联、美国、法国、中国、日本、印度、 人类第一颗人造卫星 以色列和英国等国家以及欧洲航天局先后研制出约 80 种运载火箭，修建了 10 多个大型航天发射场，建立了完善的地球测控网，世界各国和地区先后发射成功 4127 个航天器。其中包括 3875 个各类卫星，141 个载人航天器，111 个空间探测器，几十个应用卫星系统投入运行。目前航天员在太空的持续飞行时间长达 438 天，有 12 名航天员踏上月球。空间探测器的探测活动大大更新了有关空间物理和空间天文方面的知识。到上世纪末，已有 5000 多个航天器上天。有一百多个国家和地区开展航天活动，利用航天技术成果，或制定了本国航天活动计划。航天活动成为国民经济和军事部门的重要组成部分 航天技术是现代科学技术的结晶，它以基础科学和技术科学为基础，汇集了 20 世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半 体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交 渗透，产生了一些新学科，使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求，又促进了科学技术的进步。 火箭技术 火箭技术推动了人类航天发展的历史火药是中国古代的四大发明之一，火箭是在火药发明之后中国人发明的。早在公元 1000 年宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器，13 世纪初传到外国。传说在 14世纪末，中国有个学者万户在坐椅背 火药 后安装 47 支当时最大的火箭，两手各持大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但是一声爆炸之后，只见烟雾弥漫，碎片纷飞，人也找不见了。为纪念这位世界上第一个试验火箭飞行的勇士，月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。18 世纪，印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程达 3 公里。这些初期火箭的原理成了近代火箭技术的基础。 19 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。 齐奥尔科夫斯基 戈达德 奥伯特 齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典着作中，对火箭飞行的思想进行了深刻的论证，最早从论上证明用多级火箭可以克服地心引力进 入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程，奠定了理论基础。他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议，经过了短短的 30 年就实现了。他预想到现代火箭的真实结构，并论述了关于液氢-液氧作为推进剂用于火箭的可靠性，设想用新的燃料（原子核分解的能量）来作火箭的动力。他具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件，火箭由地面起飞的条件，人造地球卫星及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。他还提出过许多的技术建议，如建议用燃气舵控制火箭，用泵来强制输送推进剂，以及用仪器自动控制火箭等，都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。 戈达德博士在1010 年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919 年的论文中提出了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有 7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力，1926 年 3 月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭，飞行速度 103km/h，上升高度12.5 米，飞行距离 56 米。 奥伯特教授在他 1923 年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理，而且还说明火箭只要能产生足够的推力，便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和戈达德一样，他也对许多种推进剂的组合进行了广泛的研究。 开心一刻： 空中小姐用和谐悦耳的声音对旅客命令道：“把烟灭掉，把安全带好。” 所有的旅 客都按照空中小姐的吩咐做了。过了 5 分钟后，空中小姐用比前次还 优美的声音命令道：“ 再把安全带系紧一点吧，很不幸，我们飞机上忘了带食品” 世界各国研制和发射的火箭 真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932 年德国就发射 A2 火箭，飞行高度达 3 公里。1942 年 10 月发射成功V-2 火箭（A4 型），飞行高度 85 公里，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。 1945 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。 v2 火箭 1948 年自行设计了 P-1 火箭，射程达 300 公里。1950 年和 1955 年又先后研制成 P-2 和 P-3 火箭，射程分别达到 500 公里和 1750 公里。1957 年 8 月，成功发射两级液体洲际导弹 P-7，射程 8000 公里，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quot;人造地球卫星 1 号，从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种先后研制成功东方号、联盟号、宇宙号、 阿里安1 号运载火箭质子号、能源号等多种型号的运载火箭,将 100 多吨的有效载荷送入近地轨道。 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 日丘辟特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 quot;红石号、侦察兵号、大力神号和土星号等运载火箭。 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，主 丘辟特C 火箭 要有 CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4 四种基本型运载火箭和 CZ-1D、C（CZ-2C）、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B 等几种改进型。 1990年 4 月 7 日，中国 CZ-3 运载火箭发射成功美国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。 法国从 50 年代开始自行研制探空火箭和导弹，并在此基础上研制钻石号运载 长征三号运载火箭 火箭。1965 年 11 月至 1967 年 2 月，法国钻石号火箭将 A-1、D-1 人造卫星送入太空。法国积极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业，它是欧洲空间局的主要成员国，并承担阿里安号运载火箭的大部份研制工作。 欧空局正式成员国有比利时、丹麦、法国、联邦德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和英国；非正式成员国有奥地利和挪威；加拿大为观察员国。由欧空局研制的阿里安1 号运载火箭于 1979 年 12月 24 日首次发射成功。迄今已研制有阿里安1-5 号五种基本型和多种改进型火箭。阿里安4 号为欧空局主要运载工具，至今已发射 80 余次，失败 7 次，成功率在世界商用卫星运载工具中名列前茅。 日本自1963 年开始研制谬系列固体运载火箭，共有 4 代。1970 年日本宇宙开发事业团决定引进美国德尔它号运载 火箭技术，以发展本国的 N 号运载火箭。1975 年 9 月，日本首次用 N-1火箭成功地发射了菊花1 号技术试验卫星。1994 年试验成功带有氢氧燃料装置的 N-2 火箭。印度自行研制成功运载火箭系列 SLV，ASLV，PSLV 和GSLV。2001 年 4 月同步轨道卫星运载火箭、GSLV 发射成功。 此外，还有英国、意大利、加拿大、 菊花1 号技术试验卫星 印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国均有利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。 开心一刻：大学校园的草坪上，总为了抄近路而践踏，后勤处的老师就在草坪边上立下比如“绿草茵茵，踏之何忍”、“芳草青青，脚下留情”之类的警示标语，但是效果不明显。 这几天要举行考试，踩草坪的人更多了。 后勤部门到底是高手云集，想出了一个绝妙的告示牌，从此再有没有人踩草坪。 那告示牌上写着：“踩一棵，挂一科。” 卫星时代 人造地球卫星的计划设想早在 1945 年就在美国出现，美海军航空局已着手研究一种把科学仪器送入太空的卫星，次年美国陆军航空局在审quot;兰德计划的一项类似的研究报告中，就有实验性环球空间飞行器的初步设计。随着现代科学技术和一系列大功率运载火箭的发展，为人造地球卫星的研制和发射打下了坚实的基础。 1957 年 10 月 4 日，前苏联用卫星号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，卫星呈球形，外径 0.58米，外伸 4 根条形天线，重公斤，卫星在天上正常工 第一颗人造卫星 作了三个月。同年 11 月 3 日，前苏联发射了第二颗卫星，卫星呈圆锥形，重 508.3 公斤，这是一颗生物卫星，除了利用小狗莱伊卡作生物试验外，还有于探测太阳紫外线，X 射线和宇宙线。按照今天的标准衡量，前苏联的第一颗卫星只不过是一个伸展开发射机天线的圆球，但它却是世界第一个人造天体，把人类几千年的梦想变成现实，为人类开创了航天新纪元。 人造地球卫星出现之后，60 年代前苏联和美国发射了大量的科学实验卫星、技术实验卫星和各类应用卫星。70 年代军、民用卫星全面进入应用阶段，并向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋和地球资源等专门化方向发展。同时各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本方向发展。80 年代后期新起的单一功能的微型化、小型化卫星是卫星发展上的新动向，这类重量轻、成本低、研制周期短、见效快的小型卫星将是未来卫星的一支生力军。除美、苏外，中国、欧洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等国都拥有自己研制的卫星。 为什么经过短短的三十多年，航天活动取得了如此迅速的发展呢除了美、苏搞空间军备竞赛发射了大量的军事应用卫星外，主要是人类一开始就非常重视航天技术的应用。航天活动大大扩大了人类知识宝库和物质资源、给人类日常生活带来了重大的影响和巨大的经济效益。航天活动大大推动了现代科学技术和现代工农业的向前发展。 空间探测 空间探测的主要目的是：了解太阳系的起源、演变和现状；通过对太阳系内的各主要行星及其卫星的比较研究进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。 月球探测 月球是地球的唯一的天然卫星，自然成为空间探测的第一个目标。直接考察月球有助于更好地了解地-月系统的起源，月球是未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的第一个定居点。 美国和前苏联自 1958 年至 1976 年 8 月共发射过 83 个无人月球探测器，其中美国36 个，前苏联 47 个。此后，美、苏再也没有发射过无人月球探测器。1990 年 1 月日本发射了一颗月球探测器，成为第三个向月球发射探测器的国家。探测器由两部分组成，一部分（182 公斤）进入大椭圆轨道，在地-月系统中飞行，另一部分（11 公斤）在月球轨道上飞行。日本还计划在 1996 年 2 月发射一颗重 550 公斤（含推进剂 190 公斤）的月球-A 探测器。 月球探测已经实现的主要方式有：（1）在月球近旁飞过或在其表面硬着陆，利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄月球照片；（2）以月球卫星的方式获取信息，其特点是探测时间长并能获取较全面的资料；（3）在月球软着陆，可拍摄局部地区的高分辨率照片和进行月面土壤分析。 1999 年 7 月 31 日，为了确证月球上到底有没有冰，美国月球勘探者号进行了飞行器撞击月球实验。 行星和行星际探测 人类长期借助于天文望远镜观测行星表面的细节，发现了土星光环、木星卫星和天王星；运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星；借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气层观 首颗外行星探测器 测行星，已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星和行星际空间的研究提供了新的手段。自 1960 年至 1978 年美、苏和西德共发射了 63 个行星和行星际探测器，其中美国 23 个，前苏联 38 个，西德 2 个。采用的探测方式有：（1）从行星附近飞过拍摄照片，测定它们的辐射和磁场；（2）在行星表面硬着陆，直接探测行星大气；（3）绕行星飞行，成为行星的人造卫星；（4） 在行星上软着陆，对行星表面进行细致的分析和探测。 对行星的探测 1960 年 3 月发射了第一个行星际探测器先驱者5 号，进入了一条天文单位的椭圆日心轨道，测量了行星际磁场、行星际粒子和太阳风，探测表明太阳风像喷水池螺旋形喷水图形；发现地球磁场在向着太阳的一面被太阳风压缩，另一面至少延伸到 500 万公里远。1962 年 8 月发射的水手2 号成功地飞过金星，发现金星没有磁场和辐射带。1970 年 8 月发射的金星7 号第一次降落金星表面，探测表明金星表面温度为 475，压力为 9015 个大气压。多次探测表明金星有稠密的大气层和厚厚的云层和频繁的闪电，发现金星大气中二氧化碳占 97%，氮气占 1%3%，水气占%。1964 年 11 月发射的水手4 号飞过火星，探测表明火星没有辐射带和磁场，测量到火星电离层的特性和大气密度垂直分布，火星表面大气压不到海平面大气压的百分之一，照片表明火星上的环形山与月球相似。1975 年 8 月发射的海盗1 号第一次在火星上着陆成功，探测表面火星大气中尘土含量很高，火星大气本身二氧化碳占 95%，氮占%，还有微量的氩、氧和水汽；对火星土壤分析表明，硅占 15%20%，铁占4%，还有少量的钙、铝、硫、钛、镁、铯和钾。1973 年 11 月发射的水手10 号，同水星相会的探测表明，水星有极稀薄的含有微量氩、氖和氦的大气，只有地球大气的一万亿分之一；水星表面温度在 510-210之间；水星有磁场，强度是地球磁场强度的百分之一，照片表明水星有密密麻麻环形山。1972 年 2 月和 1973 年 4月发射的先驱者10 号和 11 号发现木星的辐射带强度是地球辐射带强度的 10000 倍，而且它的脉动磁场延伸到土星附近，发回了木星和土星云量的图像，有关土星主外光环很有价值的资料，它们通过小行星带时没有受到损害，它们最终将飞出太阳系进入恒星际空间，它们带有会被地外文明世界理解的信息牌。 为了探索宇宙的奥秘，美欧联合研制的哈勃空间望远镜于 1990 年 4 月发射升空，这项计划获得了巨大的成功，十年间进行了 10 多万次的天文观测，观测了大约 13670 个天体，向地球发回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙诞生早期的原始星系、慧星撞击 哈勃空间望远镜 木星以及遥远星系等许多壮观图像，为近 2600 篇科学论文提供了依据。这是人类空间天文观测工作的一个里程碑。 1997 年 7 月 4 日，美国探路者号火星探测器在火星表面安全着陆，并释放出一辆火星 quot;漫游者号，第一次拍摄到火星的彩色三维立体图像，传回地球大量的火星表面的照片。 载人航天 载人航天在航天活动中占有重要位置。尽管航天器携带装置精确、灵敏度高、能自动观察、操作、储存、处理数据，但它们不能代替人的思维。初期载人航天器一方面研究航天技术，另一方面进行生物学和医学试验，研究航天员在长期失重条件下的反应，航天员在密闭舱中的工作能力，航天器对接时和走出航天器时的人的生理反应。 前苏联自1961 年 4 月到 1970 年 9 月共发射了 17 艘载人飞船（东方号 6 艘、上升号 2 艘 quot;联盟号 9 艘）。1965 年 3 月航天员在上升号上第一次走出飞船，1966 年 1 月两艘联盟号飞船第一次在轨道上交会对接，并实现两个航天员从一艘飞船向另一艘飞船转移。1971 年到 1982 年发射了 7 艘重量为 1820 吨的礼炮号空间站，截至 1985 年还发射了 27 艘载人飞船（联盟T 号、TM 号）和 25 艘无人飞船（进步号）用作天地往返运输系统。1986 年发射了和平号空间站，这是未来永久性空间站的核心舱，将于 90 年代建成由 7 个舱组成的大型空间站。俄罗斯计划 21世纪前期发射无人和载人火星飞船以及建立载人月球基地。设计寿命为五年的和平号空间站运行了十五年，于 2001 年 3 月 23 日 13 时 59 分安全地坠落在南太平洋海域。 美国自 1961 年 5 月至 1966 年 11 月发射了 16 艘载人飞船（水星和双子星座）。水星和双子星座计划是载人登月飞行目标阿波罗计划的头两个阶段。1965 年 6 月双子星座飞船上的航天员第一次步入太空，1966 年 3 月双子星座-8 号和阿金纳飞行器在轨道上第一次成功地实现对接，此后，双子星座飞船系统进行过多次交会和对接。1967 年至 1972 年共发射了 14 次阿波罗飞船（其中 3 次无人飞行，3 次载人绕月飞行，6 次载人登月飞行，12 名航天员登上月球）。1973 年发射了天空实验室并和阿波罗飞船进行过对接。1969 年尼克松政府宣布 70 年代研制载人航天飞机，1984 年里根政府宣布 90 年代建立永久性载人空间站。 1993 年 9 月美俄二国达成协议，合作建造一个有 16 国参加的国际空间站，2006 年完成。2001 年 5月，美国宇航发烧友蒂托进入国际空间站俄罗斯舱遨游 8 天，成为地球旅客航天游第一人。 另一方面，美国和俄罗斯关于载人火星飞行的计划正在悄悄进行之中。二、三十年以后，人类就可能登上红色的行星-火星。 中国航天 1999 年 11 月 20 日凌晨，中国载人航天计划中发射的第一艘无人实验飞船“神舟一号”飞船在酒泉卫星发射基地顺利升空，经过 21 小时的飞行后顺利返回地面。“神舟二号”：中国第一艘正样无人飞船。2002年 3 月 25 日，“神舟三号”飞船发射升空，于 4 月 1 日返回地面 2002年 12 月。“神舟四号”在经受了零下 29 摄氏度低温的考验后，于 30 日0 时 30 分成功发射，突破了中国低温发射的历史纪录。2003 年 1 月 5日，飞船安全返回并完成所有预定试验内 “神舟五号”：中国首位航天员进 2003 年 10 月 15 日，中国第一艘载人飞船“神舟五号”成功发射。中国入太空首位航天员杨利伟成为浩瀚太空的第一位中国访客。 “神舟五号”21 小时 23 分钟的太空行程，标志着中国已成为世界上继俄罗斯和美国之后第三个能够独立开展载人航天活动的国家。“神舟六号”：实现“多人多天”飞行任务 2005 年10 月 12 日，中国第二艘载人飞船“神舟六号”成功发射，航天员费俊龙、聂海胜被顺利送上太空。17 日凌晨，在经过 115 小时 32 分钟的太空飞行后，飞船返回舱顺利着陆。 “神舟六号”是中国第二艘搭载太空人的飞船，也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。这也是世界上人类的第 243 次太空飞行。飞船进行了中国载人航天工程的首次多人多天飞行试验，完成了中国真正意义上有人参与的空间科学实验。“神舟七号”：航天员出舱在太空行走， 2008 年 9 月 25 日，中国第三艘载人飞船“神舟七号”成功发射，三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。“神舟七号”飞船载有三名宇航员分别为翟志刚(指令长)、刘伯明和景海鹏。“神舟七号”飞船候补梯队航天员分别为陈全(指令长)、费俊龙、聂海胜。主要任务是实施中国航天员首次空间出舱活动，同时开展卫星伴飞、卫星数据中继等空间科学和技术试验。27日，翟志刚身着中国研制的“飞天”舱外航天服，在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下，进行了 19 分 35 秒的出舱活动。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。“神舟八号”：将与“天宫一号”实现对接 随着“天宫一号”的成功发射，中国将依次发射“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”飞船，分别与“天宫一号”完成空间交会对接，从而建立中国第一个自己的空间站。 发射神舟八号飞船，实施中国首次空间飞行器无人交会对接飞行试验。 实习总结 ：本次实习让我学会了如何使用 word office 让我了解了 制作期刊的格式，还让我更深的了解到了我国和世界的航天技术发 展史，让我更加对人类的航天事业充满希望！非常感谢能有这样一次机会。