第八講空間技術(shù)課件

第八章現(xiàn)代航空航天和海洋技術(shù)1第一節(jié) 航空航天技術(shù)2一、發(fā)展空間技術(shù)的重要意義二、空間科學(xué)技術(shù)的起源三、現(xiàn)代空間技術(shù)的發(fā)展四、我國空間技術(shù)的發(fā)展五、空間技術(shù)的未來1、風箏3《韓非子》：墨子為木鳶，三年而成，蜚一日而敗又傳韓信所發(fā)明。唐朝起成為玩具威爾遜用6只風箏把溫度儀帶到高1749年，英空1752年，美1804年，英富蘭克林引雷電凱利制成滑翔機2、氣球4孔明燈 松脂燈1782年

法

蒙哥費爾制熱氣球1783年8月27日 法詹姆士·查理進行氫氣球?qū)嶒?978年8月12日 美

阿布魯佐、安德森、

紐曼乘“雙鷹2號”氦氣球第一次飛越大西洋3、飛艇51852年9月 法紀華德造出第一只乘人飛艇1894年內(nèi)燃機1900年1900年1936年謝纘泰造出“中國號”，用的是德齊柏林造硬式飛艇飛艇投入商業(yè)運行興登堡號飛艇航空是大氣層內(nèi)的飛行活動。航空技術(shù)是綜合性高技術(shù)，在理論和設(shè)計的基礎(chǔ)上，材料技術(shù)是關(guān)鍵，電子

技術(shù)是靈魂。20世紀初，萊特兄弟發(fā)明飛機，標志著一個全新時代的來臨。

20世紀30～40年代，歐洲人發(fā)明了渦輪噴氣式發(fā)動機，

它依靠燃料和空氣爆燃時的高壓空氣在所有內(nèi)壁產(chǎn)生的總壓力，推動飛機前進，尾部噴出的氣流速度接近音速或超過音速許多倍。隨之，噴氣式飛機實現(xiàn)了超音速飛行。航空的基礎(chǔ)理論是空氣動力學(xué)。噴氣式飛機靠噴氣發(fā)動機提供推力，靠機翼產(chǎn)生升（舉）力，靠水平尾翼和垂直尾翼組成的操縱面控制飛行姿態(tài)。直升飛機用活塞式發(fā)動機，通過螺旋槳提供升力并操控。64、飛機1849年英凱萊滑翔機1842年型飛機英亨森和斯特林費洛蒸汽機模1891年德利林塔爾出版《論作為航空基礎(chǔ)的鳥類飛行》，并造出一架滑翔機1903年奧維爾·萊特和威爾伯·萊特兄弟制造了第一架現(xiàn)代意義上的飛機第一次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)空軍德

奧海因試制成第一架噴氣式1914年1939年

飛機7利林塔爾飛行圖8萊特兄弟哥哥(左)

Wilbur

Wright1867－1912弟弟Orville

Wright1871－1948馮如

1883－191210二、航天技術(shù)的發(fā)展

航天是穿越大氣層的飛行活動。航天技術(shù)是探索、開發(fā)和利用太空以及地球以外

的天體的綜合性工程技術(shù)，包括對大型運載火箭、巨型衛(wèi)星、字宙飛船、航天飛機、永久空間站、空間資源、空間工業(yè)、空間運輸及空間軍事技術(shù)的研究與開發(fā)。111、火箭121903年俄

齊奧爾科夫斯基在《以噴氣裝置探測宇宙空間》提出液體燃料1926年1923年

德

奧伯特提出多級火箭美

火箭研制的先驅(qū)者、科學(xué)家羅伯特·戈達德研制發(fā)射了世界上第一枚液燃助推火箭，這枚火箭上升了４１英尺。1930年1943年馮布?勞恩研制出液體火箭A-1

德國造出V-2導(dǎo)彈戈達德H.Geddard1882－19452人造衛(wèi)星1、軍用衛(wèi)星2、地球資源衛(wèi)星3、通訊衛(wèi)星

地球同步通訊衛(wèi)星高36000km，與地球自轉(zhuǎn)同步，好象尋在高空不動。1964、8、19

美國發(fā)射成功4、氣象衛(wèi)星

太陽同步極地衛(wèi)星同步氣象衛(wèi)星14蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星1957年10月4日晚，蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星──“衛(wèi)星一號”，這個略顯粗糙的金屬小圓筒的發(fā)射成功，象征著人類探險新時代的開始，蘇聯(lián)也成為第一個向外太空發(fā)射衛(wèi)星的國家。153、載人飛船1961年4月21日，在拜克努爾發(fā)射場，蘇聯(lián)第一個也是世界上第一個宇航員尤里.加加林乘坐東方一號宇宙飛船繞地球飛行一周后安全返回，這是人類第一次成功的載人航天活動。1961年 5月5日，美國宇航員艾倫·謝潑德隨“自

由”７號飛船到達距地球116.5英里的遠地點，他在亞軌道飛行持續(xù)了１５分鐘，成為美國第一位太空人。1962年 2月20日，約翰.H.格倫中校乘坐水星六號飛船成為美國第一個進入地球軌道的人。1969年 1月14日—17日，蘇聯(lián)聯(lián)盟4、5號飛船實現(xiàn)首次載人飛船之間的對接。16第一個

宇航員伽伽林Y.A.Gagalin1934-196817美國宇航員爾·阿姆

斯特（頭盔中影像）和巴茲·奧爾德林（如圖）乘“阿波羅

”11號飛船（如右圖）首次登月俄羅斯“聯(lián)盟TM”號載人飛船是現(xiàn)今唯一在使用的載人飛船型號1969、7、16 美“阿波羅”8號飛船由“土星”5號運

載火箭攜帶奔向月球

18航天飛機

航天飛機是現(xiàn)今唯一可重復(fù)使用的載人航天器，它垂直起飛、水平降落。1969年4月，美國宇航局提出建造一種可重復(fù)使用的航天運載工具計劃。航天飛機由可回收重復(fù)使用的固體火箭助推器，不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成1981年 美國“哥倫比亞號”首次試航成功1986、1、28 美“挑戰(zhàn)者號”發(fā)射中因爆炸而毀1988

蘇聯(lián)發(fā)射“暴風雪號”航天飛機2003、2、1 美國“哥倫比亞號”在返航途中失事迄今為止，投入使用的航天飛機有“哥倫比亞號”、“挑戰(zhàn)者號”、 “發(fā)現(xiàn)者號”、 “大西洋號”、

“奮進者號”19空天飛機20空天飛機是航空航天飛機的簡稱。它集飛機、運載器、航天器等多重功能于一身，既能在大氣層內(nèi)作高超音速

飛行，又能進入軌道運行。與航天飛機相比，空天飛機多了一個在大氣層中航空的功能，而且它起飛時也不使用火箭助推器。與航天飛機箱比較具有的優(yōu)點：一是充分利用大氣層中的氧，以減少飛行器攜帶的氧化

劑，從面減輕起飛重量；二是整個飛行器全部重復(fù)使用，除消耗推進劑外不拋棄任何部件；三是水平起飛，水平

降落，簡化起飛（發(fā)射）和降落（返回）所需的場地設(shè)施和操作程序，減少維修費用。

“挑戰(zhàn)者號”爆炸時的情景1986年

1月28日，美“挑戰(zhàn)者號”航天飛機升空后不久發(fā)生爆炸，七名宇航員全部罹難。21（（“哥倫比亞號”墜落22罹難的七名機組人員2003年

2月1日，“哥倫比亞”號航天飛機返回地面途中解體，7名航天員遇難。星際探測器231959、31961、21961年美“先驅(qū)者4號”飛越月球“金星”1號距金星10萬km“火星”1號來到目的地1965

“水手”4號從1萬km處飛越火星美“海盜”1號在火星上拍攝大量“旅行者”1號、2號飛往另一個恒1976年

照片1977年

星世界火星探測史·1962年：前蘇聯(lián)火星1號飛火星失敗·1965年：美水手4號探測器飛越火星·1971年：前蘇聯(lián)火星2號在火星著陸·1972年：美水手9號沿火星軌道飛行·1976年：海盜1號和2號在火星著陸·1989：福波斯1、2號往火星途中失蹤·1993：火星觀察者抵火星軌道前失蹤·1996年：俄“火星—96”發(fā)射失敗·1997：火星環(huán)球勘探者進入火星軌道·1997年：美火星探路者在火星著陸·1998年：美國發(fā)射火星氣候探測器·1999：美發(fā)射火星極地著陸者探測器·2003年6月2日：歐洲發(fā)射“火星快車”號2003年6月和7月：美國分別發(fā)射“勇氣”號和“機遇”24最新的火星探測器為2003年

二月歐洲航天局發(fā)射的“火星快車”號、同年6月10日、7月7日美國發(fā)射的“勇氣號”、“

機遇號”火星探測器。目前，

正在火星工作的火星探測裝置

有美國“火星環(huán)球勘測者”號

和“奧德賽”號探測器、歐洲的“火星快車”號和日本的“

希望號”也在奔赴火星的途中。最近的火星探測熱的“機遇號”火星探測器原因是因為2003年8月27日，火星與地球?qū)⑦_到自1924年以來的最近距離，兩個星球下一次達到這個距離要等到2287年，因此各國抓緊機會在8月27日左右使各自的探測器著陸。他們的相同任務(wù)是尋找水的痕跡，以揭開火星生命之謎。25（左上）“勇氣號”脫離運載火箭；（右上）“勇氣號”火星車；（右下）“小獵犬2”著陸器26太空實驗室和空間站271971、4、19 蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮1號”空間站，此

后又發(fā)射了“禮炮2號”－ “禮炮5號”，只有一個對接口，是第一代空間站。1973年 美“天空實驗室”由土星5號改造后發(fā)

上去。1982年 蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮7號”，對接口增加到兩

個，是第二代空間站1983年1986年歐洲“空間實驗室”前蘇聯(lián)發(fā)射“和平號”空間站，被譽為“人造天宮”，是第三代空間站。目前，各國聯(lián)合研制“阿爾法”號國際空間站。1986年2001年282月20日，蘇聯(lián)“和平號空間站”發(fā)射升空，它被使用了15年。美歐等國家和地區(qū)開始建立“阿爾法”國際空間站，同年3月23分，北京時間14時0分12秒，“和平號”空間站墜入南太平洋?！昂推健碧柨臻g站三

我國的空間事業(yè)29

1981年 9月20日，中國首次用一枚“長征二號”火箭發(fā)射三顆衛(wèi)星成功，提高了發(fā)射衛(wèi)星的效率，同時在軍事方面證明了中國有研制多彈頭洲際導(dǎo)彈的能力。1984年4月8日，“長征三號”運載火箭成功發(fā)射“東方紅二號”實驗通信衛(wèi)星，標志中國航天空間科技進入應(yīng)用階段，成為世界上第五個能夠研制和發(fā)射地球同步衛(wèi)星的國家。1988年9月7日，中國用“長征四號”運載火箭將中國第一枚氣象衛(wèi)星“風云一號”送入太空。1990年 7月16日，“長征二號”捆綁式運載火30箭首射成功，將一顆模擬衛(wèi)星和一顆巴基斯坦衛(wèi)星送入太空?！伴L二”火箭的研制成功為載人航天奠定了基礎(chǔ)。1997年5月12日，“長征三號甲”運載火箭成功發(fā)射“東方紅三號”通信衛(wèi)星，中國大容量通信衛(wèi)星技術(shù)實現(xiàn)重大突破。1999年 11月20日6時30分，“神舟一號”在酒泉基地發(fā)射成功。2001年1月10日，“神舟”二號在酒泉基地發(fā)射成功。搭載有進行生命科學(xué)等實驗的共計64臺科學(xué)儀器。2002年313月25日及12月30日，神舟三號、四號發(fā)射成功。2003年

10月15

號，“神舟”五號載著我國第一名宇航員楊利偉順利進入太空，繞地球飛行14

圈后成功返回，我國成為世界上第三個能獨立將宇航員送入太空的國家。32宇航員楊利偉33神舟5號神舟五號的逃逸塔神舟五五五號返回艙嫦娥奔月計劃342004年3月，我國第一次繞月探測工程第一次工

作會召開，首次明確，“嫦娥”一號繞月衛(wèi)星及其運載火箭將于2007年前完成全部研制工作，待命出廠并發(fā)射升空。“嫦娥”探月初步設(shè)想“三步走”：第一階段為繞月探測；第二階段將實現(xiàn)月面

軟著陸探測與月面巡視堪察，為月球基地的選址提供月面環(huán)境、地形、月巖的化學(xué)與物理性質(zhì)等數(shù)據(jù)；第三階段計劃完成月面巡視堪察與采樣返回?？臻g技術(shù)的未來35

“地球是人類的搖籃，但人類不能永遠

生活在搖籃里。”人類設(shè)想建立月球基地、行星站、空間工廠、衛(wèi)星發(fā)電廠、太空城、建立火星據(jù)點、太空永久居民點。

四、航天技術(shù)的未來1.建立太空工廠

建立太空工廠將不會是太遠的事情?？臻g試驗結(jié)果使專家們相信，在空間工廠有可能生產(chǎn)大約500種能給工業(yè)帶來革命性變化的新材料;在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域，可生產(chǎn)用于治療各種疾病的新藥。專家估計，在空間生產(chǎn)這些材料和藥品，比在地球上生產(chǎn)，利潤要高出5～10倍。空間站和空間平臺是建立空間工廠、開發(fā)工業(yè)生產(chǎn)的理想場地。2.太空工業(yè)化太空工業(yè)化是未來航天技術(shù)發(fā)展的重大主題。太空工業(yè)包括太空加工、生產(chǎn)、制藥、冶煉以及太空信息產(chǎn)業(yè)、太空旅游業(yè)和太空能源，更遠期的太空工業(yè)還包括月球和行星資源開發(fā)。太空工業(yè)化初級階段完全可能在醫(yī)藥、光學(xué)玻璃、電子器件、磁性材料、工業(yè)工具、加工等方面引發(fā)新的工業(yè)革命。支持這些活動的基礎(chǔ)是承載人和物資的運輸手段。人們期待著實現(xiàn)在經(jīng)濟性、可靠性和安全性方面更優(yōu)越的新一代可重復(fù)使用的航天飛機。

363.空間太陽能電站建設(shè)

近地軌道的空間太陽能電站建設(shè)將是一項全球任務(wù)。

在21世紀中期有可能實