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1、航天科普知識北京航星機器制造公司2011年10月太陽系全家福(老版)這是來自于德國斯圖加特的天文學(xué)家斯特藩有關(guān)金星凌日細(xì)節(jié)的圖片。假冒的太陽黑子—金星(太陽直徑1390000km)(金星直徑12103km)這是2005年5月19日美國國家航天局的漫游者號火星探測車捕捉到的太陽已沉入火星地平線以下的情景。這是卡西尼號宇宙飛船于2004年12月14日拍攝到的土衛(wèi)四以巨大的土星為背景的照片。還有幾個橢圓形風(fēng)暴正沿著土星大氣的云紋運行。在圖象右邊的黑點兒實際上根本不是太陽黑子。那是剛剛升空的發(fā)現(xiàn)者號航天飛機與國際國際空間站接軌在一起的情景。人類雄偉的一步大約經(jīng)過半個世紀(jì)努力,人類終于在1957年將人
2、造衛(wèi)星送入太空,從而開創(chuàng)了航天新紀(jì)元。1961年加加林乘東方1號宇宙飛船進(jìn)入太空,人類實現(xiàn)了遨游太空的偉大理想。1969年阿姆斯特朗乘坐阿波羅11號宇宙飛船登月獲得成功,創(chuàng)造了人類涉足地球以外另一天體的記錄。在大氣層內(nèi)或太空飛行的器械都叫飛行器。飛行器分為三類:航空器、航天器、火箭/導(dǎo)彈。在大氣層內(nèi)飛行的飛行器稱為航空器,如氣球、飛艇、飛機等。在太空飛行的飛行器稱為航天器,如人造地球衛(wèi)星、載人飛船、空間探測器、航天飛機、空間站等。但是飛機飛行高度如果超過30千米,就會因為那上面的空氣太稀薄而托不動飛機。四道難關(guān)①地球引力關(guān)。最終要達(dá)到將近每秒8千米的速度才能跳出這個手掌。一般的民航飛機航行速
3、度每秒不到0.3千米,而聲音的傳播速度每秒不足0.4千米,子彈剛出槍口的速度大約每秒1千米,因而它們都跳不出這個手掌。至少要比子彈的速度大8倍,才有可能克服地球引力而不落到地球上。只有達(dá)到第一宇宙速度,即7.9千米/秒的時候,才能成為地球的衛(wèi)星。達(dá)到第二宇宙速度,即11.2千米/秒的時候,才能像地球、金星、火星等星體那樣,成為太陽系的一顆新行星。當(dāng)達(dá)到第三宇宙速度,即16.7千米/秒的時候,就可以飛出太陽系。②真空關(guān)。人離不開氧氣,而一般汽車、輪船或飛機的發(fā)動機也需要“呼吸”空氣里的氧氣才能工作。而且,輪船和飛機還需要流體的浮力和反作用力才能運行。③急劇變化的溫度環(huán)境關(guān)。地球上最熱的地方大約
4、40℃,最冷的地方也不過零下40℃。而在空間離地球不遠(yuǎn)處,向陽面的溫度可高達(dá)200℃,背陽面可冷到零下100℃。在遠(yuǎn)離恒星的空間,環(huán)境溫度接近于絕對零度;而在恒星附近,溫度則高達(dá)幾百至幾千攝氏度。地面上的熱量交換、傳導(dǎo)、對流和輻射都起作用??墒窃谔?,主要依靠輻射進(jìn)行熱交換。④有害輻射關(guān)。如果沒有大氣中的臭氧層對紫外線的強烈吸收,地球上的生物將無法生存。此外,地球磁場對射向地球的粒子輻射也起到屏蔽作用,如太陽射出的稱為“太陽風(fēng)”的帶電粒子流,由于地球磁場的屏蔽而不能直入地面。但是,人類一旦進(jìn)入大氣層外的空間,就將暴露于這些有害輻射之下。一、運載火箭架起通天橋航天離不開火箭。在人類漫長的航天征
5、途中,中國古代發(fā)明的火箭功不可沒。俄國的齊奧爾科夫斯基,在本世紀(jì)初曾被人們譏笑為古怪的夢想家。但恰恰就是這位火箭鼻祖,最早從理論上提出,用多級火箭或叫“火箭列車”可以克服地球引力而進(jìn)入太空1926年3月16日美國戈達(dá)德博士,成功地發(fā)射了世界上第一枚液體推進(jìn)火箭。盡管這枚小巧的火箭,只飛行了短短的2.5秒鐘,到達(dá)12米高,56米遠(yuǎn)處,但是人類終于找到了打開太空王國大門的金鑰匙。運載火箭一般由2~4級組成,每一級都包括箭體結(jié)構(gòu)、推進(jìn)系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)。末級有儀器艙,內(nèi)裝制導(dǎo)與控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)和發(fā)射場安全系統(tǒng),這些系統(tǒng)有一些組件分置在各級適當(dāng)?shù)奈恢谩<壟c級之間靠級間段連接。有效載荷裝在儀器艙上面
6、,外面套有整流罩。整流罩是一種硬殼式結(jié)構(gòu),其作用是在大氣層飛行段保護(hù)有效載荷,飛出大氣層后就可拋掉。整流罩往往沿縱向分成兩半,由彈簧或無污染炸藥索產(chǎn)生分離力而分開。整流罩直徑一般等于火箭直徑,在有效載荷尺寸較大時,也可大于火箭直徑,形成燈泡形的頭部外形。運載火箭是在第二次世界大戰(zhàn)后,在導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。通常把發(fā)射人造衛(wèi)星的火箭稱做運載火箭,把帶有彈頭的火箭稱做導(dǎo)彈。因此,導(dǎo)彈與運載火箭主要是運載對象不一樣。運載火箭發(fā)展的第一個里程碑,是利用洲際導(dǎo)彈,或者是在中程導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上增加末級火箭。原蘇聯(lián)就是利用這種辦法,從1957年開始接二連三地發(fā)射各種衛(wèi)星、飛船,當(dāng)時實在令人感到深奧莫測。運載
7、火箭發(fā)展的第二個里程碑,是利用已有的中程或遠(yuǎn)程導(dǎo)彈,改裝成組合型多級運載火箭,幾乎任何一種火箭或?qū)?,都可以作為多級運載火箭組合體的組成部分。美國就是以“雷神”中程導(dǎo)彈,“大力神”、“宇宙神”洲際導(dǎo)彈為基礎(chǔ),配置新研制的“德爾它”型固體推進(jìn)劑、“阿金納”型液體推進(jìn)劑、“半人馬座”型液氫液氧推進(jìn)劑的三種通用性末級火箭,進(jìn)行積木式組合,派生出許多種性能不同的運載火箭。用這些火箭發(fā)射了各種科學(xué)衛(wèi)星、地球觀測衛(wèi)星、通