空間科學技術學習教案

1、會計學1空間空間(kngjin)科學技術科學技術第一頁，共87頁。 14世紀末期，明朝的士大夫萬戶把47個自制的火箭綁在椅子上，自己坐在椅子上，雙手舉著大風箏。設想利用火箭的推力，加上風箏的力量飛起。不幸火箭爆炸，萬戶也為此獻出了生命。 萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借助(jizh)火箭推力升空的創(chuàng)想是世界上第一個，因此他被世界公認為“真正的航天始祖”，為了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬戶山”。 第1頁/共87頁第二頁，共87頁。第2頁/共87頁第三頁，共87頁。第3頁/共87頁第四頁，共87頁。第4頁/共87頁第五頁，共

2、87頁。第5頁/共87頁第六頁，共87頁。空間空間(kngjin)-(kngjin)-人類人類的第四環(huán)境的第四環(huán)境進入第四環(huán)境需要克服的難關進入第四環(huán)境需要克服的難關(nngun)：1克服地球甚至太陽系的萬有引力?？朔厍蛏踔撂栂档娜f有引力。2克服真空?？朔婵铡?適應劇烈變化的溫度環(huán)境。適應劇烈變化的溫度環(huán)境。4防止有害輻射。防止有害輻射。第四環(huán)境中蘊藏著的空間資源，第四環(huán)境中蘊藏著的空間資源，僅就近僅就近(jijn)地的外空領域來看地的外空領域來看，可利用的空間資源就有：，可利用的空間資源就有： 相對地面的高位置資源；相對地面的高位置資源； 微重力環(huán)境資源；微重力環(huán)境資源； 高真空、高潔

3、凈環(huán)境資源；高真空、高潔凈環(huán)境資源； 超低溫資源；超低溫資源； 太陽能資源；太陽能資源； 月球及其行星資源等。月球及其行星資源等。第6頁/共87頁第七頁，共87頁。第7頁/共87頁第八頁，共87頁。n 萬有引力萬有引力(wn yu ynl)(wn yu ynl)定律定律 2rMmGf n 第一宇宙速度（環(huán)繞速度第一宇宙速度（環(huán)繞速度(hun ro s d)）：）：7.91 km/s，航天器可克服地球引力，而環(huán)繞地球作圓周運動，不落回地球表面。，航天器可克服地球引力，而環(huán)繞地球作圓周運動，不落回地球表面。 rMGrmrMmGvv22第第2節(jié)節(jié) 運載運載(ynzi)器技術器技術一、三個宇宙速度一、

4、三個宇宙速度第8頁/共87頁第九頁，共87頁。n 第二第二(d r)(d r)宇宙速度（脫離速度）：宇宙速度（脫離速度）：11.19 km/s11.19 km/s，航天器脫離地球引力飛向太陽系的其他行星。，航天器脫離地球引力飛向太陽系的其他行星。第第2節(jié)節(jié) 運載運載(ynzi)器器技術技術一 、 三 個 宇 宙 速 度一 、 三 個 宇 宙 速 度(yzhu sd)(yzhu sd)21022MmMmGGrrvvn 第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度）：16.65千米/秒，航天器脫離太陽引力場飛出太陽系。第9頁/共87頁第十頁，共87頁。二、運載二、運載(ynzi)器器n 運載器是

5、將動能和勢能傳遞給航天器，使其進入預定軌道的運載工具。n 分類(fn li)：n 多級運載火箭一次使用的多級火箭。n 空間運輸系統(tǒng)部分重復使用的航天運輸器（如航天飛機）。n 運載火箭的組成：n 動力系統(tǒng)；n 控制系統(tǒng)；n 結構系統(tǒng)。第10頁/共87頁第十一頁，共87頁。第11頁/共87頁第十二頁，共87頁。二、運載二、運載(ynzi)器器n 有按不同飛行任務，運載火箭分三類：n(1) 探空火箭： 攜帶儀器射向高空進行大氣測量 n(2) 彈道式導彈： 攜帶各種彈頭打擊敵方(d fn)目標 n(3) 衛(wèi)星(宇宙飛船)運載器： 把衛(wèi)星或飛船送上軌道中國第一代可重復使用航天運載器外形 “東方號”系列火

6、箭 第12頁/共87頁第十三頁，共87頁。三、運載火箭三、運載火箭(ynzi hujin) n 喬奧爾可夫斯基第一個提出：只有多級火箭(hujin)可以達到很高的速度，實現(xiàn)宇宙航行。1903年他提出火箭(hujin)公式：MMP0lnvv n v為終速, vP噴氣速度(sd), M0為原始質量, M為所剩質量。n 多級火箭接力辦法：在火箭垂直發(fā)射時，讓最下面一級先工作，完成任務后脫離，接著啟動上面一級，進一步提高速度。nnNNNlnlnlnP22P11P0mvvvvv足以發(fā)射人造地球衛(wèi)星足以發(fā)射人造地球衛(wèi)星1 -3m321-13P2P1Psm13440ln625006sm2500vvvvNNN

7、第13頁/共87頁第十四頁，共87頁。第14頁/共87頁第十五頁，共87頁。第15頁/共87頁第十六頁，共87頁。第16頁/共87頁第十七頁，共87頁。第17頁/共87頁第十八頁，共87頁。第18頁/共87頁第十九頁，共87頁。第19頁/共87頁第二十頁，共87頁。第20頁/共87頁第二十一頁，共87頁。第21頁/共87頁第二十二頁，共87頁。第22頁/共87頁第二十三頁，共87頁。第23頁/共87頁第二十四頁，共87頁。第24頁/共87頁第二十五頁，共87頁。第25頁/共87頁第二十六頁，共87頁。n n行星際宇宙飛行器行星際宇宙飛行器n 飛離地球引力場飛離地球引力場n在行星際空間運行在行星

8、際空間運行第26頁/共87頁第二十七頁，共87頁。我國1970年發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星 “東方紅一號” 2.2.按應用按應用(yngyng)(yngyng)分分：無人無人(w rn)航天器航天器載人航天器載人航天器衛(wèi)星(wixng)式，登月式人造衛(wèi)星(繞地運行) 空間探測器 載人飛船空間站航天飛機 科學衛(wèi)星應用衛(wèi)星技術試驗衛(wèi)星通信、氣象偵查、導航地測等探月球探行星位于地球赤道上空35786公里處的地球靜止軌道通信衛(wèi)星我國1984年4月8日發(fā)射的第一顆靜止軌道通信衛(wèi)星 “東方紅二號” 第27頁/共87頁第二十八頁，共87頁。航天器內部航天器內部(nib)(nib)系統(tǒng)系統(tǒng)簡介簡介航天器的設計要

9、求標準化和星體結構(jigu)的積木化可根據不同任務的需要，換裝不同科研或應用方面(fngmin)的有效載荷。既有利于衛(wèi)星的總裝和測試，又便于利用航天飛機對衛(wèi)星進行空中維修和更新。航天器航天器分成兩個艙：分成兩個艙：n 標準化公用艙標準化公用艙（保障系統(tǒng)）n 專用設備艙專用設備艙（專用系統(tǒng)）具有電源、推進、姿控、通信與數(shù)據處理等多種基本功能第28頁/共87頁第二十九頁，共87頁。n 航天器基本上是無動力的，依靠運載火箭，通常為第二級火箭提供的初速來運動。運載火箭在燃料(rnlio)耗盡后就自動分離，向地球下落；航天器或者進入繞地球軌道，或者在給以一定動量情況下，繼續(xù)飛向太空目的地。 航天器現(xiàn)階

10、段采用的三種電源航天器現(xiàn)階段采用的三種電源 (帶動所攜帶帶動所攜帶(xidi)的各種設備的各種設備) 太陽能電池太陽能電池 (多用于不載人的航天器多用于不載人的航天器) 化學能電池化學能電池(載人航天器上載人航天器上 通常用燃料電池通常用燃料電池,有時則為燃有時則為燃 料電池與太陽電池的組合料電池與太陽電池的組合) 核能電池核能電池 (美國的深空探測美國的深空探測 器器“先驅者先驅者”號和號和“旅行者旅行者”號用號用 了小型的核反應堆提供電源了小型的核反應堆提供電源)第29頁/共87頁第三十頁，共87頁。1957年第一顆人造衛(wèi)星(rnzowixng) （1 1）人造衛(wèi)星）人造衛(wèi)星(rnzowi

11、xng) (rnzowixng) 1970年第一個觀測X射線的小型(xioxng)天文衛(wèi)星美國的“自由號”進入巡天軌道 法國監(jiān)視雷達發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆身份不明人造衛(wèi)星 各種宇航器簡介各種宇航器簡介第30頁/共87頁第三十一頁，共87頁。第31頁/共87頁第三十二頁，共87頁?？茖W衛(wèi)星技術試驗衛(wèi)星：新技術試驗或為應用衛(wèi)星進行試驗應用衛(wèi)星空間物理探測衛(wèi)星天文衛(wèi)星科學實驗衛(wèi)星無線電中繼類，如通信、海事、廣播衛(wèi)星 。對地觀測平臺類，如氣象、資源探測、偵察衛(wèi)星。導航定位基準類，如導航衛(wèi)星，測地衛(wèi)星。第32頁/共87頁第三十三頁，共87頁。第33頁/共87頁第三十四頁，共87頁。第34頁/共87頁第三十五頁，共8

12、7頁。第35頁/共87頁第三十六頁，共87頁。（2 2）探測器）探測器n 研制和發(fā)射行星際探測器的主要目的： n 對月球及太陽系內各行星進行系統(tǒng)考察與研究n 行星際探測器主要采用(ciyng)三種飛行方法：n 從目的星附近飛過，近距離觀測；n 繞目的星運轉，成為目的星的衛(wèi)星，長期反復觀測；n 穿過目的星周圍大氣層，在目的星上著陸（分硬著陸和軟著陸），實地考察或將樣品送回地球研究。 第36頁/共87頁第三十七頁，共87頁。太陽，八大行星，小行星，衛(wèi)星，彗星(huxng)等天體系統(tǒng)。太陽系由哪些天體系統(tǒng)太陽系由哪些天體系統(tǒng)(xtng)(xtng)構成構成第37頁/共87頁第三十八頁，共87頁。美國

13、美國1962-19741962-1974年間發(fā)射年間發(fā)射(fsh)(fsh)的探測金星的的探測金星的“水手水手”號系列號系列1號2號5號10號第38頁/共87頁第三十九頁，共87頁。日本(r bn)發(fā)射的“月亮女神” (SELENE)號月球探測器 環(huán)繞月球(yuqi)飛行的“月球(yuqi)勘探者”探測器 歐洲宇航局2004年11月16日發(fā)射(fsh)的“智能號 (SMART-1)”號探測器 第39頁/共87頁第四十頁，共87頁。20072007年發(fā)射的嫦娥年發(fā)射的嫦娥(chn )(chn )一號一號系列圖系列圖第40頁/共87頁第四十一頁，共87頁。美國宇航局的火星探測器火星偵察(zhnch

14、)軌道器MRO 歐洲航天局2006年13日宣布，“火星快車”探測器(MARSIS)最新發(fā)現(xiàn)，在火星北半球低地和平原下，埋藏(micng)著很多直徑在130公里至470公里之間的巨大撞擊坑。 第41頁/共87頁第四十二頁，共87頁。 美國國家航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局聯(lián)合研制的卡西尼惠更斯號于北京時間2004年7月1日12時12分順利進入環(huán)繞土星轉動的軌道，開始對土星大氣、光環(huán)和衛(wèi)星進行歷時(l sh)4年的科學考察。也是進入土星軌道的第一艘人造飛船。 第42頁/共87頁第四十三頁，共87頁。第43頁/共87頁第四十四頁，共87頁。載人航天器需要配備維持生命的系統(tǒng)和返回(fnhu)設備

15、,需要精確的對接技術。 載人研究經過三個階段：第一，把人送入地球軌道并安全返回(fnhu)；第二，發(fā)展載人空間基本技術，如軌道機動飛行、交匯、對接以及考察宇航員出艙活動能力等；第三，發(fā)展小型實驗性空間站，進一步考察人在長期空間條件下的生活和工作能力。 載人航天載人航天(hngtin)(hngtin)第44頁/共87頁第四十五頁，共87頁。第45頁/共87頁第四十六頁，共87頁。第46頁/共87頁第四十七頁，共87頁。第47頁/共87頁第四十八頁，共87頁。第48頁/共87頁第四十九頁，共87頁。第49頁/共87頁第五十頁，共87頁。第50頁/共87頁第五十一頁，共87頁。第51頁/共87頁第五

16、十二頁，共87頁。蒂斯號n第五架航天飛機(hngtinfij)：奮進號哥倫比亞號哥倫比亞號19861986年年1 1月月1818日挑戰(zhàn)者爆炸日挑戰(zhàn)者爆炸(bozh) (bozh) 發(fā)現(xiàn)號發(fā)現(xiàn)號亞特蘭蒂斯號亞特蘭蒂斯號第52頁/共87頁第五十三頁，共87頁。第53頁/共87頁第五十四頁，共87頁。第54頁/共87頁第五十五頁，共87頁。第55頁/共87頁第五十六頁，共87頁。第56頁/共87頁第五十七頁，共87頁。多艘神舟號飛船對接(du ji)組成的小型空間站想象圖 前蘇聯(lián)的“和平(hpng)”號空間站 美國(mi u)的“天空實驗室” 空間站 第57頁/共87頁第五十八頁，共87頁。國際(g

17、uj)空間站建成后的外觀 國際(guj)空間站近影 第58頁/共87頁第五十九頁，共87頁。第第4 4節(jié)節(jié) 發(fā)射發(fā)射(fsh)(fsh)與測控技與測控技術術n 航天基地的任務：發(fā)射(fsh)航天器、控制飛行過程、回收返回的航天器。n 航天基地由航天發(fā)射(fsh)場和航天測控網組成。n 航天發(fā)射(fsh)場為發(fā)射(fsh)航天器的特定區(qū)域。n 航天測控網是航天測控系統(tǒng)的地面部分，是地面對航天器進行跟蹤、遙控和保持通信聯(lián)系。高精系統(tǒng)支持探月 嫦娥一號與地面的聯(lián)系 第59頁/共87頁第六十頁，共87頁。第60頁/共87頁第六十一頁，共87頁。第61頁/共87頁第六十二頁，共87頁?；鸺?。這是中國載人

18、火箭。這是中國載人航天計劃中發(fā)射的第航天計劃中發(fā)射的第一艘無人實驗飛船。一艘無人實驗飛船?！吧裰凵裰邸倍栵w船于二號飛船于20012001年年1 1月月1010日在酒日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，在軌飛行升空，在軌飛行7 7天天后成功返回地面。神后成功返回地面。神舟二號進行了一系列舟二號進行了一系列的空間材料的空間材料, ,空間天空間天文和空間生物等實驗。文和空間生物等實驗。第62頁/共87頁第六十三頁，共87頁。了一系列空間科學實驗。了一系列空間科學實驗。“ 神 舟神 舟 ” 四 號 飛 船 于四 號 飛 船 于20022002年年1212月月3030日成功發(fā)日成功發(fā)射，在

19、完成預定空間科射，在完成預定空間科學和技術實驗任務后，學和技術實驗任務后，于于20032003年年1 1月月5 5日在內蒙日在內蒙古中部地區(qū)準確著陸。古中部地區(qū)準確著陸。這艘飛船除沒有載人外，這艘飛船除沒有載人外，技術狀態(tài)與載人飛船完技術狀態(tài)與載人飛船完全一致，飛行中先后進全一致，飛行中先后進行了對地觀測、材料科行了對地觀測、材料科學、生命科學實驗及空學、生命科學實驗及空間 天 文 和 空 間 環(huán) 境間 天 文 和 空 間 環(huán) 境(hunjng)(hunjng)探測等。探測等。第63頁/共87頁第六十四頁，共87頁。這是我國完全靠自己這是我國完全靠自己力量完成的首次載力量完成的首次載人航天飛行

20、，創(chuàng)造人航天飛行，創(chuàng)造了我國航天史上的了我國航天史上的英雄壯舉，實現(xiàn)了英雄壯舉，實現(xiàn)了中華民族千年中華民族千年(qin (qin nin)nin)的飛天夢想。的飛天夢想。使中國成為第三個使中國成為第三個能發(fā)射載人飛船的能發(fā)射載人飛船的國家，也實現(xiàn)了中國家，也實現(xiàn)了中華民族的飛天夢想。華民族的飛天夢想。中國(zhn u)首位航天員楊利偉第64頁/共87頁第六十五頁，共87頁。第65頁/共87頁第六十六頁，共87頁。第一次進入軌道艙，第一次對地球進行污染檢查，第一次在太空完成壓力服穿脫實驗。意義：為中國創(chuàng)造多個第一?！吧窳庇⑿?yngxing)第66頁/共87頁第六十七頁，共87頁。學及技術實驗

21、，同時為今后有人參與的空間科學與技術實驗打下基礎。翟志剛在太空行走十幾分鐘。標志著中國科技進入世界前三，對經濟和社會帶來重大影響。“神七”英雄(yngxing)第67頁/共87頁第六十八頁，共87頁。三期工程，2011至2020年，目標是月面巡視勘察與采樣返回。第68頁/共87頁第六十九頁，共87頁。第69頁/共87頁第七十頁，共87頁。第70頁/共87頁第七十一頁，共87頁。第71頁/共87頁第七十二頁，共87頁。出現(xiàn)(chxin)任何偏差，萬無一失。第72頁/共87頁第七十三頁，共87頁。第73頁/共87頁第七十四頁，共87頁。主，輔以甚長基線干涉儀天文測量系統(tǒng)組成，有4個天線交叉干涉，對

22、近40萬千米遠的嫦娥1號進行測控。第74頁/共87頁第七十五頁，共87頁。統(tǒng)、科學研究與應用分系統(tǒng)和數(shù)據管理分系統(tǒng)。我國繞月探測工程地面應用系統(tǒng)的總部(zn b)設在中國科學院國家天文臺。第75頁/共87頁第七十六頁，共87頁。第76頁/共87頁第七十七頁，共87頁。第77頁/共87頁第七十八頁，共87頁。第78頁/共87頁第七十九頁，共87頁。我國自主研發(fā)的月球車第79頁/共87頁第八十頁，共87頁。第第6 6節(jié)節(jié) 空間空間(kngjin)(kngjin)技術的應技術的應用及展望用及展望1.1. 開發(fā)月球開發(fā)月球2.2. 地球上已有的各種地球上已有的各種( zhn)( zhn)元素月球元素月

23、球上都有。上都有。 進一步掌握有關行星大氣、行星上火山和地質學方面的知識，為認識太陽系演化理論、生命起源等基本問題增添(zngtin)新內容。 研究高能天體，有可能找到新能源。 研究從近地空間擴展到遠地空間，從內行星擴展到外行星，對太陽系所有行星進行跟蹤觀測。第80頁/共87頁第八十一頁，共87頁。 在地球和月球引力平衡的空間建造巨大的轉輪，本身自轉，以使在其內產生慣性力場，即人造(rnzo)重力效果。n 材料：主要來自小行星n 電力：來自太陽n 城內農作物一年四熟，可供近萬人在空間站內長期生活和工作(gngzu)。n 預測，一個世紀后，居民達10億。還可以作為宇宙飛船的碼頭和基地。m2800

24、2. 2. 建立建立(jinl)(jinl)太空城太空城第81頁/共87頁第八十二頁，共87頁。若用空間太陽能發(fā)電，可獲得相當于目前世界發(fā)電總量5萬倍以上的電力(dinl)?？臻g發(fā)電站組成：太空部分 太陽能發(fā)電衛(wèi)星(在比地面上高4-5倍的空間地球同步軌道上建立太陽能電站。)地面部分 接收電站。操作：用火箭將太陽能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)射到空間軌道上，發(fā)電衛(wèi)星在太空將太陽能轉化成電能，電能通過微波發(fā)生器把直流電轉換成微波電能，通過微波傳送到地面接收電站，再向用戶供電。3. 3. 建立建立(jinl)(jinl)空空間發(fā)電站間發(fā)電站第82頁/共87頁第八十三頁，共87頁。4. 4. 建立建立(jinl)(jinl)空間工空間工廠廠利用外層空間特殊的環(huán)境和條件(如高真空、強輻射和航天器產生的零重力)加工生產某些性能優(yōu)異的新材料、新產品的大型航天器。太空工廠生產任務兩種類型: (1) 利用零重力、高真空的空間環(huán)境，生產地球上急需的優(yōu)質大型單晶體、火箭和航天用器的高強度復