1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 1空间技术主要内容l空间基础空间基础l世界空间科技发展世界空间科技发展l中国空间发展历程中国空间发展历程l未来的宇航未来的宇航航天基础l空间技术空间技术l卫星卫星l运载火箭和航天飞机运载火箭和航天飞机空间技术l 空间技术就是探索、开发和利用宇宙空空间技术就是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称太空技术。间的技术，又称太空技术。l 航天，那什么是天？天是指地球大气层航天，那什么是天？天是指地球大气层以外至太阳系内的空间。大气层以外太以外至太阳系内的空间。大气层以外太阳系以内的航行活动则称之为航天，而阳系以内的航行活动则称之为航天，而太阳系以外
2、的航行活动称之为航宇。太阳系以外的航行活动称之为航宇。宇宙速度l 当飞行器达到第一宇宙速度（当飞行器达到第一宇宙速度（ 7 9公里秒）公里秒）才能克服地球引力而环绕地球飞行，不落回地才能克服地球引力而环绕地球飞行，不落回地球表面球表面l 飞行器达到第二宇宙速度（飞行器达到第二宇宙速度（ 11 2公里秒）公里秒）可以脱离地球飞向太阳系的其他行星；可以脱离地球飞向太阳系的其他行星；l 飞行器速度提高到第三宇宙速度（飞行器速度提高到第三宇宙速度（ 16 7公里公里秒）就可以飞离太阳系。秒）就可以飞离太阳系。航天系统l 要实现航天活动，就要建立庞大的以航天器为要实现航天活动，就要建立庞大的以航天器为核
3、心的航天系统。它由特定的航天器（卫星、核心的航天系统。它由特定的航天器（卫星、空间站、探测器），运载工具（火箭、航天飞空间站、探测器），运载工具（火箭、航天飞机），航天发射场，地面测控网（地面站、船机），航天发射场，地面测控网（地面站、船），地面应用站网及其他有关系统组成，它是），地面应用站网及其他有关系统组成，它是一个大系统工程。一个大系统工程。航天器系统l 航天器指的是在地球大气层以外按天体力学规航天器指的是在地球大气层以外按天体力学规律运行的飞行器，包括各种人造卫星、载人飞律运行的飞行器，包括各种人造卫星、载人飞船、空间站、行星探测器等。船、空间站、行星探测器等。l 其中人造卫星发射数量
4、最多，并已广泛应用，其中人造卫星发射数量最多，并已广泛应用，产生了巨大的效益。产生了巨大的效益。l 人造卫星种类很多，有通信卫星、遥感卫星、人造卫星种类很多，有通信卫星、遥感卫星、导航定位卫星、科学卫星等 导航定位卫星、科学卫星等 天上的驿站 -通信卫星l 通信卫星，是作为无线电通信中继站的卫星。通信卫星，是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使，把来自地面的各种它像一个国际信使，把来自地面的各种 “信件信件 ”带到天上，然后再带到天上，然后再 “投递投递 ”到另一个地方的用户到另一个地方的用户手里。手里。l 由于它由于它 “站站 ”在在 36000千米高的高空，所以它的千米高的高空，所
5、以它的 “投递投递 ”覆盖面特别大，一颗卫星就可以负责覆盖面特别大，一颗卫星就可以负责 1/3地球表面的通信。地球表面的通信。东方红三号中巴资源卫星中巴资源卫星运载工具l 运载工具将航天器加速至宇宙速度，并送入预运载工具将航天器加速至宇宙速度，并送入预定的运行轨道。定的运行轨道。l 现代航天运载工具分运载火箭和航天飞机两种现代航天运载工具分运载火箭和航天飞机两种，前者为一次性使用，后者可多次使用。，前者为一次性使用，后者可多次使用。l 运载火箭最早发展，已普遍使用。各航天大国运载火箭最早发展，已普遍使用。各航天大国均拥有自己的运载火箭及发射场。均拥有自己的运载火箭及发射场。l 运载火箭一般由运
6、载火箭一般由 23 级组成，每级火箭均有推级组成，每级火箭均有推进系统，末级内装有火箭的制导与控制、跟踪进系统，末级内装有火箭的制导与控制、跟踪、遥测、电源等系统。同时，末级顶部安装被、遥测、电源等系统。同时，末级顶部安装被运送的航天器。运送的航天器。多级火箭多级火箭l 单级火箭的末速度要受到排气速度和质量比提高的限制。单级火箭的末速度要受到排气速度和质量比提高的限制。l 1、排气速度取决于喷气物质的性能，现代高效化学推进剂的、排气速度取决于喷气物质的性能，现代高效化学推进剂的最高排气速度可达最高排气速度可达 4000m/s。l 2、质量比的增加对火箭飞行速度的影响很小，并受到结构材、质量比的
7、增加对火箭飞行速度的影响很小，并受到结构材料的限制。料的限制。若取质量比为 10（已足够大），则火箭获得速度为 9200m/s，又由于引力和阻力存在，加速度损失，其实际飞行速度仍不足第一宇宙速度 7900m/s。解决的办法是：采用多级火箭。（图） “火箭之父 ” 齐奥尔科夫斯基（苏联）于 1903年提出了多级火箭的设想。l 多级火箭是由称为级的个体火箭组合（串联或并联）而成，多级火箭是由称为级的个体火箭组合（串联或并联）而成，每一级都是一个独立的工作单位，有自己的发动机系统、制导每一级都是一个独立的工作单位，有自己的发动机系统、制导系统等。目前，发射低轨道卫星，一般采用系统等。目前，发射低轨道
8、卫星，一般采用 23级运载火箭，级运载火箭，发射轨道航天器，用发射轨道航天器，用 34级运载火箭。级运载火箭。l 在地球表面发射，为使火箭以较小在地球表面发射，为使火箭以较小的速度穿过稠密的大气层，一般开始的速度穿过稠密的大气层，一般开始阶段速度不宜增加太快。阶段速度不宜增加太快。l 例如：例如： 1969年美国用来运载阿波罗号年美国用来运载阿波罗号飞船的飞船的 “土星土星 5号号 ”火箭，第一级喷气火箭，第一级喷气 速速度为度为 2.9km/s，产生，产生 120105kN的推力的推力，质量比为，质量比为 16，第一级脱落时速度为，第一级脱落时速度为8.04km/s（理论值），第二级喷气速度
9、（理论值），第二级喷气速度为为 4km/s，质量比为，质量比为 14，这级脱落时速，这级脱落时速度为度为 18.6km/s(理论值），第三级与理论值），第三级与 第第二级相同，质量比为二级相同，质量比为 12，最终末速度，最终末速度可达可达 28.5km/s(理论值）理论值）现代火箭的基本组成现代火箭的基本组成l 1、结构组成：箭体结构、发动机和控制三大系统，、结构组成：箭体结构、发动机和控制三大系统，另外加上在头部的有效载荷舱部分。另外加上在头部的有效载荷舱部分。l 2、结构形式：一类是首尾相接的串联式火箭，另一、结构形式：一类是首尾相接的串联式火箭，另一类是下面两级并联，上面一级串联的串并
10、混合式火箭类是下面两级并联，上面一级串联的串并混合式火箭（捆绑式运载火箭）。（捆绑式运载火箭）。l 3、发动机所用的燃料推进剂：一般多为液体推进、发动机所用的燃料推进剂：一般多为液体推进 剂剂，也有用固体推进剂的，（固体推进剂是由固体氧，也有用固体推进剂的，（固体推进剂是由固体氧 化化剂和供作燃料的粘合剂组成的推进剂）还有助推火剂和供作燃料的粘合剂组成的推进剂）还有助推火 箭箭用固体推进剂，而主火箭用液体推进剂。用固体推进剂，而主火箭用液体推进剂。运载火箭发展概况l 前苏联前苏联 -俄罗斯俄罗斯l 东方号、闪电号、联盟号、质子号和能源号东方号、闪电号、联盟号、质子号和能源号l 联盟号火箭系因发
11、射联联盟号火箭系因发射联盟系列载入飞船而得名。盟系列载入飞船而得名。它是由东方号三级火箭改它是由东方号三级火箭改进第三级后的新型三级运进第三级后的新型三级运载火箭。总长载火箭。总长 49.3米，起米，起飞重量飞重量 310吨，近地轨道吨，近地轨道地运载能力为地运载能力为 7.5吨。吨。 1963年年 11月月 16日首次发射宇宙日首次发射宇宙22号卫星成功，号卫星成功， 1964年和年和1965年又先后用来试验发年又先后用来试验发射两艘上升号载入飞船。射两艘上升号载入飞船。1967年开始用来发射联盟年开始用来发射联盟号，联盟号，联盟 T号系列载入飞号系列载入飞船和进步号自动货运飞船船和进步号自
12、动货运飞船。 能源号运载火箭能源号运载火箭 l 1987年年 5月月 15日，前苏联从拜科努尔航天中日，前苏联从拜科努尔航天中心发射成功一枚超级运载火箭。它的总设计心发射成功一枚超级运载火箭。它的总设计师古巴诺夫披露了这种巨型火箭的细节：火师古巴诺夫披露了这种巨型火箭的细节：火箭长约箭长约 60米，总重米，总重 2400吨，起飞推力吨，起飞推力 3500吨吨，能把，能把 100吨有效载荷送上近地轨道。吨有效载荷送上近地轨道。l 这种命名为能源号的运载火箭由两级组 这种命名为能源号的运载火箭由两级组成。第一级捆绑成。第一级捆绑 4台液体助推火箭，高台液体助推火箭，高 39米米，直径，直径 4米；
13、第二级为直径米；第二级为直径 8米的芯级，由米的芯级，由 4台液氢液氧发动机组成。发射时，第一，台液氢液氧发动机组成。发射时，第一， 二二级同时点火，第一级级同时点火，第一级 4台助推火箭工作完台助推火箭工作完 成成后，由地面控制脱离芯级火箭回收，经修后，由地面控制脱离芯级火箭回收，经修 理理后可重复使用后可重复使用 50次；第二级即芯级火箭可次；第二级即芯级火箭可 将将有效载荷送入地球轨道运行。有效载荷送入地球轨道运行。l 1988年年 11月月 15日，能源号火箭将不载入日，能源号火箭将不载入人的暴风雪号航天飞机载入太空轨道飞行，人的暴风雪号航天飞机载入太空轨道飞行，成为前苏联运载火箭发展
14、的一个新的里程成为前苏联运载火箭发展的一个新的里程 碑碑。质子号运载火箭质子号运载火箭l 在前苏联的航天活动中，质子号运载火箭发射在前苏联的航天活动中，质子号运载火箭发射最为频繁，它是目前世界上运载能力最大的火箭最为频繁，它是目前世界上运载能力最大的火箭之一。它先后研制有二，三，四级之一。它先后研制有二，三，四级 3种型号。最种型号。最大一种四级火箭全长大一种四级火箭全长 44.3米，底部最大直径米，底部最大直径 7.4米米，起飞重量，起飞重量 800吨。第一级由吨。第一级由 6台助推火箭组台助推火箭组 成，成，中心是一个直径较大的氧化剂箱，四周捆绑中心是一个直径较大的氧化剂箱，四周捆绑 6个
15、个燃料箱，起飞推力达燃料箱，起飞推力达 1000吨。第二级高约吨。第二级高约 13.7米米，装有，装有 4台发动机，总推力为台发动机，总推力为 240吨。第三吨。第三 级高级高6.4米，装米，装 1台发动机，另有台发动机，另有 4台校正航向的台校正航向的 可控可控微调发动机。第四级高微调发动机。第四级高 5.5米，装有米，装有 1台封闭台封闭 式循式循环发动机，可二次点火。这种火箭可将环发动机，可二次点火。这种火箭可将 21吨吨 重的重的有效载荷送上近地轨道。有效载荷送上近地轨道。 1965年年 7月月 16日，日， 质子质子号运载火箭首次发射，将一颗重达号运载火箭首次发射，将一颗重达 12.
16、2吨的吨的 卫星卫星送入预定轨道。送入预定轨道。 1971年年 4月月 19日以发射成功日以发射成功 重重17.5吨的礼炮吨的礼炮 1号轨道站。从号轨道站。从 1971年到年到 1973年年 相相继发射了继发射了 6个火星号探测器。个火星号探测器。 1974年发射第一年发射第一 颗颗静止轨道卫星宇宙静止轨道卫星宇宙 637号。号。 1975年到年到 1983年陆年陆 续续发射了金星号探测器，发射了金星号探测器， 1984年发射两个维加号年发射两个维加号 哈哈雷慧星探测器，雷慧星探测器， 1986年又把第三代轨道站和平年又把第三代轨道站和平 号号送入太空。这一系列发射纪录，表明质子号火送入太空。
17、这一系列发射纪录，表明质子号火 箭箭对于前苏联航天活动有着举足轻重的作用。对于前苏联航天活动有着举足轻重的作用。美国的运载火箭l 把美国第一颗人造卫星探险者把美国第一颗人造卫星探险者 1号号送上太空飞行的，是著名火箭专送上太空飞行的，是著名火箭专家冯家冯 布劳恩（德国人）主持研布劳恩（德国人）主持研 制制的丘比特的丘比特 C运载火箭。运载火箭。 1958年年 2月月 1号，布劳恩用丘比特导弹改装的号，布劳恩用丘比特导弹改装的运载火箭运载火箭 ，开辟了美国征服太空，开辟了美国征服太空的新纪元。的新纪元。此后，美国先后用几种中程 此后，美国先后用几种中程和洲际导弹，经过改进研制成为和洲际导弹，经过
18、改进研制成为雷神，宇宙神，大力神以及德尔雷神，宇宙神，大力神以及德尔塔等几种不同用途的运载火箭。塔等几种不同用途的运载火箭。 l （图）前德国（图）前德国 V-2火箭火箭专家冯专家冯 布劳恩在解释布劳恩在解释 他他的第一次载人月球飞的第一次载人月球飞 行行火箭设计方案。火箭设计方案。 大力神系列运载火箭大力神系列运载火箭 l 大力神系列火箭由马丁大力神系列火箭由马丁 玛丽埃玛丽埃 特特公司研制生产，共有公司研制生产，共有 6种型号。种型号。 大大力神力神 3火箭长火箭长 45.75米，直径米，直径 3米，发米，发射重量射重量 680吨。各型大力神火箭的吨。各型大力神火箭的有效载荷分别是：有效载
19、荷分别是： 3A为为 3.6吨，吨， 3B为为 4.5 吨，吨， 3C， 3D， 3D和和 3E均均 为为 15吨。最大的大力神吨。最大的大力神 34D长达长达 62米，米，最大直径最大直径 5米，发射地球同步转移米，发射地球同步转移轨道卫星的运载能力达轨道卫星的运载能力达 4.5吨。大力吨。大力神系列火箭至今已有神系列火箭至今已有 150多次发射多次发射纪录。它主要发射各种军用卫星，纪录。它主要发射各种军用卫星，也发射了太阳神号，海盗号，也发射了太阳神号，海盗号， 旅行旅行者号等行星和行星际探测器。者号等行星和行星际探测器。l 目前，宇宙神，德尔塔和大力 目前，宇宙神，德尔塔和大力神运载火箭
20、已进入国际发射市场。神运载火箭已进入国际发射市场。土星号巨型登月火箭土星号巨型登月火箭 土星 5号运载火箭 l l 1961年年 4月月 20日，美国总统提出研制登月火箭日，美国总统提出研制登月火箭的设想，并询问的设想，并询问 60年代能否把人送上月球。当时年代能否把人送上月球。当时布劳恩斩钉截铁地回答：布劳恩斩钉截铁地回答： “ 行！行！ ”于是，在布于是，在布 劳劳恩的主持下，开始实施土星巨型登月火箭研制恩的主持下，开始实施土星巨型登月火箭研制 计计划。划。 1964年至年至 1967年，相继研制成功土星年，相继研制成功土星 1， 土土星星 1B，土星，土星 5等几种型号。等几种型号。19
21、64年首先研制成功土星年首先研制成功土星 1号两级火箭。火号两级火箭。火箭长箭长 38.1米，直径米，直径 5.58米，发射重量米，发射重量 502吨，近地吨，近地轨道的有效载荷为轨道的有效载荷为 10.2吨。它曾用来试验发射阿吨。它曾用来试验发射阿波罗飞船模型。波罗飞船模型。1966年研制成功它的改进型土星年研制成功它的改进型土星 1B号两级号两级火箭。火箭长火箭。火箭长 68.3米，直径米，直径 6.6米，发射重量米，发射重量 590吨，最大有效载荷吨，最大有效载荷 18.1吨。从吨。从 1966年到年到 1975年共年共发射发射 9次，除作运载阿波罗飞船试验外，还次，除作运载阿波罗飞船试
22、验外，还 3次将次将宇航员送上天空实验室空间站和宇航员送上天空实验室空间站和 1次发射阿波罗次发射阿波罗载入飞船与前苏联的联盟号飞船对接联合飞行。载入飞船与前苏联的联盟号飞船对接联合飞行。1967年世界上最大的一种运载火箭土星年世界上最大的一种运载火箭土星 5号号问世。它是三级火箭，长问世。它是三级火箭，长 85.6米，直径米，直径 10.1米，米，起飞重量起飞重量 2950吨，近地轨道的有效载荷达吨，近地轨道的有效载荷达 139吨吨，飞往月球轨道的有效载荷为，飞往月球轨道的有效载荷为 47吨。从吨。从 1967年年 到到1973年共发射年共发射 13次，其中次，其中 6次将阿波罗载入飞次将阿
23、波罗载入飞 船船送上月球，在航天史上写下了最为光辉的一送上月球，在航天史上写下了最为光辉的一 页。页。阿丽亚娜 5型火箭l 阿丽亚娜阿丽亚娜 5型火箭由欧盟型火箭由欧盟 12国国共同研制，首次发射时间是共同研制，首次发射时间是1996年年 6月月 4日。当时由于电日。当时由于电器系统故障，火箭在升空后器系统故障，火箭在升空后不久即爆炸。但在此后的数不久即爆炸。但在此后的数年中，该型火箭发射过多次年中，该型火箭发射过多次都没有失败。都没有失败。运载火箭 -中国l 1964年年 6月月 29日，中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后，即日，中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后，即着手研制多级火箭
24、，向空间技术进军。着手研制多级火箭，向空间技术进军。l 1970年年 4月月 24日长征日长征 1号运载火箭诞生，首次发射东方红号运载火箭诞生，首次发射东方红 1号卫星成号卫星成功功 。中国航天技术迈出了重要的一步。中国航天技术迈出了重要的一步。l 目前，由中国独立研制的目前，由中国独立研制的 “长征长征 ”系列运载火系列运载火 箭箭已形成已形成 4个系列个系列 12个型号的群体，是中国航天的个型号的群体，是中国航天的 主主力运载工具。火箭近地轨道、地球同步转移轨道力运载工具。火箭近地轨道、地球同步转移轨道 的的运载能力分别达到运载能力分别达到 12吨和吨和 5.2吨，可用于发射不同吨，可用于
25、发射不同 轨轨道的卫星，入轨精度达到国际先进水平。道的卫星，入轨精度达到国际先进水平。l 长征长征 2号号 F型火箭是在长征型火箭是在长征 2号号E型火箭基础上研制的以发射型火箭基础上研制的以发射飞船为主要任务的运载火箭，飞船为主要任务的运载火箭，年开始研制，年开始研制，年首发成功。年首发成功。作为中国火箭家族中最重、作为中国火箭家族中最重、最长的成员，长征最长的成员，长征 2号号 F型火型火箭首次采用了包括故障检测系箭首次采用了包括故障检测系统和逃逸系统在内的统和逃逸系统在内的 55项新技项新技术，达到国际先进水平。火箭术，达到国际先进水平。火箭全长全长 58 3米，起飞重量米，起飞重量 4
26、798吨，是目前我国研制的吨，是目前我国研制的 火箭火箭中最长、最重的。中最长、最重的。l 到目前为止，到目前为止， “长征长征 ”二号二号 F型型火箭已经成功地将四艘火箭已经成功地将四艘 “神舟神舟 ”无人飞船和两无人飞船和两 艘艘 载载 人人 飞飞 船船 送送入太空预定轨道，发射成功入太空预定轨道，发射成功 率率达到达到 100。神舟 5号雄姿火箭发射航天飞机l 航天飞机集火箭，卫星和飞机的技术特点于一身，能航天飞机集火箭，卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着
27、在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。陆，是一种新型的多功能航天飞行器。l 美国于美国于 1972年开始研制可部分重复使年开始研制可部分重复使用的航天飞机。用的航天飞机。 1981年年 4月，世界上第月，世界上第一架航天飞机一架航天飞机 “哥伦比亚哥伦比亚 ”号试飞成号试飞成 功，功， 1982年年 11月首次正式飞行，这是航月首次正式飞行，这是航 天技天技术发展史上的又一个里程碑。术发展史上的又一个里程碑。 美国美国 后来后来又相继建造了又相继建造了 “挑战者挑战者 ”号、号、 “发发 现现 ”号、号、 “亚特兰蒂斯亚特兰蒂斯 ”号和号和 “奋进奋进 ”号航天飞机。号航天飞机。l 其中其中 “挑战者挑战者 ”号航天飞机在号航天飞机在 1986年年 1月月28日发射后爆炸，日发射后爆炸， “哥伦比亚哥伦比亚 ”号在号在 2003年年 2月月 1日发射后在返回地球时坠日发射后在返回地球时坠 毁，到毁，到目前为止，美国目前为止，美国 5架航天飞机进架航天飞机进 行了行了 113次飞行。次飞行。 l 前苏联研制的前苏联研制的 “暴风雪暴风雪 “号航天飞机于号航天飞机于1988年年 11月进行首次飞行，但由于资金月进行首次飞行，但由于资金短缺，停止了研制。短缺，停止了研制。“发现”号航天飞机暴风雪号航天飞机
