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关于我

院士首席专家、科学研究院北京分院院长、中国科技研究交流中心研究员,中国国际经济文化发展研究中心高级研究员。从事国际发展战略策划, 智能远程经济产业发展、资源整合对接、 项目合作、智能技术软件研发、自动化逻辑设计等。发表论文100余篇,获国内国际优秀成果奖40余项,成果与传略入编大型文献百余部,出版专著《系统现代物理与智能科学技术模型》科学出版社,2015,申报国家科技专著基金项目。

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【原创】太空航天科普漫谈  

2010-06-18 14:57:17|  分类: 高端科学技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                            王汰非

                               吉林省通化太圣数字科学技术研究院                

           世界学术成果研究院院士  中国科技研究交流中心研究员

                               发表时间:2009-06-18       14:55:00

卫星的结构

卫星是人类基本的饶地航天飞行器,具有各种功能,如气象、通讯、探测、侦察、实验等功能。卫星具有壳体、仪器设备、通信系统、及能源装置等四个部分。

壳体部分是卫星的主体。卫星飞天需要穿过大气层,云游太空将遇到流星的侵袭,因而需要一个坚固的躯壳,一般都是由轻合金材料制成,外部涂有保护层。

各种仪器设备。卫星飞天是为了探寻宝贵的资料,因此必须根据不同的目的选配各种仪器,如天文望远镜、高级照相机、电视摄象机、各种探测器等。

通信系统。卫星离地面几百公里到几万公里飞行,需要用通信系统与地面联系。及时反馈星上仪器设备的工作情况。

能源装置。为了保证卫星仪器工作正常,需要有一个能源装置,这就是卫星的心脏。现在卫星上常用的能源有太阳能、化学能和核电池能。

 由于卫星的种类繁多,用途广泛需要它体积小、重量轻、寿命长、功率大,因此卫星的形状各种各样,有球形、圆锥形、圆柱形、球形多面体和多柱体等。

火箭的结构及飞行机理

火箭的构造很复杂,但一般都是由火箭发动机、控制系统和弹体结构三部分组成。发动机的任务是产生推力,推动运载火箭飞行,并获的应有的速度。控制系统的任务是使卫星和运载器按预定航线飞行,在预定的地点进入轨道。弹体结构是用来储存火箭发动机的推进剂,安装卫星、火箭发动机以及控制系统的仪器。由于火箭的速度很大,气动阻力也很大,前进时要产生巨大的惯性力,要求火箭外壳极为坚固。

火箭的飞行机理。静止的火箭加给它一个超过其本身重量为大的外力时,由于惯性的作用,它就很快地飞出去。这个力叫做推力。遵从牛顿第三定律。火箭的推力就是发动机排气的反作用力,按照牛顿理论任何前进物体的推力,都是靠反作用力产生的。火箭的飞行速度为第一宇宙速度。

光子火箭。光线射出去的时候,就向气体从火箭喷口喷出去一样,将会产生反作用力。光子火箭就是利用发射光线时,光压产生的反冲原理制成的。光子火箭分为三部分:第一部分是宇宙飞行员的座舱,在火箭的头部。第一部分是燃料库,在火箭的中。火箭尾部是一面巨大的抛物曲面镜。光子火箭开动的时候储存在燃料库中的正、反物质被输送到抛物曲面镜前,在那里接触,让参加反应的粒子在焦点相撞,则全部粒子都变为光子,有镜面反射产生强大的反作用力,推动火箭飞行。光子火箭在目前只是一种设想,真正建立起来还有许多困难,主要是反物质在地球上尚未找到,仅是一种理论模型,反物质的实验研制技术尚未发展。在科学技术飞速发展的未来将能乘坐光子火箭到星际空间旅游。

航天发动机简介   

原子火箭发动机

原子火箭发动机的方案很多,由当前的科学技术和材料的工艺水平,慢中子原子火箭发动机是一种较现实的法案。下面简谈慢中子原子火箭发动机。

原子火箭发动机的核心是原子反应堆。原子反应堆中的核裂变,释放出大量的热量,使反应堆温度升高,这些热量由通过反应堆内部的冷却剂吸收,既保持了反应堆的正常温度,又把热量带了出去。原子火箭发动机使用核燃料,具有巨大的能量来源,因此可把有效荷载送入遥远的宇宙空间。

电火箭发动机

电火箭发动机是利用电能,使工作介子形成电荷粒子流,用不同的方法加速排出,从而产生推力的电火箭发动机。电火箭可分为三类:电热式、静电式和电磁式。

  航天列车

 多级火箭是一列陆续减重的航天列车。起飞时,第一级发动机先开始工作,到达四十公里的高空时,进行级间分离,这是第一级火箭燃料烧完,驱壳自动脱落。接着第二级火箭开始发动,。。。依次类推。火箭逐级工作逐级抛掉,每一级火箭都不断提高速度和高度,最后熄火点时的重量就大大减轻。一般来说,多级火箭所能达到的最大速度,大约等于每一个单级火箭单独所能达到的最大速度的总和。

航天飞机

航天飞机的出现是适应当前宇航技术发展需要,而研制成的一种新型空间飞行器。它既象人造卫星、宇宙飞船一样,能载人飞出大气层,再一定轨道里绕地球旋转,从事各种空间活动,又象普通飞机一样能再度起飞,重复使用。

航天飞机的结构

 航天飞机的飞行在大气层环境中,要有适应在大气层中作超音速飞行和水平着陆的气动外形,又要有承受大气层高温烧蚀的防热系统。航天飞机的结构分为前段、中段和尾段三个部分。前段除了反作用系统外,主要是一个乘员舱。

航天飞机中段是一个大型货舱,载重约三十吨,使用面积与波音707差不多,可携带各种载荷,包括卫星、航天站、大型天文望远镜及各种宇宙探测器等。航天飞机尾段比较复杂,除了主发动机、反作用控制系统等为飞行提供动力的部件以外,还有升降副翼、垂直尾翼以及方向舵、速度闸等气动控制部件。调整这些气动控制面,可使航天飞机在大气层中具有很好的机动性和稳定性。航天飞机尾段有三个发动机。

航天飞行的过程

 目前美国试制的航天飞机,凡是飞机应有的性能它都具备,只是发动机不同。它可以垂直起飞。升空时固体火箭助推器与航天飞机的主发动机同时点火,共同把航天飞机推向空中。到达四十三公里的高空时,助推器与整个系统脱离,用降落伞落到海上回收,助推器可以重复使用二十多次。助推器分离后航天飞机与外储箱自成体系,利用自己的主发动机和推进剂,继续增加速度,飞向高空。在到达八百公里高的轨道附近,就抛掉外储箱,用自己的机动系统和控制系统,最后完成入轨动作。

航天飞行的应用

航天飞机是一种理想优越的宇宙运输飞行器。可以组装星际航天站,能作为空间渡船运送乘客和物资,保证宇宙科研的供应。航天飞机进入外层空间预定轨道,可执行各种探测任务,还可以用于军事,作为超远程轰炸机和进行拦截导弹的工具。在航天飞机上安装实验仪器,可形成一个动态的“空间实验站”,除驾驶员三人外还可乘坐四名科学家。在轨道上打开舱门,探测器在真空中工作,研究人员在充满人造大气的密封压力舱内进行科研活动。用航天飞机作为地面与轨道间的运输工具可在空间建立太阳能电站。

目前航天飞机还处于进场着陆的实验阶段,一些飞行技术问题,有待于进一步解决。它用途宽广的远景已引起世界各国的重视。预期航天飞机必将成为世界上21世纪(后)宇航事业发展的重要发展方向,将推动空间技术与其他各学科的飞速发展。

飞上月球

 在我国“嫦娥一号”进入月球之际,我们漫谈月球自然概况和登月太空航天科普知识,以增强人们对月球常识的熟知了解提高登月太空航天意识。

 月球自然概况

月球是一个绕地球旋转的卫星,自己不发光,月光是太阳的反射光。月球离地球的平均距离是384, 400公里,直径是3, 476公里,为地球的四分之一。表面积是地球的十四分之一,和亚洲的面积相等。体积是220亿立方公里,为地球的四十九分之一。质量是7, 350亿亿吨,为地球的八十一分之一。密度是每立方厘米3。34克。月球表面引力为地球的六分之一,地球上120公斤的人到月球上只有20公斤重。

 月球有一个周期特征,自转一周的时间恰好等于绕地球公转一周的时间,而且方向相同,所以月球总是以固定的一面朝着我们。月球也有白、黑天之分,月球的一天是地球的27。3天。月球表面分布许多大大小小的圆形构造,叫做环形山或月坑。还有连绵不断的山脉,最高的山峰有六千米。还有一些平原,这些平原就是我们所看的阴影部分,称为“月海”,而这种月海是无水之海,整个月球一滴水也没有。由于月球上没有空气,其表面则没有保护的外衣,白天与黑天的温差很大,白天的温度可达摄氏127 0 ,黑夜温度很快下降到摄氏零下183 0。由于月球上空没有吸收和散射光线的空气,因此月球天空看不到色彩的霞光,是一团漆黑。星星就象一粒粒夜明珠镶嵌在天幕上。月球上没有传播声音的空气,月球是一个无音世界。月球形成的年龄大约有46亿年。

月球上的月震比较频繁,月震的能量是地震的百万分之一。月震的震源比较深,一般在700 ~ 1000公里。月球的岩石中发现50多种矿物质,其中有六种是地球上没有的新矿。人们通过对月震波的传播速度的研究,将月球内部分为三层,从0 ~ 60公里的一层叫月壳,60 ~ 700公里的叫上月幔,上月幔以下的叫下月幔。关于月球的起源、演化、发展人类已了解不少,但对月球的开发利用价值等不少领域有待于我们去探索,对月球的探索、开发、利用和对地球资源的互补,将推动空间科学的发展,是探月航天的方向。

月球航天漫谈

载人月球飞船

载人月球飞船一般可分为三个部分:指令舱、服务舱和登月舱。三名宇航员在指令舱中飞行。服务舱用于装载燃料和火箭发动机。登月舱用于在月球上着陆,包括一套单独的火箭系统,用于使登月舱从月球上升空。

着陆过程。当飞船接近月球时进入停泊轨道,这时留一名宇航员在船中绕着月球飞行。另外两名进入登月舱,将它同主体拆开,平稳地下落到月球上。当他们准备离开月球时,就点燃一直火箭,于是登月舱就全靠它自己的动力升空。然后在停泊轨道指定的会合地点和宇宙飞船的主体相会。宇航员以高超的技巧使登月舱与飞船主体重新对接起来,这个过程叫做“衔接”。衔接后登月舱里的两个宇航员就进入指令舱,与另一个相会。

 在月球的停泊轨道上运行,并在月球上着陆都是可能实现的。因为月球有重力。虽然月球重力是地球的六分之一,但对于指令舱的运行和登月舱的着陆来说,这是足够的了。由于月球重力的存在人们可在月球上漫步。登月舱与飞船主体衔接后为了减轻飞船重量,便于返回地球就不在需要登月舱了,于是将它丢在太空中,同时起程返航。在接近地球大气层时,点燃一支返程火箭,使飞船降低速度。然后将服务舱丢掉,只乘坐指令舱回到地球上来。

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