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简谈从探空火箭到航天飞机

作者:2016-11-30 16:58阅读:文章来源:未知
  19 9 年月 02 日 , 美国“ 鹰’ ( aE g le )号登月艇在月球上荒凉、寂静的宁静海着陆.当“ 阿波罗’1 号飞船的驾驶长阿姆斯特朗走到登月艇梯子最下一级, 伸出穿着靴子的左脚要碰到粉末状的月面时, 他说: ` 对于一个人来说, 这是一小步, 但是对于人类来说, 这是跨了一大步
  这确实是值得载入史册的一大步, 人类多少世纪以来的幻想终于变成了现实.它为空间科学开拓了新的领域, 标志着空间时代进入了一个崭新的阶段.进入空间时代
  自古以来, 人们就对空间飞行抱有浓厚的兴趣,但这种兴趣长期只是停留在想象阶段.直到1 9 03年,俄国的一位数学教员茹柯夫斯基(米y 劝cB K H n ) 才将空间飞行建立在健全的科学原理之上, 他对火箭推进器、燃料、导航等设备提出了比较可行的方案, 并首先提出多级火箭的设想.但是, 当时的科学技术水平, 还无法将这些设想付诸实现
  19 26 年3 月, 美国首次发射了戈达德( C o d da dr )设计的液体火箭.虽然该火箭重量仅5.5 公斤, 飞行距离也只有56 米, 但可以说是近代火箭技术发展中富有实践意义的一步.第二次世界大战期间, 德国研制成功了V 一2火箭
  这种从德国本土发射越过英吉利海峡打到英伦三岛的单级火箭, 最大高度约达390 公里.V 一2 火箭的设计, 标志着长程高空飞行的巨大进展.1 , 4 5年, 苏军占领了德军位于波罗的海沿岸的内蒙德火箭基地, 而一批德国火箭专家则投降了美军.这批设备和人员, 促进了以后美、苏两国空间计划的开展.
  空间时代正式开始于?.1 57 年10 月4 日, 苏联应用多级火箭将第一颗人造卫星送入了绕地球运行的轨道. 这个直径2,8 英寸、重18 4 磅的金属球体, 每%`2分钟绕地球一周, 它带有测量温度、压力的仪器,并利用两台无线电发射机发射讯号, 来研究电离层的结构. 一个月后, 苏联第二颗人造卫星也发射成功
  在这个重达半吨的卫星上, 有一条小狗“莱卡” l[J.1 9 55年1 月3 1 日, 美国利用擎天神( A t l aS ) C 型火箭发射了“ 探险者” ( E即lo 比r )1 号卫星.这颐卫星.仅重18 磅, 每1 巧分钟绕地球一周.卫星上用以记录_空间带电粒子的计数器在高空“ 失灵, 了, 有些人认为是仪器发生了故障, 但范· 艾伦( 丫恤n lA l en ) 提出了不同的解释: 由于该空间区域中带电拉子过多, 以至计数器发生` 阻塞, [,].随后的卫星测盆, 证实了范·艾伦的猜想.这个由地磁场捕获带电粒子所构成的区域, 称为地球的辐射带或范· 艾伦带, 它是人类进入空间时代以来第一项重大的科学发现
  在随后的几年中, 美、苏两国一方面发射不同轨道和高度的人造地球卫星, 探测高层大气的结构、空间磁场的分布和变化, 拍摄地球表面及低空云层的图片,利用卫星进行远距离通讯和军事侦察, 大大促进了空间科学及其他学科的迅速发展
  另一方面试图将宇航员送入高空, 探索人类飞向其他星球的可能性.19 61年4 月12 日, 苏联宇航员加加林( r ar a p “ H ) 乘坐“ 东方, ( B OCT O )K 1 号飞船, 首次作了历时108 分钟的环绕地球飞行, 并安全地返回地面, 揭开了空间时代中·新的一页
  紧接着, 攀登月球成了新的奋斗目标.5 32人类狡上月球要想登上月球, 必需做好三方面的准备: 一是需要具有强大动力的火箭和能在月面软着陆并起飞返航、的登月装置, 二是对月面条件有比较清楚的了解, 选择理想的登陆地点, 三是挑选合适的宇航人员, 试验他们在空间中生活和工作的能力
  美国从19 61 年开始准备到l % 9年登月成功, 差不多花了9 年的时间, 耗资达22 0 亿美元sj[.与此同时, 苏联也积极开展了登月计划, 但由于种种原因, 至今尚未取得成功.为选择安全可靠的降落场所, 美国先后进行了三个无人驾驶的月球勘查计划—“徘徊者”( aR n g e r )、“ 勘测者, ( Su ” 尼yo r ) 和“ 绕月者, ( LanUr o r b i et r )
  “徘徊者. 计划是月球探险的第一步, 它开始于19 61 年,19 64 年7 月28 日发射的“ 徘徊者’ 7 号在撞到云雾海之前, 电视摄象机曾送回43 0 张月面的照片,接着“徘徊者”8 号和9 号, 又送回宁静海和云雾海的优质照片129 51 张.这些照片表明月面很多地区十分平滑, 足以让人驾驶飞船降落二勘测者’ 飞船具有三条修长的支腿, 通过软着陆过程, 可以在贴近月面处拍摄照片, 并试验月面坚实的程度.196 6年6 月2 日, ` 勘测者’ 1 号首先在弗雷姆斯梯特坑穴附近的风暴海上轻轻降落.紧接着又发射了6 艘“ 勘测者”飞船.探测结果表明, 飞船在为球上不会深陷, 宇航员也无需穿雪鞋.为了选择最佳的登陆地点, 1 9“ 年8 月至19 6 7年8 月, 5 艘
  “绕月者” 飞船绘出了全部月面图, 根据这三项计划所取得的资料, 最后选出了5 个安全、坚实和相当平滑的区域作为宇航员的登月点.为了检验火箭的发射水平和宇航员在超重、失重状态下的操作能力, 美国又进行了两个有人驾驶的飞行计划— . 水星, (M e r c 切甲) 和“ 双子星, ( eG m in l ).继加加林第一次环绕地球飞行之后,1 961 年5 月5 日,美国宇航员薛拍( Sh e aP 记) 乘坐一艘“ 水星, 飞船在空中停留了15 分钟.随后, “ 水星, 计划经过六次有人驾驶飞航, 证明宇航员在轨道中仍能工作和思想, 积累了不少空间飞行的经验, 地面工作人员也获得了控制、通讯等方面的专门知识.在此同时, 苏联“ 东方” 飞船计划也取得了同样的成果. “ 双子星” 是一种双人飞船, 它比“水星, 飞船大, 也比较灵活
  1 9 65 年3 月23日, 格里森( G ir s 。川和杨六b u gn ) 乘坐“ 双子星’ 3号升空, 他们学会了随意更改轨道, 利用一组推力火箭而行动自如.在后来的几次飞行中, 宇航员着重于练习会合和衔接技术, 并获得在沿轨道飞行的飞船外步行和操作的经验.到19“ 年n 月的最后一次“ 双子星”12 号飞行, 已完全证明人类可以在空间中生存,为登月计划的最后实施奠定了技术基础.1 96 1年10 月首次发射“ 土星. ( S a ut r n ) 1 号火箭时, 叹阿波罗. 计划即已开始.在进行了一系列无人驾驶的模拟试验、重复检验登月艇和“土星”5 号火箭的性能后, 1% 8年10 月n 日, 3 位美国宇航员登上了“阿波罗”7 号飞船环绕地球飞行了n 天
  “土星” 5 号由3 节火箭组成, 全长36 3 英尺.第一节火箭有5 个滋,烧煤油和液氧的F 一1 引擎, 第二节有5 个燃烧液氢和液氧的J一2引擎, 第三节有1 个J一2 引擎, 最终可以将飞船从低地球轨道推送到登月之路. 安装在顶部的电子计算机将发出信号, 控制和检查各节火箭的操作情况
  “网波罗”飞船包括三部分: 登月艇、指挥船和动力舱.登月艇是具有4 只细长支脚的金属体, 形如昆虫. 指挥船是宇航员飞行期间控制飞行、工作和生活的地方, 船外有一层蜂巢状的由金属、树脂、纤维构成的隔热板, 足以抵挡返回地球大气层过程中摩擦所产生的高温.动力舱中装有飞船上的主要火箭、洪料、大部份供应品以及控制倾斜度的喷射推进器
  经过` 阿波罗” 8 号、9 号和10 号飞船进一步试验成功之后, 登月的一切准备工作皆已就绪.19 69 年7月16 日, 支承“ 阿波罗, 1 号的庞然大物“土星”5 号,在肯尼迪角吐出浓烟和橙色火焰, 然后这个381 7 吨的飞行器冉冉升空.
  通过4 天的航程, 美国宇航员阿姆斯特朗和艾德林(月d ir )n 驾驶“ 鹰” 号登月舱在宁静海顺利登陆, 另一位宇航员柯林斯( C of il sn ) 留在指挥船. 哥伦比亚, ( oC lum b 运) 号上绕月飞行, 准备接应登月舱返航. 阿姆斯特朗和艾德林在月球上大约逗留了21 小时, 其中有两小时停留在登月舱外.他们在月面上漫步, 并将月球的电视照片送回地球, 还安放了3种科学实验仪器( 测量太阳风特性的铝箔、记录陨星和火山爆发的月展仪及一面雷达反射镜) , 采集了6 0磅月球上石块和土壤的标本.他们依照原定计划从月球起飞, 和绕月飞行的指挥船重新会合.7 月24 日,安全降落在夏威夷西南的太平洋上.随后还有6 次“ 阿波罗” 飞行, 除“ 阿波罗”13 号外, 其他登月试验都获得了成功
  宇航员们在月球上作了较久的停留, 利用“月球车” 进行较远的探险, 并搜集了数百磅月球岩石和土壤的标本.1 972 年12 月,“ 阿波罗” 17号执行了该计划中的最后一次飞行, 此后,人类又向着新的目标迈进.1 9 70年4 月24 日, 我国成功地发射了第一颗人造卫星, 正式跨进了空间时代的行列探索其他行级
  在七十年代, 空间探测主要侧重于两个方面: 一是利用无人驾驶飞船探索其他行星, 二是发射可以供人长期工作的空间站.对类地行星的探测始于美国的“水手”(M ar i en r )计划, l% 2年“水手”2 号飞船首次获得有关金星大气层的直接资料, 到197 4 年的“水手”10 号为止, 完成了对类地行星的侦察阶段, 取得了有关地球、火星、金星和水星的丰富资料.特别是19 7 4 年3 月29 日“ 水手” 犯号飞船通过水星时, 首次发现水星也存在磁场, 并具有与地球类似的磁层结构[ ’].紧接着开展了“海盗”( V i k i gn ) 号对火星及“ 先驱者一金星” (残。。r ve usn ) 号对金星详细探测的计划.1 9 76 年“ 海盗” 号飞船成功地在火星表面着陆, 拍摄了一万多张火星照片.由这些照片看出, 火星的地形十分复杂, 有火山、山脉、巨大裂谷和冰川地貌, 其化学成分是富铁的硅质粘土, 由于表面物质氧化而成锈红色. “海盗”号在火星表面上和大气层中没有发现任何有机分子, 也没有看到可以解释为生命所造成的迹象
  为了探索金星的奥秘, 自1 9 6 2年以来, 美、苏先后共发射了14 艘飞船.1 97 8年12 月, 美国的“先驱者-金星, 1 号、2 号和苏联的`金星’( eB H eP a) n 号、12号格继飞抵金星, 进行了几十项科学实验, 获得大量有关金星高层大气和电离层、引力场、磁场、地形等.方面的资料问.结果表明, 金星大气的97 % 是二氧化碳, 还有少量其他成分, 上部有硫酸滴构成的云雾层.令人惊异的是, 虽然金星大气中水份很少( 不到心.1% ), 但却频繁地出现放电现象, 曾记录到一个持续1 5 分钟的大闪电
  金星表面上也有高山( 其中一座高达1 1 2 78 米) 和峡谷, 有一条峡谷自南向北穿过赤道, 绵延12 0 公里, 是目前太阳系范围内发现的最大峡谷.19 7 2年3 月2 日美国发射了“ 先驱者, ( P io n 祀e r )1 0号飞船, 开始了对类木行星的探测, 接着于1 9 73 年4 月6 日发射了“ 先驱者’1 号飞船
  这两艘飞船顺利地通过了小行星带, 分别达到距木星表面1 3 1 0 0 公里和4 64 0 公里处, 取得了丰硕的探测结果.[].1 9 7年8 月20 日和9 月5 日, 美国又先后发射了“ 旅行者’< 月、7 年3 79 并已分别于19 号飞船, 号和2 1 ) r 押ge>
  这些飞船的探测任务主要包括三个方面: 一是了解木星本身的内部结构, 包括获取引力场和磁场的资料, 在此基础上建立木星内部结构的模式, 二是探测木星大气的结构、化学组成、磁层结构、以及大红斑的物理性质, 三是研究木星的卫星系.探测结果发现, 木星磁场强度约为地球磁场的10 倍, 其北极磁场约巧高斯, 南极磁场约n 高斯, 磁轴与自转轴交角约1 10 . 木星磁层要比地球磁层大10 倍, 并随着太阳风性质的改变而迅速变化, 在木星的两极因城, 观测到长达三万公里的极光. 飞船还拍摄了十分清晰的大红斑照片, 它是约长2 0( 犯0多公里、宽n o o公里的红色蛋形区域, 中心部分为大小约几百公里的静止核, 周围气体呈逆时针转动, 类似于地球大气中的反气旋
  “ 旅行者’飞船除拍摄到木星卫星系的大最照片, 还发现了木星环的存在, 其宽度估计为64 0 ~名0 00公里.大量的探测结果, 使人们对木星的物理、化学性质有了进一步的了解, 然而, 又带来了许多新·的疑题.“先驱者, n 号飞船于19 79 年9 月抵达土星上空. 这个先驱者首次发现了土卫十二、两个光环F 和G、以及一个环缝, 在离土星128 万公里处探测到土星磁场并绘制了磁场图. 这些发现丰富了人们对土星的认识
  现在, ` 旅行者’1 号已于1 980 年n 月与土星交会, 探测成果可见《土星之谜)[ :1“ 旅行者’ 2 号将在198 1 年8 月抵达土星上空.此后, “ 旅行者’2 号将依靠土星引丈踌专向天王星方向, 继续漫长的行星际空间旅行, 约于1 9 86 年1 月靠近天王星.在探索其他行星的同时, 1 9 7 3年5 月美国成功地发射了第一个空间站— 天空实脸室( Sk y la b ) 。到19 79 年7 月n 日坠入地球大气层之前, 先后有九名宇航员分三批在天空实验室上工作和生活了3侃目多小时, 取得大盈有关太阳物理、地球资源和人在空间中长期生活的宝贵资料.[, 州.特别是拍撅了珍贵的软X射线冤洞照片, 并发现日冕中存在环状结构, 它是一种瞬变的现象
  这些探测结果, 不仅为太阳物理和空间物理学家提出了新的研究课题, 而且开辟了-7 个新的学科分支— 空间天文学.在此期间, 苏联实施了. 礼炮, 飞船系列的计划.这些试验的成功, 为人类开发空间其定了基础
  空间时代展扭19 7 9年美国共发射了18 个卫星, 主要用于地球电离层和磁层研究、通讯、侦察、预替等方面, 苏联和东欧国家在19 79 年共发射了功1个空间飞行器, 其中包括79 个宇宙号( oK cOM c) 系列的卫星, 绝大部分均是用于军事.西欧及北欧十一个国家( 西德、法、英、荷、比、意、丹、西、瑞士、瑞典、爱尔兰), 在欧洲空间局( SE A )统一计划、组织和协调下, 过去一共研制发射了3巧颖卫星, 日本、加拿大、印度、阿根廷、芬兰等国, 都在积极地开展空间方面的研究工作. 除此而外, 还有许多国家( 如巴基斯坦、印尼、巴西、厄瓜多尔、加纳、塞内加尔等) 虽然自己还没有发射空间飞行器的手段, 仍然十分重视空间科学研究和应用的工作.而且, 国际合作研究也越来越普遍
  今后空间计划将偏重于两个方面.一是着重了解远日距离和高纬地区行星际空间的特征, 并探索其他星球上存在生命的可能性. 除“ 旅行者, 计划承担着这一任务外, 美国还与欧洲空间局合作, 计划在1 9 85年实施国际日极探测器( sI PM ) 计划, 即同时向木星发射两艘飞船, 当它们飞过木星时, 利用木星的引力使其分别向南北方向高纬地区运动.主要用于研究太阳高纬地区(> 7 0。) 太阳风及粒子辐射、X 射线和,射线、行星际磁场的特征.为了迎接1 9 86 年哈雷( F恤l le y) 彗星的到来, 并利用彗星资料研究空间, 美国、欧洲、日本、苏联等国都计划发射一系列卫星和宇宙飞船.另一个更重要的方面是, 开发空间, 利用空间为人类造福
  目前, 卫星已广泛用于侦察、通讯、导航、测地、气象、农业、天文、地球资源以至考古、救难等各个方面. 但是, 要想进一步利用空间的特殊环境发展工业生产和开展科学实验, 必须要有一种可以多次在空间中来往飞行的交通工具. 现在, 美国的载人航天飞机( 甲山兑止u t le ) 已试飞成功, 这不仅使种种设想变为现实, 而且标志着宇宙工艺学时代的开始.地球周围的空间, 是建立利用真空和失重等特殊条件的宇宙工厂的理想场所.航天飞机可以将大型工厂的设备分批运到空间中去装配, 可以运输和接送原料、产品与人员.在空间建立大规模的工业、农业和居住基地, 已不再是天真的幻想
  太阳能发电是解决当前能源危机的重要途径之一, 也是推动空间工业化的主要基础.现在美国正研究制定太阳能发电卫星计划, 即把高于地面-4 1 倍的强烈太阳辐射转换成电力, 并利用微波波束将其送到地面. 空间太阳能发电厂不受白天或夜晚的恨制,也不再受到地球低层大气中天气的影响. 显然, 在这项计划中, 航天飞机将起着重要的作用.19 81 至19 84 年之间, 美国第一架航天飞机计划作38 次飞行, 它将先后运载62 个卫星、航天实验室或其他实验设备, 以及不同国家的科学家, 至今其舱位已全部预售完
  航天飞机使空间聚居区不再是科学幻想,现在不少科学家正致力于研究向空间移民的计划. 到二十世纪朱, 人类将大规模地遨游太空.航天飞机的试制成功, 为人类开辟了新的前景.探索空间, 征服空间, 利用空间为人类服务, 将是世界各国科学家共同努力的重要目标.
 

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