自然科學(xué)概要（第二版）（微課版）課件 16.2空間資源與技術(shù)

1海洋資源與技術(shù)CONTENTS第16章海洋技術(shù)空間技術(shù)空間資源與技術(shù)216.2課程標(biāo)準(zhǔn)

1.知識(shí)目標(biāo)識(shí)記運(yùn)載器、航天器、地面測控技術(shù)的概念。理解空間位置資源、空間環(huán)境資源、空間物質(zhì)資源。理解空間技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展、空間技術(shù)的理論基礎(chǔ)。2.能力目標(biāo)具備初步批判性思維能力。3.素質(zhì)目標(biāo)弘揚(yáng)科學(xué)家精神，博學(xué)德清，鼎新致用。

一、空間資源

（一）空間位置資源通信衛(wèi)星的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，已帶來了世界通信體制的根本性變革。只要在赤道上空約為3.6萬千米的同步軌道上，等距離地分布三顆通信衛(wèi)星，就可以實(shí)現(xiàn)全球通信和傳播。美國于1963年發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星。此后，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統(tǒng)。1984年4月8日，中國自行研制的第一顆地球同步通信衛(wèi)星東方紅2號(hào)由長征3號(hào)運(yùn)載火箭從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射上天。第二節(jié)空間資源與技術(shù)同步通信衛(wèi)星

氣象衛(wèi)星可以利用各種氣象探測儀器，拍攝全球的云圖，精確地測量全球各處的氣溫、降水量，監(jiān)視臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害性天氣的變化，從而可以提高氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，減少自然災(zāi)害給人們帶來的損失。地球資源衛(wèi)星上裝有高分辨率的電視攝像機(jī)、多光譜掃描儀、微波輻射儀和其他遙感儀器，可用來勘測地球表面的森林、水力和海洋資源，調(diào)查地下礦藏和地下水源，觀察農(nóng)作物的長勢和估計(jì)農(nóng)作物的產(chǎn)量，監(jiān)視農(nóng)作物的病蟲害和環(huán)境的污染情況，以及進(jìn)行地理測量等。應(yīng)用衛(wèi)星的大家族中還有導(dǎo)航衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、科學(xué)衛(wèi)星、商業(yè)衛(wèi)星等，它們各有其特殊的用途。導(dǎo)航衛(wèi)星（二）空間環(huán)境資源宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強(qiáng)輻射、超低溫等條件，為空間環(huán)境資源。利用這些特殊條件的環(huán)境能開展一些在地球上很難做的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（三）空間物質(zhì)資源宇宙空間中的物質(zhì)資源主要是太陽能資源、月球資源以及其他行星資源。月球含有十分龐大的礦物資源，比如月球上的鈦金屬推測高達(dá)100萬億噸；月球上有氦-3資源，它屬于核聚變最理想的材料之一。月球表面空間站失重、高真空、強(qiáng)輻射、超低溫等條件

二、空間技術(shù)（一）空間技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

人類探空活動(dòng)的歷史，大致經(jīng)歷了氣球、火箭、人造衛(wèi)星等幾個(gè)階段。

20世紀(jì)20年代，各種氣球已用于科學(xué)考察。但由于大氣密度的降低氣球上升到50千米左右后只能望“空”興嘆。中國在元、明朝期間應(yīng)用的火箭武器是現(xiàn)代火箭的始祖。人類探空活動(dòng)

1903年，俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基發(fā)表了題為《利用噴氣儀器研究宇宙空間》的論文，提出了利用火箭探索宇宙空間的思想。1926年3月，美國物理學(xué)家戈達(dá)德獨(dú)立地研究了火箭的推進(jìn)原理，設(shè)計(jì)、制造并發(fā)射了世界上第一枚液體火箭。1942年10月，德國人馮·布勞恩制造并成功地發(fā)射了第一枚軍用液體火箭V—2

（最大高度80km，射程320km）。

1942年，梅塞施米特研制的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Me-262，試飛時(shí)速為960千米，成為世界上最早的實(shí)用型噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。液體火箭V—2

1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。1961年4月12日，前蘇聯(lián)第一個(gè)發(fā)射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道，運(yùn)行108分鐘后安全返回地面，開辟了人類航天的新紀(jì)元，標(biāo)志著人類空間技術(shù)進(jìn)入了新的時(shí)代。1969年7月16日，美國成功地利用“土星-V”運(yùn)載火箭發(fā)射阿波羅飛船，把宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球，并于7月25日返回地球。1973，美國又利用“土星-V”火箭將82噸重的“天空實(shí)驗(yàn)室1號(hào)”送入太空。2002年國際空間站建成，并運(yùn)行，可供6人活動(dòng)。

國際空間站宇航員加加林在地球軌道運(yùn)行108分鐘后安全返回地面

中國在2016年9月15號(hào)發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室，隨后2016年10月下旬發(fā)射神舟11號(hào)載人飛船和“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船，并與“天宮二號(hào)”對接。

中國空間站在2022年建成?？臻g站軌道高度為400~450公里，設(shè)計(jì)壽命為10年，長期駐留3人，總重量可達(dá)180噸。2021年6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船與天和核心艙完成自主快速交會(huì)對接。航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙。2022.10.30，中國空間站神州14與神州15號(hào)飛船會(huì)合，6人會(huì)師。中國空間站名稱發(fā)射時(shí)間回歸時(shí)間搭載宇航員姓名神舟五號(hào)2003-10-1509:002003-10-1606:28楊利偉神舟六號(hào)2005-10-1209:002005-10-1704:32費(fèi)俊龍、聶海勝神舟七號(hào)2008-09-2521:102008-09-2817:37翟志剛、劉伯明、景海鵬神舟八號(hào)2011-11-0105:582011-11-1719:32搭載模擬人神舟九號(hào)2012-06-1618:372012-06-2910:03景海鵬、劉旺、劉洋神舟十號(hào)2013-06-1117:382013-06-2608:07聶海勝、張曉光、王亞平神舟十一號(hào)2016-10-1707:302016-11-1813:33景海鵬、陳冬神舟十二號(hào)2021-06-1709:222021-09-1713:30聶海勝、劉伯明、湯洪波

2024.10.30神舟十九號(hào)成功發(fā)射，航天員由蔡旭哲、宋令東、王浩澤。

（二）理論基礎(chǔ)

1.“三個(gè)宇宙速度”理論要使飛行器成為人造地球衛(wèi)星，

利用物理學(xué)的公式算得最小速度V=7.9千米／秒。這就是“第一宇宙速度”。

要使飛行器成為飛往月球或太陽系的空間探測器，它的最小速度V=11.18千米／秒。這就是“第二宇宙速度”。第三宇宙速度是指飛行器越出太陽系的引力作用范圍所需要的最小速度，其數(shù)值此16.7千米／秒。齊奧爾科夫斯基公式：在忽略重力和空氣阻力的情況下，火箭的最大速度V、火箭的噴氣速度C、火箭起飛時(shí)的質(zhì)量M1、推進(jìn)劑耗完以后火箭的質(zhì)量M2的質(zhì)量比，具有如下關(guān)系：V＝C㏑M1/M2

要提高火箭的速度，必須提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴氣速度C和火箭的質(zhì)量比M1／M2。

2.火箭推進(jìn)原理中國長征火箭（三）空間技術(shù)的重要內(nèi)容空間技術(shù)包括運(yùn)載器、航天器和地面測控技術(shù)三個(gè)重要組成部分。

1.運(yùn)載器運(yùn)載器主要是運(yùn)載火箭。

運(yùn)載火箭有箭體結(jié)構(gòu)、推進(jìn)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分。目前世界上最大的運(yùn)載火箭是美國的星艦火箭，它能夠?qū)?00噸的物資運(yùn)到近地軌道。中國最大的運(yùn)載火箭是長征5號(hào)。近地軌道運(yùn)載能力為25噸。

世界上的火箭發(fā)射場地（又稱航天港）主要有13個(gè)：前蘇聯(lián)的拜科努爾發(fā)射場、普列謝茨克發(fā)射場、卡普斯汀耶發(fā)射場；美國的肯尼迪航天中心、范登堡空軍基地；法國在海外的圭亞那航天中心；中國的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心、太原衛(wèi)星發(fā)射中心、西昌衛(wèi)星發(fā)射中心、文昌衛(wèi)星發(fā)射中心；日本的鹿兒島航天中心、種子島航天中心；意大利在國外的圣馬科航天發(fā)射場。2.航天器航天器的種類很多，主要是人造衛(wèi)星，還有宇宙飛船、空間探測器、空間站、航天飛機(jī)等。

是來往于地球和空間站之間的重要交通工具。

例如美國的阿波羅號(hào)飛船就來往于地球和太空實(shí)驗(yàn)室之間；前蘇聯(lián)的聯(lián)盟號(hào)、進(jìn)步號(hào)、宇宙號(hào)等飛船就來往于地球和禮炮號(hào)空間站之間；我國神舟號(hào)系列飛船來往于地球和天宮一號(hào)空間站。（1）宇宙飛船神舟號(hào)飛船來往于地球和天宮一號(hào)空間站

（2）空間探測器是脫離了地球的束縛，飛往月球及其他行星，或在星際間航行的航天器。

首次發(fā)射空間探測器是60年代初，它飛往金星。60年代和70年代中期，主要探測金星、火星和水星；對于遙遠(yuǎn)的大型行星木星、土星等的考察，是從70年代開始的。旅行者1號(hào)于1977年9月5日發(fā)射。它曾到訪過木星及土星，它是離地球最遠(yuǎn)和飛行速度最快的人造飛行器。

（3）空間站空間站是一種在近地軌道長時(shí)間運(yùn)行，可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。

空間站通常由對接艙、氣閘艙、服務(wù)艙、專用設(shè)備艙和太陽電池陣等組成。1996年“和平”號(hào)空間站建成，這是人類空間技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑?？臻g站空間探測器

（4）航天飛機(jī)將通常的火箭、宇宙飛船和飛機(jī)的技術(shù)結(jié)合起來。具有運(yùn)載、航天、返回三種功能，能多次重復(fù)使用的飛機(jī)。據(jù)報(bào)道，中國建造的“昊龍”貨運(yùn)航天飛機(jī)是以23馬赫飛行的航天飛機(jī)。

（5）空天飛機(jī)是既能航空又能航天的新型飛行器。它像普通飛機(jī)一樣起飛，在30～100公里高空的飛行速度為12～25倍音速，返回大氣層后，像飛機(jī)一樣在機(jī)場著陸。2010年美國X-37B型空天飛機(jī)首航，實(shí)現(xiàn)在軌670天連續(xù)飛行2023年，我國神龍一號(hào)空天飛機(jī)成功反航，技術(shù)十分先進(jìn)?？仗祜w機(jī)航天飛機(jī)3、地面測控技術(shù)地面測控系統(tǒng)在地