1海洋資源與技術CONTENTS第16章海洋技術空間技術空間資源與技術216.2課程標準

1.知識目標識記運載器、航天器、地面測控技術的概念。理解空間位置資源、空間環境資源、空間物質資源。理解空間技術的產生和發展、空間技術的理論基礎。2.能力目標具備初步批判性思維能力。3.素質目標弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

一、空間資源

（一）空間位置資源通信衛星的出現和廣泛應用，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星，就可以實現全球通信和傳播。美國于1963年發射第一顆同步通信衛星。此后，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統。1984年4月8日，中國自行研制的第一顆地球同步通信衛星東方紅2號由長征3號運載火箭從西昌衛星發射中心發射上天。第二節空間資源與技術同步通信衛星

氣象衛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，監視臺風、暴雨等災害性天氣的變化，從而可以提高氣象預報的準確性，減少自然災害給人們帶來的損失。地球資源衛星上裝有高分辨率的電視攝像機、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，調查地下礦藏和地下水源，觀察農作物的長勢和估計農作物的產量，監視農作物的病蟲害和環境的污染情況，以及進行地理測量等。應用衛星的大家族中還有導航衛星、軍事衛星、科學衛星、商業衛星等，它們各有其特殊的用途。導航衛星（二）空間環境資源宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強輻射、超低溫等條件，為空間環境資源。利用這些特殊條件的環境能開展一些在地球上很難做的科學實驗。

（三）空間物質資源宇宙空間中的物質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、強輻射、超低溫等條件

二、空間技術（一）空間技術的產生和發展

人類探空活動的歷史，大致經歷了氣球、火箭、人造衛星等幾個階段。

20世紀20年代，各種氣球已用于科學考察。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、明朝期間應用的火箭武器是現代火箭的始祖。人類探空活動

1903年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基發表了題為《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，美國物理學家戈達德獨立地研究了火箭的推進原理，設計、制造并發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斗機Me-262，試飛時速為960千米，成為世界上最早的實用型噴氣式戰斗機。液體火箭V—2

1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了世界上第一顆人造地球衛星。1961年4月12日，前蘇聯第一個發射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道，運行108分鐘后安全返回地面，開辟了人類航天的新紀元，標志著人類空間技術進入了新的時代。1969年7月16日，美國成功地利用“土星-V”運載火箭發射阿波羅飛船，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“天空實驗室1號”送入太空。2002年國際空間站建成，并運行，可供6人活動。

國際空間站宇航員加加林在地球軌道運行108分鐘后安全返回地面

中國在2016年9月15號發射“天宮二號”空間實驗室，隨后2016年10月下旬發射神舟11號載人飛船和“天舟一號”貨運飛船，并與“天宮二號”對接。

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

2024.10.30神舟十九號成功發射，航天員由蔡旭哲、宋令東、王浩澤。

（二）理論基礎

1.“三個宇宙速度”理論要使飛行器成為人造地球衛星，

利用物理學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、火箭起飛時的質量M1、推進劑耗完以后火箭的質量M2的質量比，具有如下關系：V＝C㏑M1/M2

要提高火箭的速度，必須提高火箭發動機的噴氣速度C和火箭的質量比M1／M2。

2.火箭推進原理中國長征火箭（三）空間技術的重要內容空間技術包括運載器、航天器和地面測控技術三個重要組成部分。

1.運載器運載器主要是運載火箭。

運載火箭有箭體結構、推進系統和控制系統等幾個部分。目前世界上最大的運載火箭是美國的星艦火箭，它能夠將100噸的物資運到近地軌道。中國最大的運載火箭是長征5號。近地軌道運載能力為25噸。

世界上的火箭發射場地（又稱航天港）主要有13個：前蘇聯的拜科努爾發射場、普列謝茨克發射場、卡普斯汀耶發射場；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；中國的酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心、西昌衛星發射中心、文昌衛星發射中心；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射場。2.航天器航天器的種類很多，主要是人造衛星，還有宇宙飛船、空間探測器、空間站、航天飛機等。

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飛船就來往于地球和太空實驗室之間；前蘇聯的聯盟號、進步號、宇宙號等飛船就來往于地球和禮炮號空間站之間；我國神舟號系列飛船來往于地球和天宮一號空間站。（1）宇宙飛船神舟號飛船來往于地球和天宮一號空間站

（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號于1977年9月5日發射。它曾到訪過木星及土星，它是離地球最遠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間運行，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、服務艙、專用設備艙和太陽電池陣等組成。1996年“和平”號空間站建成，這是人類空間技術發展的一個里程碑。空間站空間探測器

（4）航天飛機將通常的火箭、宇宙飛船和飛機的技術結合起來。具有運載、航天、返回三種功能，能多次重復使用的飛機。據報道，中國建造的“昊龍”貨運航天飛機是以23馬赫飛行的航天飛機。

（5）空天飛機是既能航空又能航天的新型飛行器。它像普通飛機一樣起飛，在30～100公里高空的飛行速度為12～25倍音速，返回大氣層后，像飛機一樣在機場著陸。2010年美國X-37B型空天飛機首航，實現在軌670天連續飛行2023年，我國神龍一號空天飛機成功反航，技術十分先進。空天飛機航天飛機3、地面測控技術地面測控系統在地