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求世界航天技术的发展现状拜托各位大神

2020-02-04 19:44 作者:admin

  世界载人航天的现状与发展动向 龚念曾 发展简况 把活动领域从陆地、海洋、空中扩展到太空一直是人类梦寐以求的目标。1957年10月4 日, 前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星, 标志着人类进入了航天时代。1961年 4月12日, 前苏联航天员加加林乘“东方”(vostok)号飞船实现了人类首次太空飞行。1962年2 月20日, 美国航天员约翰·格林乘“水星”(Mercury) 飞船也实现了轨道飞行。在60年代, 前苏联发展了“东方号”上升”( Voskhod)号和“联盟”(Soyrz) 号三个系列的飞船, 美国发展了“水星”和“双子星座”(Gemini)二个系列的飞船。通过飞船的轨道飞行试验, 前苏联和美国已掌握了人在太空中生活、工作, 完成各种科学实验以及航天器的交会对接和航天员出舱活动等载人航天的基本技术。在此期间, 美国还实施了举世闻名的“阿波罗(Apollo)飞船的载人登月计划。1969年7 月16日, 美国航天员乘“阿波罗”-11 飞船, 实现了人类第一次在月面上着陆。 前苏联和美国在掌握了载人航天的基本技术之后, 都决定在近地轨道建立载人航天活动的基地——载人空间站。在空间站上, 可利用空间的微重力, 高真空等特殊环境进行各种科学、技术和应用试验, 并探索载人航天的商业应用前景。 前苏联和美国在建造载人空间站上采取了不同的发展过程。前苏联采取循序渐进的发展道路, 利用已掌握的载人飞船技术, 先建成短期有人的空间站系统, 逐步发展到长期载人空间站。美国则采取一步跨人建造大型长期载人空间站的发展途径。在70年代,前苏联先后发射了7 个“礼炮”号(salyut)空间站, 建成了以“礼炮”号空间站为核心, “联盟”号飞船运送人员和“进步”(Progress)号货船运送物资的载人航天体系。美国在“阿波罗”计划之后, 利用“阿波罗”计划取得的技术成果, 于1973年5 月发射了重达91吨的“天空实验室”(Skylab)。美国用“阿波罗”飞船先后把三批航天员送上“天空实验室”进行各种科学实验。“天空实验室”实际上是一个试验性空间站, 只在轨工作了9 个月。此后, 美国停止了载人航天活动。整个70年代致力于航天飞机的研制工作。1981年4 月12日, 美国航天飞机进行了首次轨道飞行, 恢复了美国的载人航天活动。至1994年底, 美国航天飞机已进行了66次轨道飞行, 完成子大量的微重力科学与应用研究, 生命科学和医学研究, 对地观测和天文观测以及发射卫星、回收和在轨修理卫星等技术试验, 取得了有价值的科学和技术成果。 80年代中期, 国际上出现了发展载人航天的热潮。前苏联于1986年发射了新一代的“和平”(Mir) 号长期载人空间站。它有6 个对接口, 能接上多人舱体组成大型空间站。现已在“和平”号核心舱上接上了“量子”(Kvant)-1 号天文物理舱、“量子”-2号技术舱、晶体舱, 以及往返运送人员的“联盟”号飞船, 组成了总重约77.6吨、舱内容积达278 立方米的空间站复合体。“和平”号空间站还计划在1995年再接上“自然”(Priroda) 号环境研究舱和“光谱”(Spektrum)号遥感舱, 建成重达百吨左右的大型空间站。 1984年美国总统里根批准了在10年内建成模型庞大的“自由”(Freedom) 号空间站计划, 并邀请盟国参加。欧空局( 由法国、德国、意大利、英国等13个欧洲国家参加的欧洲航天机构),日本和加拿大作出了响应, 决定加入了发展载人空间站的行列。 进入90年代, 国际政治形势发生了重大变化, 各国都在调整其航天政策和载人航天发展计划。冷战时期, 各国为了维护大国地位的需要以及过高地估计了载人航天站商业应用的价值等原因, 把载人航天计划的规模搞得过于庞大, 造成航天经费急剧上升。到80年代末, 各国已认识到微重力条件下的空间生产的商业化短期内难于取得重大突破,目前还难于预测其商业应用的前景。2000年前后建成的载人空间站仅是一个进行各种科学与技术试验的轨道实验室, 并不能成为一个空间生产基地, 在当前各国航天经费不断削减的情况下, 一方面缩小载人航天计划的规模, 减少投资; 另一方面采取更大规模的国际合作, 互相取长补短, 共同分担费用。 1993年, 美国航宇局进一步缩小“自由”号空间站的规模; 同年9 月美俄两国签署合作协议, 同意各自在“自由”号空间站与“和平”号空间站的基础, 联合建造一个包括欧洲、日本和加拿大部件的国际空间站。欧空局对其载人航天计划也作了重大调整,而日本的载人航天计划比较稳定。 发展动向 今后各国的载人航天活动主要是研制国际空间站和发展重复使用的航天运输系统。 2002年建成国际空间站 俄罗斯的“和平”-1号空间站是目前世界上唯一在轨运行的长期载人空间站, 它将一直工作到1997年, 其后俄将参加以美国为首的国际空间站的合作。大约在2002年6 月将建成一个由美国、俄罗斯、欧空局成员国、日本和加拿大等国联合建造和运行的国际空间站。 国际空间站将分三阶段建成。 第一阶段从1994年至1997年, 美、俄两国完成航天飞机与“和平”-1号空间站的7次对接飞行, 首次将在1995年6 月进行, 取得航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力材料科学和对地测的经验, 降低国际空间站装配和运行中的技术风险。 第二阶段从1997年11月至1998年8 月, 达到有人照料能力。美、俄两国参加。1997年11月, 空间站的首次装配飞行是由俄罗斯把“礼炮”功能舱发射入轨, 它装有5.7 吨推进剂, 用于维持空间站的轨道, 接着把美国的对接接头、俄罗斯的服务舱( 原“和平”-2号的核心舱) 、美国实验舱和由俄罗斯“联盟”号飞船改进的救生飞船发射入轨。 第三阶段从1998年8 月至2002年6 月, 国际空间站完成装配, 达到长期载人能力。在此阶段中, 加拿大的移动服务系统、美国的居住舱、欧空局的哥伦布实验舱和日本实验舱将先后发射入轨。装配完成后国际空间站将运行在倾角51.6°, 高度为450 公里的轨道上。空间站的宽( 翼展)110米, 长87米, 重量377 吨, 乘员6 人, 总容积达1 202立方米, 总电源为110 千瓦, 站上有33个国际标准机柜可供科学实验使用。国际空间站建成后将在轨运行10年, 通过国际空间站的大量试验和研究, 将为未来的载人航天活动积累技术和经验, 并将为开创新技术和新的空间产业作出贡献。 欧洲调整载人航天计划, 停止航天飞机研制改为发展载人飞船 80年代中期,欧空局曾制定了规模庞大的载人航天计划, 决心在下世纪初建成自主的载人航天系统。1987年11月, 欧空局成员国部长级会议正式批准了“阿里安”(Ariane)-5大型运载火箭、“赫尔梅斯”(Hermes)航天飞机和“哥伦布”(columbus)空间站三项载人航天计划。“阿里安”-5火箭和“赫尔梅斯”航天飞机构成欧洲的天地往返运输系统, “哥伦布”空间站计划包括对接在“自由”号空间站上的“哥伦布”实验舱、有人照料的自由飞行实验室和极轨平台三个单元。 1993年9 月, 美国、俄决定联合研制国际空间站后, 欧洲感到在国际空间站的合作中的地位下降。1993年10月, 欧空局提出了载人航天计划的新战略, 目的是增强欧洲载人航天计划的自主性和机动性。新战略的主要内容为: 重新设计“哥伦布”实验室, 重量减为10吨, 使研制费降低27%,它可用“阿里安”-5火箭发射, 不必用美国航天飞机送上国际空间站;研制人员运输飞行器(CAV),它类似于美国的阿波罗飞船, 重约18吨, 可载4 人, 将成为欧洲21世纪初的载人航天运输系统, 也可作为国际空间站的人员救生飞船, 研制自动转移飞行器(ATV),这是一种小型拖船, 它装在“阿里安”-5火箭上, 既可把“哥伦布”实验舱、也可把载人飞船送上国际空间站。 “阿里安”-5大型运载火箭的总研制费用达63.7亿美元, 将于1995年末或1996年初进行首次发射。“阿里安”-5的低轨道运载能力为18吨, 其每公斤有效载荷送入低轨道的费用可比“阿里安”-4火箭低20%,增强了欧洲在国际航天发射市场上的竞争能力。 日本决定发展不载人小型航天飞机 日本政府在1989年公布的宇宙开发大纲中明确了日本今后10年航天活动的基本方向, 即掌握具有国际水平的应用卫星和运载火箭制造技术, 通过国际合作掌握载人航天的基本技术, 为实现日本独立开展载人航天的长远目标奠定技术基础, 而在先进的天地往返运输系统、轨道工厂、轨道间运输系统等方面仅开展基础研究和预先研究。 因此, 在2000年之前日本仅把H-2 运载火箭和参加国际空间站的日本实验舱列入型号研制, 而用H-2 火箭发射的“希望”号(HOPE)不载人小型航天飞机仅开展关键技术研究。 日本实验舱是一个对接在国际空间站上的多用途实验室, 它包括加压舱、后勤舱和暴露设施三部分, 主要进行材料加工、生命科学、对地观测和新技术试验, 总研制费约27.2亿美元, 仍保持原有的规模, 计划于1995年完成地面全尺寸样机, 大约在1998年完成地面总装和测试, 2000年左右用美国航天飞机分两次送上国际空间站。 1993年7 月, 日本决定利用先进的机器人技术, 集中发展无人驾驶的重复使用航天运输系统,使日本具有开发宇宙的独特能力。 日本已经批准“希望”号小航天飞机技术演示飞行器的研制, 计划在1999年进行入轨飞行试验。它长16米, 翼展10米, 重约8 吨, 研制费用约14亿美元。实用型的“希望”号不载人航天飞机估计在2008~2010年才能投入使用, 将用更大推力的H-2 火箭发射, 为国际空间站和日本的轨道平台服务。 降低运输费用, 是航天运输系统的发展重点, 长远目标是发展空天飞机 目前, 向空间站运送人员和物资的载人飞船都是一次使用的, 运输成本高。美国部分重复使用的航天飞机, 每次飞行的平均费也达到3.93亿美元。高额的航天运输费用已成为制约载人航天活动的重要因素。大幅度降低航天运输费用已成为天地往返运输系统发展的重要目标。 完成重复使用的空天飞机是大幅度降低航天运输费用的有效途径, 它利用吸气式推进系统能像飞机一样水平起飞, 单级入轨和水平降落, 但空天飞机所需的技术尚未成熟, 耗资也巨大, 近期内难以实验, 它将是各国追求的长远目标。 1986年2 月, 美国正式批准了国家空天飞机计划(NASP)。该计划旨在研制一种使用超燃冲压发动机的单级入轨空天飞机。NASP计划已完成了可行性研制、技术发展与初步设计两个阶段。原计划于1993年决定是否研制称为X-30的验证机, 后因技术与经费的原因, 美国国防部和航宇局决定重新确定NASP计划的方向。 除美国外, 俄、德、英、法、日等国也都有各自的空天飞机研究和技术发展计划,并取得了进展。各国都感到独立研制空天飞机在技术上和经验上都难以承受, 国际合作是较好的发展途径。估计研制出实用的空天飞机将在2020年至2030年。 各国正在研制新一代的航天运输系统, 以求降低运输费用和提高可靠性。人们分析, 新一代的航天运输系统将是以火箭动力为主的运载器。美国航宇局已开始下一代重复使用运载器技术的发展工作。重点是发展单级人轨的火箭技术。航宇局准备研制一种称为X-33的重复使用火箭, 计划在1999年进行飞行试验, 验证单级入轨火箭的推进系统、结构材料和热防护系统等技术。大约在2012年研制出重复使用的运载器, 取代现用的航天飞机。 开发月球——载人空间站之后的重要发展目标 60年代初, 前苏联和美国展开了载人登月竞赛, 并陆续发射了几十个月球探测器。近几年来, 一些国家对建立月球基地具有深厚的兴趣。1994年6 月, 欧空局提出了一项分步开发月球的计划: 2000年左右发射小型月球卫星探测月球, 此后10年用无人的巡游车登月考察。若月球计划能成为由美、俄、日等国参加的国际合作计划, 大约在2020年左右实现少量人员登月, 建成能供人长期居住的小型月球, 进行各种科学活动。 日本也提出了开发月球的长期计划。月球-A探测器已在研制, 计划于1997年发射。此后日本将开始一系列月球观测, 包括发射月球轨道器和月面巡视器等, 为建立月球基地进行各种勘探和调查。大约在2010年之后, 在月球上建立一个无人的观测和实验系统, 实现在月面上连续的无人科学观测和月球利用试验。在2030年左右, 进行载人登月考察。 建立月球基地具有重大的经济和科学价值。月球上具有丰富的自然资源, 可建立天文观测台和多学科实验室, 还可利用月球资源建立月球工厂和向火星等其它星球发射载人飞行器或探测器。可以认为, 开发月球将成为空间站计划之后的发展目标, 而国际合作实现此目标的有效途径。

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