空间技术发展概况

第一节　空间技术发展概况

人类看不见的世界，并不是空想的幻影，而是被科学的光辉照射的实际存在。尊贵的是科学的力量。

——居里夫人（法国）

千百年来，人类一直向往能插上翅膀，飞出地球，探索宇宙的奥秘。在古代，嫦娥奔月的神话表达了人们飞向月球的愿望。李白诗云：“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天览日月”。但是，由于当时的科学技术水平的限制，飞出地球还是一个难圆的梦。斗转星移，岁月如梭。人类经过不断开拓进取和不懈努力，终于能如愿以偿了，不仅飞出了地球，而且正向太空进军！

（一）空间技术和外层空间

空间技术是探索、开发和利用外层空间的技术，也叫航天技术。

人们把陆地称为人类生存的第一环境，海洋为第二环境，大气层为第三环境，把外层空间称为人类的第四环境。现在通常把地表100～200千米以上的空间称为外层空间。按引力作用的范围分，外层空间又可分为地球引力作用区、太阳引力作用区、银河系引力作用区和河外星系引力作用区等。但相当长一段时间内，人类主要还是在太阳以内从事航天活动。

人类进入外层空间，要克服四大难关：①要克服地球引力；②要克服真空；③要适应剧烈变化的温度环境；④要防止有害辐射，即粒子辐射。

（二）世界空间技术发展概况

图11-1　“闪电―M”型运载火箭

（1）运载工具

航天飞行器的运载工具主要是火箭。这方面技术最发达的是前苏联、美国，此外是法国、中国、日本、印度。世界上已发射了许多地球同步轨道卫星，它环绕地球运行的速度与地球自转一圈的速度相等。这种卫星由运载火箭送到36000公里高度的转移轨道上，再由卫星自己的动力将卫星变到地球同步轨道上来。2003年6月，俄罗斯成功地发射了一枚“闪电―M”型运载火箭。目前最大的火箭可将4吨重的卫星送入太空。另一种运载工具是航天飞机，它与火箭的不同点是可以多次使用，但造价高、风险大，因每次均需7名宇航员陪着飞行，如果出现意外，损失就很大。如1986年“挑战者”号发生爆炸7名宇航员全部遇难。航天飞机的运载能力很大，有30吨，可乘载3～7名宇航员，飞行轨道高度200～400公里，倾角28度。前苏联也发射了航天飞机“暴风雪”号，但只进行过无人飞行，目前已停飞。

图11-2　“挑战者”号爆炸的瞬间

（2）人造卫星

人造地球卫星在军事和经济上具有重要价值，因此发展最快，数量也很大。应用卫星按用途分类，有广播、电视、电话使用的通信卫星；有观察天气变化的气象卫星；有对地面物体进行导航定位的导航定位卫星；有地球资源探测卫星，海洋卫星等。按轨道的高低来分类，有36000公里的高轨道地球同步卫星；200～300公里的低轨道卫星（如军事侦察卫星）。也可按军事和民用卫星来划分。国际通信卫星已发展到第8代，一颗卫星的通信能力可达几万条的话路，工作寿命长达10年以上，世界上跨洋通信几乎都由通信卫星所替代。现在有代表性的资源卫星有两个：一个是美国的陆地卫星，另一个是法国斯波特卫星。这两种卫星是当代国际上比较先进的地球资源卫星。它们的地面分辨目标能力分别为30米和10米。它们都有多谱段的遥感能力，具有鉴别地面上每一种目标的特别功能。气象卫星有两种：一种是极地轨道卫星，是通过南北极轨道的卫星，轨道高度900公里，可飞经地球的每个地区，能观察到全球的云图变化。这种卫星的分辨率通常为1公里；另一种气象卫星是静止轨道卫星，它是悬在赤道上空，固定在某个地区，24小时不停地观察本地区的云图变化。世界上目前发射的5000多颗卫星中，大部分为军事卫星，这里面包括侦察卫星、导弹预警卫星、通信卫星、导航卫星和军事气象卫星。海湾战争中，美国曾动用了50颗卫星参加作战。美国的“大鸟”高分辨率侦察卫星，有两种功能：一是对地面目标进行拍照，再用回收舱以胶卷的形式送回地面；另一功能是以电视的形式将图像直接传输到地面，分辨率很高，为1米。前苏联也有类似的系统，与美国的技术水平相当。

（3）载人航天

载人航天是30年来航天成就的重要组成部分，美国和前苏联都在竞先发展载人飞船，目前已经有400多人次进入过太空。比较起来，无论是进入太空的人数，还是人在太空停留的时间，前苏联都是领先的。竞争中，两国也有技术合作，如美国的“阿波罗”号飞船与前苏联的“联盟号”飞船，1974年在太空中实现了空间对接。美国与前苏联在发展路子上有所不同。前苏联先发展载人飞船，再发展轨道站，再发展大型的空间站。美国是发展载人飞船，然后发展航天飞机，不发展轨道站，而是进一步发展大型的永久性的空间站。2003年10月15日，中国“神舟”五号载人飞船发射成功，标志着我们成为苏、美两大国后的第三个进入太空的国家。这是我们国家的经济实力、综合国力、科技实力强大的标志、象征，是我们伟大祖国日益强大的标志，是我们中国人民巍然屹立于世界民族的标志，是中国人对世界做出的巨大贡献，也是我们中国将来为世界和平与发展做出更多努力的强大基础。

图11-3　中国飞天第一人——杨利伟

图11-4　“神舟5”号飞船发射升空

（4）空间环境的探测

图11-5　美国火星探测器“勇气号”火箭推进器脱落

深空探测主要是对太阳系各大行星和它的环境进行探测，世界上已发射100多颗深空探测捆绑式新型运载火箭探测器，已有许多重大发现。从地球周围来看，已发现地球周围的内、外辐射带，了解了地磁场的分布，太阳系各大行星周围的环境、大气环、小卫星等。美国的“旅行者”号太空飞船，带着地球文明的各种标志，如人类各国语言的录音等，能保存几万年。这只飞船正飞往银河系，探索宇宙。前苏联曾用月球车到月球上进行考察，调查月球表面的状态。航天技术发展的30多年来从开始运载火箭只能将几十公斤重的卫星送入太空至今天可将上百吨重的卫星送入太空，卫星获取信息、传递信息的能力从早期只有几十路到现在的几万路，卫星的寿命从早期的在天上只能呆几天到今天的几年甚至十几年，从早期的宇航员只能绕地球一圈到今天的宇航员在太空中工作一年以上。从以上几个主要技术指标可看出，都提高了几个数量极。比较之下，航天的价格却大幅度下降，现在的通信卫星每路电话价格与早期比较，下降了约100倍。可见30年来空间技术的成就是巨大的，当代航天技术的应用不仅在经济和军事建设方面，而且已深入到每个家庭和个人生活之中。

（三）我国的空间技术发展

图11-6　发射“神舟”号的长征二号运载火箭

（1）运载火箭和卫星

我国在20世纪50年代末开始发展空间技术，建立了一些实验室并开展基础研究。1965年我国开始研制人造卫星，第一颗人造卫星于1970年发射成功。其重量为173公斤，比前苏联的第一颗人造卫星大一倍，比美国的大10倍。星上装有各种科学仪器，能发出“东方红”音乐。我国第一颗卫星一次发射成功，这标志着我国已进入太空时代。除了卫星，我国同时在研制、发展运载火箭，已开发出几种类型的运载火箭，如长征I、II、III、IV号，长征II号捆绑火箭、长征III号甲等。其中长征II号捆绑火箭开始是为发射卫星设计的，其运载能力为8吨。发射过澳星和亚太，长征系列火箭除发射国产卫星外，已提供国际服务。

我国已发射50多颗卫星，自1975年以来，已有17次成功发射，16次回收的记录。除了1993年发射的那颗没有返回外，回收率基本上是100%。

（2）卫星应用

从80年代起，我国卫星从试验转向应用阶段。并且卫星的应用发展较快，为经济建设发挥了作用，它应用的范围很广，在各省市自治区的二十几个部门都得到利用。其中包括邮电、通讯、电视广播、教育、金融、农林、气象、海洋、环境与资源、地矿、交通、水利电力及军事部门。卫星的利用，产生了很大的社会效益。例如我国共有127万没有受过正规师范教育的中小学教师，通过卫星电视教育、培训，本来计划20年完成的任务，只用7年，就培训完毕。仅此一项，国家每年就节省了几十个亿。另外，全国有省级广播电视大学42所，地区有分校575所，十年来培养大专毕业生100多万，而培养费用只相当于普通学校的1/3。目前，我国有卫星国际电路6000条，国内将发展到几万条。天上有14个电视转化器在提供服务。利用卫星进行资源调查，拍照了很多图片，其中也有美国陆地卫星拍照的。已经对主要的经济区和京津唐、山西煤矿、黄河三角洲、陕北防护林、南沙群岛都进行了比较详细的调查，并制作了各种专业地图，特别是南沙群岛有了卫星后，我们才画出自己绘制的地图。在农业、林业、矿产方面，如对西藏地区的森林分布，第一次做了调查，1987年大兴安岭的特大火灾，也是由卫星跟踪侦察，来进行事后处理的，森林病虫害的发现与消除，也是根据卫星侦察其发展规律来进行的。气象卫星的贡献更大，台风、暴雨、洪水等都利用卫星进行精确的观察。除利用卫星进行空间环境的科研以外，微重力下有关材料的试验正在进行，由于我国开发的返回式卫星工作做得较早，所以这方面的工作居于世界前列，除了我国科学家曾做过200多个试验外，外国科学家也曾利用我们的返回卫星开展科研工作。

（四）空间技术的特点及意义

空间技术与其他技术相比具有两大方面的特点。①空间技术是高度的综合性科学技术；②空间技术是一门对国家的现代化建设和社会进步具有宏观推动作用的科学技术。

外层空间蕴含着巨大的资源：①空间的高远位置资源；②空间的高真空和超洁净环境资源；③航天器内部的微重力环境资源；④空间太阳能资源；⑤月球资源。发展空间技术，开发外层空间的巨大资源，在经济上、军事上、科学上和政治上都具有重大的意义。

第一，在军事方面，几十年来空间技术的发展说明，哪一个国家占有太空优势，它就具有军事的战略优势。如二战期间，苏联和美国的对峙，深刻地表明了这一点。

第二，在经济方面，空间技术的开发和应用，可以产生很高的经济效益和社会效益。如空间技术育种（也称太空育种或航天育种）能够改良植物产量、品种、抗性等重要遗传性状，具有很大的经济效益。

第三，在政治方面，空间技术对提高国家的综合国力影响深远。我国近几年在空间技术方面取了很大进展，大大提高了我国的综合国力，使我国在世界上的国际地位日益增强。

第四，在科学技术方面，空间技术的发展推动了现代多种学科的发展。空间技术的发展，对计算机科学、电子技术、材料科学、机械制造等都有巨大的促进作用。

（五）空间技术发展趋势

（1）更先进的运载系统

降低航天器发射价格是主要努力方向。现有的低轨道运输价格大约为每公斤1～2万美元，距离每公斤1千美元的奋斗目标相差甚远。因此，航天大国都在研究发展新的天地运输系统。近年来提出了多种新的航天运输方案。

（2）发展人造卫星

各种应用卫星将继续提高水平，降低造价，扩大应用范围。在遥感方面，除发展陆地、海洋资源卫星外，将加强对地球环境监测、减灾活动等内容。在卫星通信方面，除了继续发展大容量、多谱段、大功率、长寿命的静止轨道通信卫星外，研制和发射中、低轨道由小卫星组网的个人移动通信系统是当今的重要方向。例如，美国摩托罗拉公司将建成的小卫星群通信系统。它由66颗卫星组成全球网络，可在全球范围内进行个人移动电话直接通信。

（3）建立大型空间站

载人航天是人类开发宇宙太空的必然发展。与60年代不同，当今世界载人航天计划的核心，是在靠近地球的轨道上建立长寿命大型空间站。空间站主要有如下功能：①进行遥感及微重力等科学研究；②停靠、维修并为人造卫星补充燃料；③在空间站进行部件或整机组装工作；④物资、宇航员及航天器转运基地。

（4）深空探测

过去40年在深空探测方面虽已做出了比较大的成绩，但还只是初步的。未来美、俄、欧、日都将继续对深空进行深入探测。主要是两大方面，一是太阳系行星探测，二是天文观察。太阳系内探测包括太阳和日地空间环境，以及对金星、木星、火星、水星等及其周围环境的探测。21世纪初探测重点是月球与火星。除发射环绕飞行器对星球表面进行拍照外，还将有着陆器、行走机器人，以及建造月球和火星的载人活动基地计划。

（5）空间军事化

由于空间军事需求的存在，大国竞相开发空间军事系统，所以国与国之间潜伏着对抗。

进一步了解空间技术的发展概况，请登陆：

http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/smkx/index.htm

【思考题】

1.怎样理解空间技术和外层空间的含义？

2.简述世界空间技术的发展概况及未来空间技术的发展趋势。