
导读:航天局研究冬眠术,人类以后是否可以冬眠还在研究当中,希望使其成为现实。近年来,科学家发现,与其研究更先进的火箭和航天器,不如让宇航员冬眠来“消除上述困难”。冬眠不是冻结,而是通过适当降低体温,宇航员的新陈代谢变得“迟缓”。由此带来的第一个好
航天局研究冬眠术,人类以后是否可以冬眠还在研究当中,希望使其成为现实。近年来,科学家发现,与其研究更先进的火箭和航天器,不如让宇航员冬眠来“消除上述困难”。冬眠不是冻结,而是通过适当降低体温,宇航员的新陈代谢变得“迟缓”。由此带来的第一个好处是物质消耗减少。
宇航员在进入冬眠前先要“增加脂肪”来储存能量。服用一种特殊药物后,宇航员进入“麻木”的休眠状态,舱内的亮度变暗,温度大大降低,以“冷却”宇航员的身体。一般来说,从地球飞到火星需要大约180天的时间,宇航员需要提前苏醒度过至少花21天的休养期。
根据ESA公布的草图,休眠居住舱是圆柱形的,直径只有59米,高度只有533米。它有9个系统隔间,用于生命维持、居住、储存和工作,可满足6名宇航员的需要。如果不使用冬眠技术,整个住宅模块的直径和高度将达到8-9米,体积将达到前者的3倍。
欧空局希望在未来20年实现载人休眠火星探索。尽管前景不错,但道路上的众多技术障碍不可低估。宇航员在冬眠一个月、半年甚至一年后在太空的某个地方醒来,肯定会感到奇怪、震惊和害怕,他们的心理影响需要消除。更重要的是,如何确保休眠技术的安全?绝对有必要确保宇航员按时醒来,防止冬眠对宇航员身体造成严重伤害。熊可以在冬眠期间恢复尿液和蛋白质。一些动物具有恒温唤醒功能,可以根据环境温度和心率周期中断它们的冬眠状态。人类没有自然的冬眠习性,如何解决这些问题还不得而知。
SpaceX的成功发射,让同为航天大国的俄罗斯有些坐不住了。
5月31日,在万众期待中,特斯拉CEO埃隆·马斯克(ElonMusk)旗下的美国太空 探索 技术公司(SpaceX)成功发射了载人龙飞船,将美国国家航空航天局(NASA)的两名宇航员成功送入国际空间站。
这是自2011年以来,美国首次使用国产火箭和飞船从本土将宇航员送往空间站,也是人类 历史 上首次使用私人商业公司研发的载人飞船进入国际空间站,因此被视为开启了商业太空旅行的新时代。
在美国各界为马斯克此举一片欢腾之际,长期以来垄断航天发射、一直与美国在太空领域竞争的俄罗斯也在第一时间向SpaceX公司发去了贺电。不过,在祝贺之余,俄罗斯媒体却认为,这次发射对俄罗斯航天事业未来的发展敲响了警钟。
俄罗斯每年或损失2亿美元
俄罗斯在太空领域的主导还要追溯到上世纪五六十年代。1961年,苏联成功发射东方一号,人类首次进入太空,开启载人航天的时代。由此,也奠定了苏联在这一领域的主导地位。此后,美国与俄罗斯在航空航天领域一直处于相互较劲的态势。美国政府在2014年因乌克兰事件宣布对俄制裁时,其中就包括太空产业。
而随着美国航天飞机计划自2011年搁浅后,俄罗斯在载人航天发射领域优势显著。当时,NASA明确表态,不会再建航天飞机。
自那时起,俄罗斯的“联盟”号飞船完全担负起了负责运送宇航员们进入太空的重任。宇航员们需要先在莫斯科郊外的星城进行训练,并学习俄语,然后从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场升空。
法国国家科学研究中心的太空政策专家苏尔布-韦热(IsabelleSourbes-Verger)认为,对莫斯科来说,这类航天需求给俄罗斯提供了意料之外的机会,使其可以继续制造、研发“联盟”号与其相关设备,并在有关国际空间站(ISS)的磋商中保留相当大的话语权。
俄媒报道显示,俄罗斯联邦航天署在这些年通过运送宇航员也收入颇丰。要在“联盟”号上获得一个位置“搭车”,“打车费”一路水涨船高,从2500万美元/人已上涨到了8100万美元/人。
而近来,俄罗斯在载人航天领域的主导地位不断受到挑战。除了SpaceX的最新突破,此前中国在载人航天领域也实现了成功飞行。而俄罗斯自身一直受到腐败丑闻等困扰,近年来还损失了一些昂贵的航天器和卫星。
此次,马斯克在SpaceX成功发射后就表示,他的航天器上一个座位的价格是6000万美元,比俄罗斯便宜了约1/4。
莫斯科一家航天学院的专家约宁(AndreiIonin)表示:“如果SpaceX开始接手所有美国宇航员的运送,那么,对俄罗斯来说,每年的损失可能超过2亿美元。这对俄罗斯联邦航天署大约20亿美元的预算来说是一笔重大损失。”
面对后来的竞争者,俄罗斯联邦航天署署长罗戈津(DmitryRogozin)对媒体透露,俄罗斯正在考虑把“联盟”号上的座位售价降低30%。
不过,约宁认为此举并不可行,“SpaceX通过使用廉价引擎和自己制造几乎所有的零部件来节省开支。要做到这一点,俄罗斯必须改变生产过程。”
“我们的优势正在不断失去,”约宁表示,“我们在研发领域落后了,一直聚焦在对苏联时期技术的调整上,却没有任何革新。”而俄罗斯的专家们更担心,随着诸如SpaceX公司等有征服火星野心勃勃的私营企业崛起,有可能让俄罗斯无可挽回地被远远甩在后面。
马斯克:望美俄合作继续
此前,由于一直依赖俄罗斯的“联盟”号运送美国的宇航员进入太空,俄罗斯方面甚至嘲讽美方“只能用蹦床把宇航员送入太空”。马斯克也没有忘记这个段子,他在SpaceX成功发射后的新闻发布会上与NASA局长布里登斯廷(JimBridenstine)打趣道,“蹦床起作用了”,两人相视而笑。
作为俄罗斯航天航空领域的主管,罗戈津也在SpaceX成功发射后在社交媒体上给美国的同行送上了祝福,甚至不忘点名马斯克的SpaceX团队:“请转达我对马斯克(我喜欢他的笑话)和SpaceX团队的诚挚问候。期待进一步合作!”
马斯克则在社交媒体上第一时间做出了回应,他用俄语表示感谢之余,还表示:“希望(与俄方)建立一个互惠互利、繁荣的长期合作。”
在SpaceX公司的完美发射后,美国总统特朗普在佛罗里达州肯尼迪航天中心发表讲话。他誓言,美国宇航员将在2024年重返月球,在月球“建立永久基地和火星发射台”。
对此,俄罗斯方面也没有坐以待毙。俄罗斯宇航局发言人乌斯蒂门科(VladimirUstimenko)在推特上写道:“我们已经在今年开始进行两枚新火箭的测试,明年我们就将重启月球计划。”虽然他没有详细说明,但罗戈津此前曾表示,俄罗斯计划在今年秋天对安加拉重型运载火箭进行一次新的测试发射。
而且,乌斯蒂门科强调,美国仍然需要俄罗斯,“确保至少有两种可能方式到达空间站是非常重要的,因为你永远说不准……”
编者按
神舟十二号载人飞船发射成功引发了大众对载人航天的热议。目前,世界上只有中美俄具备独立将本国航天员送入太空的能力,但印度、伊朗等国也试图进入这一俱乐部。那么,美国、俄罗斯、印度等国载人航天发展如何?
俄罗斯计划在2023年对新一代载人飞船“鹰”进行首飞,但经费的问题可能导致飞船项目像其他航天项目一样不断拖延。
上个月28日,俄国家采购网上发布的俄国家航天集团材料中显示,俄罗斯新型“鹰”号载人飞船将可以绕地球飞行1年左右时间,并可以绕月飞行长达半年。该飞船计划在2023年进行首飞,2024年开始执行无人飞行任务,2025年进行载人飞行。
“鹰”号载人飞船模型。
“老黄牛”老骥伏枥
今年10月,俄罗斯将发射“联盟”MS-19载人飞船,将新一批航天员送往国际空间站,这是“联盟”系列载人飞船的第150次发射,发射次数之多、改进型号之多,让其他载人飞船难以望其项背。而且征战太空55年的“联盟”飞船还将继续服役多年,直到俄罗斯新一代载人飞船“鹰”号上岗,可以说是世界载人飞船中的“老黄牛”。
1966年11月,代号“宇宙”133号的“联盟”飞船进行了首次试飞。该飞船由科罗廖夫设计局研制,采用三舱式设计,最前面是轨道舱,之后是返回舱,最后是推进舱。“联盟”飞船其实是为苏联载人登月设计的,但登月计划以失败告终,“联盟”飞船转向近地轨道,出乎意料的是,飞船不仅是苏联载人飞行的主力,苏联解体后还继续服役了30余年。“联盟”飞船重约71吨(早期型号重65吨),拥有一个29吨重的返回舱,内部容积4立方米,可携带3名航天员。
“联盟”飞船的指标并不算出众,尤其是狭窄的返回舱只能容纳3名航天员,而且非常拥挤,但由于后继者迟迟未出现,只能一直改进,适应时代的变化,而同时代的“双子星”、“阿波罗”飞船早已进入博物馆,甚至上世纪80年代后期诞生的航天飞机都在2011年退出了 历史 舞台。现役的“联盟”MS由“联盟”TMA改进而来,重点是使用了电子设备,比如新的电子计算机、遥测指令系统等,实现了全数字化,自动化程度、落点精度和可靠性得到了提高。值得一提的是,这些改进的技术一部分将用于俄罗斯新一代载人飞船的研制。
虽然“联盟”飞船目前是俄罗斯载人航天的主要工具,但这种飞船毕竟是50年前的设计,再怎么改进,受原始设计的影响,已经无法满足要求,尤其是返回舱空间有限,无法携带更多航天员,不适合用于载人深空探测。
“联盟”飞船改进型非常多,现役的是“联盟”MS。
与其他国家研制的新一代载人飞船相比,差距则更加明显。其实早在苏联时代,“联盟”载人飞船之后的下一代飞船就曾提上日程,上世纪80年代,苏联开始研制“曙光”飞船,该飞船两舱式设计,最多可搭载8名航天员,但由于这一时期苏联国力开始走下坡路,加上“暴风雪”号航天飞机的存在,研制工作还未完成苏联就已经轰然解体,而继承苏联最大遗产的俄罗斯财力有限,完全没有余力继续研制“曙光”飞船,只能在“联盟”飞船基础“缝缝补补”。
进入新世纪后,借着石油价格的上涨,国力有所恢复的俄罗斯开始考虑研制新一代载人飞船。2006年,俄罗斯和欧洲联合进行了名为先进载人运输系统(ACTS)的研究,载人飞船的研制才算步入正轨,ACTS早期计划使用ATV飞船的服务舱,外加“联盟”载人飞船改进后的轨道舱。2007年10月,方案再次更改,变为大锥形返回舱加服务舱的设计,后来它的服务舱也改由能源集团专门研制。
2009年,由于欧空局迟迟不下决心,双方合作曲终人散,ACTS飞船计划不得不取消,不过这为俄国新一代飞船“联邦”号的研制奠定了基础。2009年4月6日,能源公司获得了新飞船的研制合同,新飞船被命名为“未来载人运输系统”(PPTS),它是一种兼顾近地轨道和登月任务的飞船。2016年1月15日,俄罗斯航天局正式公布的命名却是“联邦”号,最后又更名为“鹰”号。
“鹰”号飞船也采纳了返回舱重复使用的概念,采用两舱式设计,可以容纳4人进行近地轨道或是深空飞行。为了同时兼顾近地轨道和深空任务,“鹰”号载人飞船使用大小不同的服务舱,飞船重量14吨和20吨两个级别。“鹰”号载人飞船由俄罗斯正在研制的安加拉-A5运载火箭发射,将取代目前的联盟号飞船执行近地轨道任务,未来还可用于执行载人登月甚至登火任务。“鹰”号飞船原计划在2015年发射,但因为技术和经费的原因,研制进度大幅落后于原计划,目前已经推迟到2023年。
联想到不断推迟的“安加拉”火箭、“月球”-25等俄罗斯重大航天项目,“鹰”号飞船首飞时间还可能继续拖延,“联盟”号飞船“这头老黄牛”还要继续征战多年。
“鹰”号飞船的返回舱模型。
重启航天飞机靠谱吗?
近几年,俄罗斯考虑重启航天飞机的报道不时出现,但一直是“只闻楼梯响,不见人下来”。
今年3月,俄罗斯航天政策研究所所长伊万莫伊谢耶夫向媒体表示,俄罗斯正在研发的航天飞机未来可以用于军事任务。俄罗斯“闪电”科研生产联合体总经理索科洛娃表示,作为曾研发“暴风雪”号航天飞机的机构,“闪电”科研生产联合体将建造新的民用航空航天飞机,新的航天综合系统“最近5年内将实现太空飞行”。 俄罗斯航天集团2020年10月的文件显示,该集团计划在2022年9月前投入239亿卢布论证建造可重复使用的有翼型航天飞机的必要性。
2011年7月21日,美国亚特兰蒂斯号航天飞机慢慢脱离国际空间站,包括“亚特兰蒂斯”号在内的美国现役3架航天飞机在当年全部退役。美国退役航天飞机不仅宣告美国航天飞机时代的终结,也宣告世界航天飞机时代的终结。
航天飞机是美苏你追我赶航天竞赛下的产物,由于美国航天飞机最先发射成功,很多人认为美国是最早研制航天飞机的国家。其实,恰恰相反,苏联比美国更早启动航天飞机的研制,只是起了个大早,赶了个晚集而已。
上世纪60年代,苏联为了能在太空领域进一步压倒美国,苏联米格设计局的科学家提出了著名的“螺旋”航天飞机计划,而美国航天飞机研制计划在70年代初才正式启动。苏联又在1976启动了“暴风雪”号航天飞机的研制计划,并在1988年进行了首次发射,苏联解体后,“暴风雪”号航天飞机的后续发展戛然而止,而囊中羞涩的俄罗斯更是无法支持航天飞机这个吞金巨兽,成为俄罗斯航天发展路上首先抛弃的对象。
“暴风雪”号航天飞机的命运非常悲惨,现在已经成为街头艺人涂鸦平台,令人唏嘘不已。
随着经济的好转,俄罗斯开始考虑重启航天飞机,其中比较有名的项目是MRKS航天飞机,该航天飞机外形和“暴风雪”号较为类似,整个航天飞机系统由轨道器和助推火箭组成,助推火箭采用可重复使用和模块化设计,回收方式均为飞回式。火箭经过检修和重新加注燃料之后可用于下一次发射。
MRKS航天飞机在气动布局和内部设计方面与“暴风雪”号航天飞机基本相同,主要由前、中、尾三段组成,前段结构可分为头锥和乘员舱两部分,具有良好的气动外形和防热系统。航天飞机的中段主要是有效载荷舱。舱内可以装载各种卫星、空间站等。尾段安装了多台发动机,可为航天飞机入轨和离轨提供动力。据悉,MRKS航天飞机可将35吨的载荷送入近地轨道,运载能力非常强。
理想很丰满,现实很骨感。MRKS航天飞机项目至今没有什么进展。与俄罗斯其他重大航天项目一样,钱是最大的问题。每架MRKS航天飞机的成本可能不低于18亿美元,这还不包括研发的费用。美国航天飞机研发费用平摊到每架飞机约20亿美元,俄罗斯这几年每年的航天预算在50亿美元左右,这几年俄罗斯经济并不好,加上安加拉火箭、探月计划等项目占据了不少的航天经费,大型航天飞机过于烧钱,很难得到支持。
对于俄罗斯来说,研制类似美国X-37B的小型无人航天飞机是比较现实的选择,可以使用现役的运载火箭发射,研制成本和运营成本也比“暴风雪”这样的大型航天飞机少很多,而且可以满足军用需求。
欧空局制度报告《1960-1973年欧洲的空间活动》,著者:John Krige和Arturo Russo,ESA SP-1172,1994年 期刊:地球观测季刊;欧空局简讯(出版日期:2月、5月、8月和11月);空间法欧洲中心新闻(每年4期);微重力新闻(每年3期);为未来作准备(每年4期);飞向天空(每年4期);会议议事录和欧空局特别出版物。
欧洲航天局(European Space Agency,ESA)是一个欧洲数国政府间的空间探测和开发组织,总部设在法国首都巴黎。
欧洲航天局的前身,欧洲航天研究组织(European Space Research Organization,ESRO)经过1962年6月14日签署的一项协议,于1964年3月20日建立。如今它仍旧是欧洲航天局的一部分,称为欧洲航天研究与技术中心(European Space Research and Technology Centre,ESTEC),位于荷兰的诺德惠克(Noordwijk)。
除捷克外,欧航局现有17个成员国,它们分别是德国、奥地利、比利时、丹麦、西班牙、芬兰、法国、希腊、爱尔兰、意大利、卢森堡、挪威、荷兰、葡萄牙、英国、瑞典和瑞士。另外,加拿大和匈牙利等国也参与了该机构的一些合作项目。法国是其主要贡献者。欧洲航天局与欧盟没有关系,欧洲航天局包括了非欧盟国家如瑞士和挪威。卢森堡和希腊将于2005年12月加入。欧洲航天局共有约1700名工作人员。发射中心是位于法属圭亚那的圭亚那发射中心。由于其相对于赤道较近,使卫星发射至地球同步轨道较为经济(同质量下所需燃料较少)。控制中心位于德国的达姆施塔特。
机构设置
(1)设在巴黎的总部,政治决定在此作出;(2)设在荷兰诺德韦克的欧洲航天研究和技术中心,它是欧空局的主要技术机构,大多数项目小组以及空间科学部和技术研究和支助工程师在此工作。欧洲航天研究和技术中心还提供有关的试验设施;(3)设在德国达姆施塔特的欧洲航天空间操作中心,它负责所有卫星操作以及相应的地面设施和通信网络;(4)设在意大利弗拉斯卡蒂的欧洲航天研究所,它的主要任务是利用来自空间的地球观测数据;(5)设在德国Porz-Wahn的欧洲航天员中心,它协调所有欧洲航天员活动,包括未来欧洲航天员的培训。
欧空局还对设在库鲁的欧洲航天港圭亚那航天中心作出贡献。
项目
伽利略定位系统(Galileo positioning system):计划中的卫星定位系统。
火星快车号(Mars Express):火星探测器。
罗塞塔号航天探测器(Rosetta space probe):2004年发射的彗星探测器。
哥伦布轨道设备(Columbus orbital facility):国际空间站的一个科学实验室。
ATV:即自动转移航天器(Automated Transfer vehicle),一种可与国际空间站的“进步”号太空船(Progress spacecraft)相比的太空货船。
Hipparcos:空间的天体测定任务。
Smart1:新推进技术试验。
织女星:计划中的小有效载荷运载火箭。
金星快车:金星探测卫星,2006年4月11日发射。
ESA也是将于2006年回到地球,载有给予未来人类消息的KEO卫星计划的发起者之一。
科学任务
欧空局空间科学方案已经执行了一系列非常的项目,例如Giotto飞行任务及其1986年与哈雷彗星的相遇、1992年与格里格—斯克耶列洛普彗星的相遇;测绘星体的Hipparcos飞行任务,它很精确地测量了100多万颗星体的距离和位置;以及欧空局用暗物摄影机和太阳电池阵列参加了美国航天局哈勃空间望远镜项目。
开发中的主要项目有:X射线多镜头飞行任务,定于1999年发射;Cluster-2,它定于2000年由“联盟”号火箭发射;国际伽马射线实验室,定于2001年由“质子”号火箭发射;Rosetta,这是一次与彗星汇合和进行实地臭氧分析的飞行任务,定于2003年发射;远红外空间望远镜FIRST,定于2005年~2006年发射。
欧空局向几内亚海湾上空的地球同步轨道发射了六颗第一代Meteosat卫星航天器,自1997年年底以来提供了连续的气象数据。这个系列中的最后一颗卫星,即1997年9月3日在库鲁由阿里亚娜发射的Meteosat-7,将使其覆盖期延长到正在与欧洲气象卫星应用组织合作研制的第二代Meteosat卫星第一个航天器能够在2000年之后提供地球静止数据为止。
ENVISAT飞行任务处理地球科学领域中的一系列问题,从气候和环境、化学、海洋学和冰川学到人类活动(陆地改造过程、沿海改造过程以及大气和海洋污染)的影响和监测意外自然事件(例如水灾和火山爆发)。欧空局正在与欧洲的地球观测主要参与者,例如欧洲联盟委员会、欧洲气象卫星应用组织、用户和产业界的代表密切合作,为未来的欧空局地球观测方案制定战略建议。在世界这一级,欧空局打算继续加强特别是与中国、印度、日本、俄罗斯联邦和美国的联系。
欧空局研制了两个系列的业务卫星:租给欧洲通信卫星组织的欧洲通信卫星和租给国际流动卫星组织(前称国际海事卫星组织)的海洋通信卫星。1989年欧空局还发射了奥林匹斯试验通信卫星来演示通信和广播中的新用途。
在卫星导航方面,欧空局正在与欧洲联盟委员会和Eurocontrol密切协作研制EGNOS,这是一个将补充现有的全球定位系统和全球轨道导航卫星系统的欧洲卫星导航系统。
发射装置
阿里亚娜火箭
欧洲航天局成立伊始,它就把发展火箭技术当做首要目标,为此由11个国家参与组建,成立了阿里亚娜空间公司。
它最早的型号是“阿里亚娜1”型火箭,这种火箭能将185吨的有效载荷送入地球同步转移轨道,或将25吨有效载荷送入轨道高度为790千米的太阳同步圆轨道。
现在阿里亚娜火箭已经过渡到5型家族时代,它是被广泛使用的型号。“阿里亚娜5”型火箭是欧洲航天局为了适应市场需求,大力改进开发的火箭品种,跟上几个型号的发展历程近似,“阿里亚娜5”型火箭也走过了一段曲折不平的道路。
1996年6月4日,首次发射因火箭导航电脑系统发生故障而失败;1997年10月30日,第二次发射又因火箭发动机提前关闭致使两颗模拟卫星未能进入预定轨道;2001年7月12日,第10枚“阿里亚娜5”型火箭在发射时,火箭最高级推进器提前熄火,导致两颗卫星没能送入预定轨道。直到2002年3月1日,第11枚“阿里亚娜5”型火箭的发射才取得了成功。
研制“织女星”火箭
在2005年以前,欧洲航天局就意识到,他们需要一种发射推力不高的火箭,这种火箭应该是“阿里亚娜”火箭的小弟弟,它已被列入研发日程,但是这种火箭却不从属于“阿里亚娜”家族,这种火箭的名字叫做“织女星”。
“织女星”火箭具有较小的推力,它全长30米,直径3米,发射重量为130吨。“织女星”运载火箭将由4个推进级组成,包括3个固体推进级和1个可重新点火的液体推进级。按照最早的设计思路,它主要用于发射小质量的地球观测卫星和各种科研卫星。该火箭可以将15吨的有效载荷送入距地高700千米的极地轨道,或将12吨的有效载荷送入距地高1200千米的太阳同步轨道。
国际合作
为了实现其空间目标,国际合作是欧洲空间政策的中心内容之一。欧空局不但与美国、俄罗斯和日本等传统的航天国家合作,而且还与新兴的航天国家和发展中国家合作。
最重要和最持久的合作显然是与美国航天局的合作。欧空局还参与了与俄罗斯和俄罗斯航天局的协作项目,例如1994~1995年的欧洲“和平”号飞行。另外,已经与日本建立起了重要而具体的合作关系,主要是在数据中继卫星和国际空间站硬件交换领域。
欧空局还与捷克共和国、希腊、匈牙利、波兰和罗马尼亚签订了合作协议,正在空间科学、地球观测和电信等领域与这些国家进行技术一级的培训和联合项目。
欧空局与新兴空间国家和发展中国家制订和进行了一些相互感兴趣的项目,援助它们开发自己的空间活动。欧空局还不定期地组织与空间应用有关的区域培训班。
欧空局与欧洲的其他国际组织密切协作,特别是与在空间活动中日益活跃的欧洲联盟和欧洲气象卫星应用组织在未来气象方案方面的协作。此外,它注视着联合国许多专门机构的工作。联合国和平利用外层空间委员会是欧空局的一个重要论坛,它在该委员会中具有观察员地位。欧空局还与外层空间事务厅保持密切联系;根据第二次联合国探索及和平利用外层空间会议的一项建议,这两个实体制订了一个重要的培训和研究方案。发射场的选址条件事实上,火箭发射场最理想的位置是选在地球赤道附近,这是因为从赤道发射卫星可以充分利用地球自转所获得的最大初速。因为发射场离赤道越近,则初速度越大;相反,如发射场偏离赤道越远(即纬度越高),则初速度越低。
例如,在赤道上,运载火箭的初速度为465米/秒,而在位置偏北的俄罗斯普列谢茨克航天发射场,初速度仅为210米/秒。所以在同等条件下,俄罗斯航天发射场必须用重型运载火箭才能完成的任务,而在赤道附近的发射场只需用中型运载火箭就能胜任。
陆上发射场由于国界和居民点等原因,其发射方位受到限制。即使位于海边或近海岛屿的发射场,由于船舶航线或渔场的关系,发射也会受到限制。例如,日本的航天发射场临近渔场,因此,他们同渔业公会订有协议,一般在渔业旺季不得发射卫星。然而,对于设在大洋深处的海上发射场,上述种种麻烦可以统统避免。
除此之外,火箭发射场应尽量远离居民稠密的居住区,以免给人们正常的工作、学习和生活造成影响,一旦发射失败,也不会给附近居民造成不应有的损失(包括经济损失和生命财产损失)。故火箭发射应选择合理的发射区、回收区、落区和禁区。如果从技术等多方面考虑,发射场选址还应满足如下几点要求:
自然条件良好(1)地势平坦、开阔,便于场区的合理布局,有利于降低建场的工程造价和发射时的跟踪观察。
(2)地质结构稳定,避开地层断裂带和地震区,查明是否有可供开采的矿藏和其他自然资源。
(3)具有好的水质、供水条件和丰富的水源,以保证发射活动中大量用水的需要。美国肯尼迪航天中心发射台的冷却供水系统,要求每分钟能够提供325吨冷却用水。前苏联/俄罗斯的拜科努尔发射场(现属哈萨克斯坦,由俄罗斯租用)曾为了解决水源问题开凿了一系列深水井和蓄水池。
(4)具有较好的气象条件,即晴天多、雷雨少、气温变化小、风速和湿度低。因为气象条件的好坏将直接影响航天器的发射、回收、着陆、测量跟踪、设备的维护保养,甚至影响发射窗口的选择和发射场的利用率。
有良好的航区
航区是指航天器起飞至入轨这一段的飞行路线下的地面区域。航区应尽量避开人口稠密区、重要的工业区和军事要地等,以防飞行失事或完成任务的运载工具坠落造成严重的生命财产损失。同时,航区应尽可能延伸,以满足各种发射任务的需要。能满足发射各类倾角航天器的射向要求,这也是提高发射场利用率的重要因素之一,但一般很难做到。
具有方便的交通运输条件
保证运载工具、航天器、推进剂和各种器材、设备和生活物资等的运输。美国航天飞机的外挂燃料箱,直径838米,长47米,除在场区总装外,整体运输只能靠海运。航天飞机发射场建在海边,满足了这一要求。
具有良好的供电和通信条件
航天器在发射前要完成大量测试等准备工作,实施发射和发射后的跟踪测量、数据处理等也需要强大的电力和良好的通信条件。良好的供电和通信条件,是发射场具有活力的重要因素之一。
有利于环境保护
运载工具和航天器所用的推进剂及其废液处理,发射时的声震等,都会对周围地区造成污染。美、俄等国的发射场建在海边或沙漠、沼泽地区,环境污染问题容易得到解决。
具有布设测控站的有利地理位置和工作环境
测控站是航天器发射后,对其进行测量控制的重要的地面机构和设施,是航天发射场建设中的一个重要方面,因此其选址不可忽视。
有良好的社会依托和未来发展的适应性
对于成千上万的发射场工作人员来说,搞好发射后勤和生活保障亦十分重要,故在建发射场前须对所在地经济状况进行调查。
另外,随着航天事业的发展,发射场可能需要扩建和改建,这在选址和建发射场初期就应予以考虑,比如如何利用现有技术力量、工作经验、设备和设施等进行改造扩建,怎样才能节省费用和器材等。美国的航天飞机发射场就是在现有发射场的基础上改建和扩建起来的。
当然,建发射场还有许多要考虑的因素,如国家间关系、外交问题等等。同时满足上述各项是较难的,必须根据具体情况决定取舍。应以主要问题为主,其他问题可以采取措施进行补救。
综上所述,火箭发射场的选址受到多种因素的制约。世界上各方面条件都较为优越的发射场应首推设在赤道上的法属圭亚那的库鲁航天中心。目前,其商业卫星发射承担业务量占世界发射总量的60%以上。
知识点
为何天文台多造成圆顶
一般房屋的屋顶,不是平的就是斜坡形的,唯独天文台的屋顶与众不同,远远望去,银白色的圆形屋顶好像一个大馒头,在阳光照耀下,闪闪发光。 为什么天文台多造成圆顶结构呢?
将天文台观测室设计成半圆形,是为了便于观测。在天文台里,人们是通过天文望远镜来观察太空,天文望远镜往往做得非常庞大,不能随便移动。而天文望远镜观测的目标又分布在天空的各个方向,如果采用普通的屋顶,就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。这样,用天文望远镜进行观测时,只要转动圆形屋顶,把天窗转到要观测的方向,望远镜也随之转到同一方向,再上下调整天文望远镜的镜头,就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。另外,在圆顶和墙壁的接合部装置了由计算机控制的机械旋转系统,使观测研究十分方便。
当然,并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶,有些天文观测只要对准南北方向进行,观测室就可以造成长方形或方形的,在屋顶中央开一条长条形天窗,天文望远镜就可以进行工作了。
美国、俄罗斯、中国。
美国是世界上较早开展航天活动的国家,活动规模和技术水平居世界前列。特别是美苏两国展开军事备战期间,不可否认的是美苏争霸促进了科技技术的加速发展,特别是航天航空技术随之提高了几十年水平。
在世界航天格局中,美俄是公认的航天强国,加上欧空局,都处于第一梯队;中国、日本等则处于第二梯队,中国算得上是第二梯队的“领头羊”。中国作为航天大国,正处在向航天强国发展转变的阶段。
中国的航天事业是在经受制裁、封锁以及不断摸索的挫折中,坚持自主创新从而不断突破、不断前进的。集中力量办大事或者说举国体制,其特点并不在于无限制地投入资金,相反,在航天重大工程项目上的投入远不及美国。举国体制的最大特点,其实是谨慎地选择项目,然后执着地追求目标。
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中国航天事业自1956年创建以来,经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期,才达到相当规模和水平:形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系;建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网。
建立了多种卫星应用系统,取得了显著的社会效益和经济效益;建立了具有一定水平的空间科学研究系统,取得了多项创新成果;培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。“东方红一号”卫星是于1970年4月24日发射的中国第一颗人造卫星,由以钱学森为首任院长的中国空间技术研究院研制。
中国在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域已跻身世界先进行列;在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验以及空间微重力实验等方面均取得重大成果。
中国非常重视研制各种应用卫星和开发卫星应用技术,在卫星遥感、卫星通信、卫星导航定位等方面取得了长足发展。中国研制和发射的卫星中,遥感卫星和通信卫星约占71%,这些卫星已广泛应用于经济、科技、文化和国防建设的各个领域,取得了显著的社会效益和经济效益。国家有关部门还积极利用国外各种应用卫星开展应用技术研究,取得了很好的应用效果。
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