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第12章 冲出地球,探索宇宙——航天技术的发展(2)

首次登月的三名宇航员

阿波罗重50吨、高25米,装在高85米的土星V运载火箭上,合成高度达110米,相当于一座36层现代化大楼的高度。飞船由3部分组成。指挥舱高3.6米,最宽处近4米,约有一辆旅行车大小;服务舱长7.3米,内装飞船主要发动机、电源、水、氧以及仪器设备;登月舱高6.9米,直径9.2米,重约16吨,分上升和下降舱段两部分。土星V火箭由三级组成。第一级火箭工作2.5分钟,可使飞船速度达每秒2.7公里。飞船飞到离地60公里高度时,第一级火箭脱落后坠入海洋中。接着第二级点火,第二级火箭点火后工作约6分钟,飞船速度可达每秒6.8公里,当飞行高度达 180公里时,第二级火箭脱落,第三级火箭接着点火,工作约2分钟,即起飞后12分钟,飞船速度达到每秒7.9公里的第一宇宙速度。进入地球轨道后,第三级火箭再启动工作约5分钟,使飞船达到每秒10.9公里的第二宇宙速度。这时飞船逸出地球飞往月球。若干小时后,飞船与第三级火箭脱离,靠惯性飞行约3天进入月球轨道。当飞船飞至距地球约32万公里时,它受地球和月球的引力正好抵消,速度降到最低。在这之后月球的引力影响逐渐增加,当飞船速度增至每秒12.2公里时,制动火箭降低速度,进入月球轨道。由于月球围绕地球公转原因,月球从飞船发射时的位置转过约30多度。飞船进入月球轨道后,2名准备登月的航天员从指挥舱进入登月舱。登月舱与指挥舱脱离并开动下降发动机。离月面20.4公里时,用自动控制降落器控制降落;离月面2公里时,进行盘旋,选择登月位置;在降落点上空150米时,以每秒0.9米的速度下降,在月球的探险活动结束后,航天员再爬上登月舱准备返航。航天员控制推力1.6吨的上升发动机点火,使上升舱段以下降舱段作发射台发射起飞,飞行4分钟进入16~83公里的月球轨道,逐步接近指挥舱并最后完成和它的对接。航天员进入指挥舱后,抛掉登月舱,并开动服务舱发动机使飞船获每秒2.4公里的速度,脱离月球轨道,开始返回地球。离地球约640公里时,开制动发动机,离开轨道,飞向溅落区,抛掉服务舱,进入稀薄大气层,在南太平洋上溅落,由航空母舰上的直升飞机进行搜索打捞工作。

1969年7月16日,载着3名航天员的阿波罗11号载人飞船,史无前例地启程飞往月球,开始执行人类首次对月球的冒险探测行动。经过长途跋涉,飞行约38万公里的距离,5天后的7月21日,阿波罗11号终于飞抵月球轨道。人类的两位使者,航天员阿姆斯特朗及其同伴奥德林要进入登月舱,开始驾驶登月舱进行登月下降。另一名航天员则驾驶指挥舱继续绕月球轨道飞行,在进行科学考察的同时,和登月舱的同事保持通讯联系,一旦登月活动发生意外或危险,负责救援。好在一切顺利,登月舱在月球的静海着陆。指令长阿姆斯特朗首先爬出舱门,站在5米高的小平台上,面对这陌生、荒凉和神秘的月球,举目四望片刻。不知他此时此刻怀着怎样的心情,他先伸出左脚,一步一步地爬下扶梯。这时全世界数亿人围坐电视机前观看了这一轰动全球的登月创举。只见阿姆斯特朗的左脚小心翼翼地首先触及月面,而右脚还停留在登月舱上。当他发现左脚陷入月面很少后,才鼓起勇气将右脚也踩上月面。就这样,阿姆斯特朗作为地球人类的使者,首先登上了月球表面。随后同伴奥德林也踏上了月球,为纪念这伟大的有意义的探险行动,两位使者在月球上安放了一块金属纪念牌,上刻“1969年7月,地球人在月球首次着陆处,我们为人类和平来到这里”。

人类首次成功登陆月球

他们在月面停留 21小时18分钟,进行了一系列实地月球考察,然后带上采集的月球土壤和月岩标本,启程返航。他们搬动登月舱的控制器,炸开爆炸螺栓,使上升发动机点火,起飞升入月空,登月舱进入月球轨道,航天员从登月舱顶端的光学观察窗可以在对接时观察指挥舱,用调节高度和方向的小型变轨发动机调节飞行轨道,使其逐渐接近指挥舱。然后通过仪器使登月舱对准指挥舱,以每秒7.6厘米的速度实施并完成对接。两位航天员带着月球样品及其他物件,费力地爬过连结通道,回到指挥舱和指挥舱驾驶员会合,然后抛掉登月舱,使它撞击在月球上并进行一次月震试验。启动服务舱发动机,飞船获得每秒2.4公里速度后,逸出月球轨道,正式进入返回地球航程。7月24日,飞船安全溅落在南太平洋上,从而完成了人类历史上的首次登月探险任务。

双腿踏在月球表面

阿波罗登月飞行共进行7次,参加的航天员共21人,其中有12人登上月球。登月航天员的平均年龄40岁左右。其他几次登月飞行的时间是:阿波罗12号的飞行是从1969年11月14日至24日,在月球的风暴海降落;13号的飞行从1970年4月11日至17日,因故障中途返航,未能登月;14号的飞行从1971年1月31日至2月9日,在月球的薄拉莫勒地区降落;15号的飞行从1971年7月26日至8月7日,在月球的亚平宁山哈得利峡谷降落;16号的飞行从1972年4月16日至27日,在月球的迪卡尔高地降落;17号的飞行从1972年12月6日至19日,在月球的曹拉斯利特罗山脉降落,它历时12天又14小时,为飞行时间最长的一次。

阿波罗登月的成功,无疑具有伟大的科学和技术意义,因为它是人类第一次离开地球而到达别的天体,是人类向太空渗透的新里程碑,是一次飞跃。在人类向太空继续渗透、探索宇宙的奥秘时,月球还将成为桥头堡。登月的成功,也为人类开拓新的疆域,开发利用月球创造了条件。阿波罗登月计划完成之后,美国决定在以后的几十年内不再进行。这样,为登月飞行研制的精良技术设备,其中包括土星运载工具、飞船和许多实验设备就不再需要了,这一事件曾引起各种议论。至于美国为什么要做出这样的决定,则是一个谜。

知识卡片:

飞船

飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,一般乘2到3名航天员。又称宇宙飞船。

4.“神舟五号”升空

神舟五号载人飞船是“神舟”号系列飞船之一,是中国首次发射的载人航天飞行器,于2003年10月15日将航天员杨利伟送入太空。这次的成功发射标志着中国成为继前苏联(现由俄罗斯承继)和美国之后,第三个有能力独自将人送上太空的国家。

神舟五号载人飞船

运载火箭

“神舟”五号飞船是在无人飞船的基础上研制的我国第1艘载人飞船,乘有1名航天员---杨利伟。在轨道运行了1天。整个飞行期间为航天员提供必要的生活和工作条件,同时将航天员的生理数据、电视图像发送地面,并确保航天员安全返回。在2003年10月15日09时00分,负载着“神舟”五号的长征2F火箭发射。9时10分,船舰分离,“神舟”五号载人飞船发射成功,飞船以平均每90分钟绕地球1圈的速度飞行。飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成,总长8860mm,总重7840kg。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全提供了保障。飞船由长征-2f运载火箭发射到近地点200千米、远地点350千米、倾角42.4°初始轨道,实施变轨后,进入343km的圆轨道。飞船环绕地球14圈后在预定地区着陆。“神舟”五号飞船载人航天飞行实现了中华民族千年飞天的愿望,是中华民族智慧和精神的高度凝聚,是中国航天事业在新世纪的一座新的里程碑。

杨利伟

杨利伟在飞船里

知识卡片:

运载火箭

运载火箭由多级火箭组成的航天运输工具。用途是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。是在导弹的基础上发展的,一般由2~4级组成。每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统。末级有仪器舱,内装制导与控制系统、遥测系统和发射场安全系统。级与级之间靠级间段连接。有效载荷装在仪器舱的上面,外面套有整流罩。

5.中国航天技术的发展

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,迄今已达到了相当规模和水平: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。

(1)人造地球卫星。中国于1970年4月24日成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”,成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。截至2000年10月,中国共研制并发射了47颗不同类型的人造地球卫星,飞行成功率达90%以上。目前,中国已初步形成了四个卫星系列——返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列,“资源”地球资源卫星系列也即将形成。中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家,卫星回收成功率达到国际先进水平;中国是世界上第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。中国的气象卫星、地球资源卫星主要技术指标已达到二十世纪九十年代初期的国际水平。近几年来,中国研制并发射的6颗通信、地球资源和气象卫星投入使用后,工作稳定,性能良好,产生了很好的社会效益和经济效益。

东方红一号

(2)运载火箭。中国独立自主地研制了12种不同型号的“长征”系列运载火箭,适用于发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道卫星。“长征”系列运载火箭近地轨道最大运载能力达到9200千克,地球同步转移轨道最大运载能力达到5100千克,基本能够满足不同用户的需求。自1985年中国政府正式宣布将“长征”系列运载火箭投入国际商业发射市场以来,已将27颗外国制造的卫星成功地送入太空,在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。迄今,“长征”系列运载火箭共实施了63次发射;1996年10月至2000年10月,“长征”系列运载火箭已连续21次发射成功。

长征三号运载火箭

(3)航天器发射场 。中国已建成酒泉、西昌、太原三个航天器发射场,并圆满完成了各种运载火箭的飞行试验和各类人造卫星、试验飞船的发射任务。中国航天器发射场既可完成国内发射任务,又具有完成为国际商业发射服务和开展其他国际航天合作的能力。

航天器发射场

(4)航天测控。中国已建成完整的航天测控网,包括陆地测控站和海上测控船,圆满完成了从近地轨道卫星到地球静止轨道卫星、从卫星到试验飞船的航天测控任务。中国航天测控网已具备国际联网共享测控资源的能力,测控技术达到了世界先进水平。

(5)载人飞船。中国于1992年开始实施载人飞船航天工程,研制了载人飞船和高可靠运载火箭,开展了航天医学和空间生命科学的工程研究,选拔了预备航天员,研制了一批空间遥感和空间科学试验装置。1999年11月20日至21日,中国成功地发射并回收了第一艘“神舟”号无人试验飞船。2003年10月15日,中国首次发射的载人航天飞行器,将航天员杨利伟送入太空。标志着中国已突破了载人飞船的基本技术,在载人航天领域迈出了重要步伐。

神舟五号载人飞船遨游太空

知识卡片:

遥感

不接触物体本身,用传感器收集目标物的电磁波信息,经处理、分析后,识别目标物,揭示其几何、物理性质和相互关系及其变化规律的现代科学技术。

地球静止轨道

地球静止轨道,或作“地球静止同步轨道”、“地球静止卫星轨道”、“地球同步转移轨道”,特别指卫星或人造卫星垂直于地球赤道上方的正圆形地球同步轨道。在这轨道上进行地球环绕运动的卫星或人造卫星始终位于地球表面的同一位置。它的轨道离心率和轨道倾角均为零。运动周期为23小时56分04秒,与地球自转周期吻合。由于在静止轨道运动的卫星的星下点轨迹是一个点,所以地表上的观察者在任意时辰始终可以在天空的同一个位置观察到卫星,会发现卫星在天空中静止不动,因此许多人造卫星,尤其是通讯卫星,多采用地球静止轨道。

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