1 太空环境与空间资源

问题思考神秘宇宙与载人航天丛燕青爱因斯坦曾经提出过一个假设：在失重的情况下，没有对流现象，氧气无法补充，点燃的蜡烛将会熄灭。

在有重力的时候，热空气上升，形成火焰，所以蜡烛会不断向下烧，但是太空没有重力，就不会有成型火焰，蜡烛不能朝下烧，所以不能在太空船内点蜡烛。

火焰形状？火焰形状？A B C D地球上的火焰太空中的火焰上图为国际空间站上所做的一次蜡烛燃烧实验的图片，并且NASA美国国家航空航天局网站上也照常发出了实验证实。

飞船，或国际空间站中，点燃火柴或者蜡烛，是可以维持持续燃烧的。

由于爱因斯坦的假设解释完全合乎逻辑，可能正是这种逻辑妨碍人们在实践中去验证。

乘坐宇宙飞船遨游太空的人，谁也不会想到去擦火柴或点蜡烛。

1987年2月，这种情况终于碰到了。

“和平号”宇宙空间站发生了故障——氧气发生器起火了。

与理论上的看法相反，燃烧的火焰并没有自动熄灭，宇航员只好动手将火扑灭。

这起事故触发了俄罗斯和美国宇航员在失重条件下进行燃烧实验的想法。

于是他们点燃了蜡烛，结果蜡烛持续燃烧起来，不过燃烧速度比在地面缓慢得多，尤其不同的是火焰的外形不是一般那样向上伸展，而是一个很标准的圆球，火球外围呈淡蓝色。

原来爱因斯坦没有考虑到一个严重的问题，分子扩散，在高温下，分子的运动比起通常情况更剧烈，这个时候，氧气的分子可以进入，维持燃烧。

当然，这个燃烧的强度远远低于在地球上有重力环境下的燃烧，事实上，重力越小，燃烧越不剧烈。

同时，由于失重，空间的各个方向是各向同性的，因而烛焰是球型的。

宇宙飞船上天以后，前苏联的科学家在“联盟8号”上顺利进行了焊接工作，证明了在失重条件下，的确能够维持燃烧。

所以，在太空是可以燃烧的。

人类登月历史“阿波罗11”号载着尼尔·阿姆斯特朗、迈克尔·柯林斯和布兹·奥尔德林从美国肯尼迪航天中心升空。

4天后，即1969年7月20日美国东部时间16时17分，登月舱在月球表面着陆。

22时56分, 阿姆斯特朗率先踏上月球荒凉沉寂的土地，接着奥尔德林也开始月球行走，他们成为世界上最先踏足月球的人。

阿姆斯特朗和奥尔德林在月球表面逗留了将近2小时13分，采集了24.4公斤岩石和尘土标本，并拍摄了地貌照片。

同时，宇航员迈克尔·柯林斯驾驶着指令舱，在月球上空飞行。

登月舱再次升空与指令舱对接之后，3位宇航员开始返航，于7月24日溅落到太平洋中。

人类的首次登月飞行成功结束。

人类登月左为阿姆斯特朗，右为奥尔德林在首次登月过程中，阿姆斯特朗和奥尔德林代表人类在月球上留下了一个纪念牌，上写：“从地球来的人类于公元1969年7月首次登上月球。

我们为全人类的和平来到这里。

”为了纪念辉煌的过去,为了暗示更加注重今天和明天的航天事业, 美国宇航局将7月20日定为登月成功纪念日。

登上火星将是人类的下一步跨越作为人类登月第一人，不爱抛头露面的阿姆斯特朗多年来一直回避采访。

然而，他却镇定自若地出席了人类登月成功30周年纪念活动的新闻发布会。

当年，阿姆斯特朗在登月成功后曾说：“这是个人迈出的一小步，但却是人类迈出的一大步。

”现在，阿姆斯特朗说，登上火星将是人类的下一步跨越。

他说:“阿波罗计划的成就在于证实了人类可以不被束缚在地球上”,“我们的想象会走得更远，我们的机会是无限的”。

宇宙中有外星人吗？ 外星人造访地球了吗？ 真的有UFO 吗？美国人真的登上月球了吗？思考航天技术航天技术包括空间技术、空间应用和空间科学三个部分，通常指人类研究如何进入外层空间，开发和利用空间资源的一项综合性工程技术。

空间科学指利用航天器研究发生在日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学。

航天技术的主要内容航天技术的三大支柱：航天器技术运载器技术地面发射和测控技术•前苏联东方号飞船将航天员送入轨道。

•1961年4月至1963年6月间，前苏联共发射6艘东方号飞船。

•1964年10月至1965年3月间，航天员列昂诺夫爬出飞船座舱，行走了20多分钟。

•1967年4月，联盟号飞船最多可乘坐三名航天员•为了取得航天的领先地位，50年代末，美国制订了载人登月计划。

水星号、双子星座号和阿波罗号三代载人飞船。

•1961年5月至1963年5月间，美国共发射6艘水星号飞船，进行载人飞行试验。

•1965年3月到1966年11月，共进行了10次载人飞行。

进行了一系列的轨道机动和交会对接试验，载人航天技术的发展•1966年至1968年间，阿波罗号飞船进行了6次无人飞行。

•1968年～1969年，又发射了阿波罗7号、8号和9号，进行载人飞行月舱降落的模拟试验。

•1969年5月发射阿波罗10号飞船，进行登月全过程的演练飞行。

•1969年7月16日，三名航天员乘阿波罗11号飞船飞向月球，经过4d 的飞行，航天员N ．A ．阿姆斯特朗和E.E ．奥尔德林登上了月球。

此后，美国又相继发射阿波罗12、13、14、15、16和17号。

前后共有12名航天员登上月球。

•1975年，前苏联联盟号飞船与美国阿波罗飞船在太空对接成功。

载人航天技术的发展一、空间资源空间环境：人类的第四环境空间资源的类型：高位置资源微重力资源高真空和超洁净资源太阳能资源月球资源进行信息传输，由此使某些行业、产业发生跨越时代的革命，带来新兴的行业和产业。

例如：卫星通信、广播、电视、传真等信息传输技术；卫星的导航与定位技术；卫星的跟踪与数据中继技术；卫星的地球普查与大地测绘技术；卫星的陆地资源勘测技术；卫星的气象预报与地震预报技术；卫星的海洋观测技术等。

地球同步轨道、地球极轨道、太阳同步轨道、近地轨道等，而诱发出的新专业、新行业，从广义的概念而言，这些新专业、新行业、新产品及新企业等空间工业。

空间位置－是资源、也是财富物体失去了轻或重的概念，处于液态或气态的物体也将失去自然对流、沉淀、悬浮、离析、静压力(器壁效应)等现象，而出现一些重力条件下不能出现的物理现象，就可以产生新的加工工艺，制造出优质的特殊材料和生物制品，形成空间工业的新领域。

农作物、蔬菜、水果等的种子诱发出有益的、稳定的、大幅度的变异，培育出优质、高产、早熟、抗病的良种，太空有望成为培育良种工厂。

微重力现代真空技术得到10-8～10-14托的真空度，需要很大的能耗，容积也是有限的，也受具体使用条件的限制。

近地轨道航天器的真空度为10-6～10-14托，标准近地轨道(高度约为500千米)航天器的真空度为10-8托。

这种超高真空、微重力、超洁净(无尘埃)共具的环境。

在这种环境下可制取高纯度材料，可以使用不耐氧化的碳化物，硼化物作为耐火材料，还可以进行材料放气、液体挥发和固体升华，使制取的工艺与设备变得简单可行。

超高真空与超洁净在轨航天器向阴一面的温度可达-200°C以下，在超高真空下，热交换的主要方式是热辐射，由于有无限的空间和200°C多的温差，因而热沉能力是无限的，在材料制造过程中不需要使用水和气体介质等的冷却，不仅使制造工艺简便，还可以节约能耗。

深冷如果将需求与空间资源的特殊性相结合，就会产生新的事物、新概念、新理论、新产品、新工业，新产业空间资源和空间工业太空育种•太空育种也叫航天育种，是综合了宇航、遗传、辐射、育种等跨学科的高新技术。

•航天育种的特点是变异频率高、变异辐度大，有益变异多，稳定性强，因而可以培育出高产、优质、早熟、抗病良种。

•利用航天技术发展农业，是当今世界农业领域中最尖端的科学技术之一，目前正在研究的太空种子、太空作物、太空生物圈等都与农业有密切关系，都有着十分诱人的广阔发展前景。

太空育种•搭载“神舟四号”航天飞船遨游宇宙的“太空茄种”，在武汉市农科院汉龙种苗公司落地生根后，结出了“太空茄子”。

2003•2005年10月15日10:21 CCTV太空油菜•2005年3月10日，在贵阳国家农业科技园区的一个油菜种繁基地，德农正成贵州油料研究所的首席研究员李厚英（左）在对用太空育种油菜种子培育的油菜进行对比分析。

该研究所2004年8月把具有广泛推广种植价值的油菜杂选1号不育系亲本“156A―3”送到太空育种站进行失重实验，了解油菜种子在太空生态环境下内部结构是否产生差异，从中选择优良的植株进行研究和利用。

目前，这家油料研究所已培育出两个可以在长江上、中、下游广泛推广种植，产量可增加10%以上的油菜良种。

太空南瓜•2004年节月,哈尔滨香坊公园来了一个特殊的“客人”，它是一个巨大的南瓜。

这个巨人南瓜是驻哈“老虎团”生产基地自行培育，并经过我国首次载人航天飞船“神州五号”带入太空育种的。

这种南瓜品质好，一般重量在300到400斤，是名副其实的“巨人”南瓜。

•自然环境•人工诱导环境。

自然环境：真空、低温和失重，地球大气、地球电离层、地球磁场、太阳电磁辐射、空间粒子辐射、固体物质等。

诱导环境：高空核爆炸和航天器上核电源产生的辐射环境；航天器上的磁性器件产生的感应磁场；有机材料的逸出物和推力器工作时的喷气等造成的分子污染；电子器件的通断，太阳翼和天线伸展产生的冲击振动环境。

空间环境－恶劣•诱导环境能通过测试和计算获得数据。

•空间环境则因太阳活动而变化，以及人类目前还不知晓的潜在因素，需要不断探测，不断发现，改进航天器的设计和制造。

•空间是相对于地球表面的高远位置、微重力、超高真空、深冷、超洁净，以及非滤过性的太阳光。

•空间环境尤其是指航天器所在的环境，包括位置、高度、速度、环绕角度等空间环境•大气密度－大气密度指数下降0-500km 高度，大气密度降低12个数量级；500-1000km ，降低2个数量级；500km 左右的空间仍有阻力。

•大气压力－大气压力随高度也按指数律下降0-350km ，大气压力降低10个数量级，350-700km 降低2个数量级。

在这种真空环境中，一些材料和器件会发生一些物理和化学变化。

材料会失去内部溶解的气体和表面吸附的气体，产生出气现象。

地球大气层•原子氧原子氧是活性很强的氧化剂，是低轨道航天器表面材料退化的首要因素。

美国航天飞机从轨道上带回的试验样品显示了原子氧的损伤。

•太阳辐射热在120km以上的高层大气中，因太阳强烈的加热作用，高层大气膨胀扩散和光化学离解，氧分子离解成氧原子。

在低轨道飞行的航天器，其表面与原子氧碰撞，表面材料原子被原子氧结合并被带走。

地球大气层•地球电离层离地面60～1000km，这里大气中的原子在太阳辐射作用下，电离成自由电子和正离子。

等离子体－物质第四态，影响无线电通信，产生极光等。

在设计航天器的通信和测控等无线电系统时，要考虑无线电传输时的损耗和频率漂移；航天器表面因聚集正的或负的电荷出现不等量充电，带电电荷又可吸附气体分子和微粒，造成表面污染。

地球大气层太阳风－它的主要成分是电子和质子，能量很低。