空间技术与空间科学

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球赤道附近的静海区,首次实 现了人类登上月球的理想……
❖载人航天工具—宇宙飞船、空间站、航天飞机 和空天飞机
❖载人飞船主要用途:
❖试验各种载人航天技术,开展航天医学、生理 学、生物学等方面的研究和天文观测。
❖可为空间站接送宇航员和运送物资。
❖可实施变轨,降低高度进行军事侦察和地球资 源勘测。
❖载人绕地球、月球和登月飞行。
(2)观测型卫星
❖ 军事侦察、气象观测、海洋观阅、陆地环境状态 和资源勘测为其主要使命。它利用可见光、红外 线或微波辐射等手段,来摄取目标的有关图像 。
❖ 观测型卫星系统一般由遥感数据获取、信息处理 和实际应用三个子系统组成,通过这些子系统可 以实现空间探测与地面工作相结合、室内分析与 户外调查相结合、基础研究与技术发展及实际应 用相结合的多层次、立体交叉的综合性观测系统。 它具有许多特殊的优点,表现在以下几个方面:
三、遥感的分类
❖ 1、按搭载传感器的遥感平台分类 :地面遥感 、航空 遥感 、航天遥感 。
❖ 2、按遥感探测的工作方式分类 :主动式遥感 、被动 式遥感 。
❖ 3、按遥感探测的工作波段分类 :可见光遥感、红外遥 感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感 ;其中红外遥 感又分为近红外或摄影红外遥感、中红外遥感 、远红 外遥感 。
(4)军事侦察型卫星
❖ 是用于获取军事情报的一种人造地球卫星,卫星 利用光电遥感器或无线电接收机等侦察设备,从 轨道上对目标实施侦察、监视或跟踪,以搜集地 面、海洋和空中目标的情报。侦察设备搜集到的 目标辐射、反射或反射出的电磁波信息,用胶卷、 磁带等记录存储于返回舱内,在空中或地面回收。 或者通过无线电传输的方法,而后经过光学设备 和电子计算机等加工处理,从中提取有价值的情 报。
空间技术的发展阶段
❖ 空间技术的基础阶段:火箭技术 ❖ 空间技术的试验阶段 ❖ 空间技术的应用阶段 ❖ 空间技术的提高阶段
第一节 航天器与人造地球卫星
航天器:是指火箭、人造地球卫 星、宇宙飞船、行星探测器、用 火箭发动机推进的导弹以及空间 站的总称。
一、火箭的速度
火箭是靠火箭发动机推动的。一般火箭在工作时,内 部的燃料不断燃烧膨胀并从尾部喷出,在喷气动量相反 的方向,火箭获得向前的动量。尾部连续不断地向后喷 出气体,火箭就不断向前加速。
❖ 遥感探测将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波 信息与物体的反射光谱相比较,从而可以对地面 的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基 本原理。
二、遥感技术的特点
❖ 1、探测范围广、搜集数据快 ❖ 2、实时获取信息 ❖ 3、收集资料受地面限制 ❖ 4、进行精确大地测量 ❖ 5、全天候观测 ❖ 6、观测空间行星和空间科学现象
❖ 第五,可以进行同步观测,便于揭示陆地和海洋 的变迁及地物变化规律的机理。
(3)导航型卫星
❖ 导航卫星是指一种安装有导航台的卫星系统,即 地面物体通过无线电和卫星沟通进行测距和测速, 计算出自己在地球上的准确位置,进而依据位置 坐标及变化信息,确定自己的航向。
❖ 全球卫星定位系统由空间部分、地面部分和用户 部分3大部分组成。空间部分是全球卫星定位系 统的主体,它由24颗卫星在距地球表面20200 km的轨道上运行。地面部分由一个中心控制站、 5个地面监控站和3个数据发送站组成,其的主 要作用是监测、控制导航卫星的工作。用户通过 一个卫星定位系统接收器,可以精确地知道自己 处所的位置、时间和行进速度,它的定位精度可 达一二十米。
同步轨道。 “嫦娥一号”发射
目前通信与广播型卫星都用第二种方法入轨。 优势:覆盖面广、通信效果好、容量大等。 应用领域:能够提供电报、电话、传真、数据传
编、电视广播、远距离教育、无线电广播和海事 移动通信,以及电视电话会议、数据广播、应急 救灾、遥控医疗、银行汇兑、电子文件分发、报 刊印刷、电子邮政、资料检索与传送、计算机联 网等100多种不同的业务。
❖ 第一,居高临下,视野广阔,观测范围大,可开 展全球性观测和大尺度自然现象的观测及预报。
❖ 第二,不受地理条件和气象条件的限制,可以对 地面难以到达的地区进行观测.并进行全天时和 全天候观测。
❖ 第三,可连续工作,作长期观测,收集数据信息 快,可以获得全球性任何地区的实时数据。
❖ 第四,能如实反映地面物体的动态变化,并可作 多次重复观测,有利于对地面物体的判读与分析 比较。
根据牛顿力学,可以推得火箭所获得的最终速度v与火
箭发射前的原始质量射M0、燃烧完后所剩外壳及负载的 质量M、推进剂燃烧时所喷出的高温气体相对火箭的喷 出速度u 这3个量有关,这4个量所满足的关系式为:

二、人造卫星的发射
通常将人造地球卫星送入地球轨道 的方法有三种: 第一种就是用运载火箭发射; 第二种方法就是用航天飞机发射 ; 第三种方法就是用飞机发射
第二节 空间技术和遥感技术
一、遥感的基本原理
(一)基本概念
❖ 遥感:Remote Sensing,广义的解释:一切与目标物 不接触的远距离探测。狭义的解释:运用现代光学、电 子学探测仪器,不与目标物相接触,从远距离把目标物 的电磁波特性记录下来,通过分析、解译揭示出目标物 本身的特征、性质及其变化规律。
❖ 优点是侦察面积大、范围广、速度快、效果 好,可定期或连续监视某一地区,且不受国 界和地理条件的限制,能获取各种难得的重 要军事情报。目前单纯为军事目的而发射的 卫星有三种,即照相侦察卫星、电子侦察卫 星和导弹预警卫星。
❖ 照相侦察卫星是利用光电遥感器对地面摄影 以获取情报的侦察卫星,卫星常沿近地椭圆 轨道运行。卫星上安装有可见光照பைடு நூலகம்机、电 视摄像机或其他成像装置。获取的情报通常 记录在胶片或磁记录器上,通过回收舱回收 或接收无线电传输的图像获取信息,经加工 处理后,判读和识别目标的性质,并确定其 地理位置。
应用卫星:用于开发相对于地面的高位置空间资源的
航天器.包括:通信与广播型卫星 、观测 型卫星 、导航型卫星 、军事侦察型卫星
(1)通信与广播型卫星
❖ 主要是用作空间的无线电中继站 ;采用地球同 步轨道(同步轨道的高度为35680km)。
❖ 在地球上空运行的人造卫星按轨道离地面的高度 可以区分为三种: 近地轨道(<600km): 直接入轨 中轨道(600-3000km):滑行入轨 高轨道(>3000km): 滑行入轨
三、三种宇宙速度
❖ 物体在地球表面附近,围绕地心作匀速圆周运动 的速度,称为第一宇宙速度,第一宇宙速度 V1= 7.9×103m/s ;
❖ 物体能脱离地球引力场所需要的最小速度为第二 宇宙速度,第二宇宙速度 V2=11.2×103m/s;
❖ 卫星摆脱地球与太阳系引力的吸引,沿双曲线轨 道飞出太阳系,进入茫茫的太空的速度为第三宇 宙速度,第三宇宙速度V3=16.7×103m/s 。
❖ 遥感技术:利用一定技术设备与系统,在远离被测目标 的位置上对被测目标的特性进行测量及记录的技术,叫 遥感技术。
❖ 遥感技术最基础的是遥感设备,其核心内容是信息获取、 存储、传输和处理技术。
(二)系统的组成
❖ 1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目 标物。
❖ 2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接 受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获 取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和遥 感器。
❖ 电子侦察卫星是用于侦察接受雷达、通信和遥 测等系统所辐射的电磁信号,并测定辐射源地 理位置的侦察卫星,通常运行在300-500km, 甚至1000-1400km的近圆轨道上。它不受 地域和气象条件的限制,能全天候进行侦察, 是现代战略情报侦察不可缺少的手段。
❖ 导弹预警卫星是用以探测导弹发射及飞行情 况的卫星,通常运行在同步卫星轨道上。卫 星上装有红外探测器,以便对敌方进攻的导 弹上尾焰发出的红外辐射进行探测和跟踪; 卫星上还装有远摄镜头电视摄象机,以便向 地面及时传输电视图像。
五、载人航天
❖1961年4月12日,前苏联第一艘载人飞船“东 方”1 号进入地球轨道,加加林是第一个进入 太空的人。
❖1963年6月16日第一位女宇航员捷列斯科娃乘 东方6号绕地球48圈。
❖1965年3月18日,列昂诺夫成了第一个在太空 行走的人。
1969年7月20日,美国航天员
阿姆特朗和奥尔德林驾驶“阿 波罗”11号飞船的登舱降落在月
❖空间站的要任务:
是研究人对空间环境的适应能力,其 次是控测天体、观察地球、试制新材 料和进行生物学试验等。
❖ 发展载人航天一般需要这样四个环节:
❖ 第一,把人送入空间并能安全退回,以探索 人进入空间生活的可能性和适应性;
❖ 第二,发展载人航天的基本技术,研究和解 决交会、对接、舱内外工作环境及控制;
❖ 3、信息处理 运用光学仪器和计算机设备对所 获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技 术过程。
❖ 4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目 的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。
(三)遥感原理
❖ 太阳光是一种电磁波,当太阳光从宇宙空间经大 气层照射到地球表面时,地面上的物体就会对由 太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每 一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不 同,因此它们对入射光的反射率也不同。各种物 体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。
四、人造地球卫星
❖ 1、人造地球卫星运动轨道 轨道的类型取决于人造卫星进入轨道
时的速度,大致可分为以下几种类型: (1)圆形或椭圆形轨道 (2)抛物线轨道 (3)双曲线轨道
2、人造卫星的类型
科学卫星: 用于探测和研究 技术试验卫星:对一些新原理、新技术、新方案、新材
料在太空进行试验,随后投入使用.
❖ 第三,发射试验性空间站并建立相应的运输 系统,研究和确定空间产业和空间科学实验 的可行性及前景;
❖ 第四,建立大型空间站及其运输体系,进行 空间产业开发。
我国载人航天工程
❖2003年10月15日上午9时,我国发射的第 一艘载人飞船从酒泉航天中心发射后,经 过轨道调整使飞船在一稳定的轨道上作匀 速圆周运动,神州五号在地球上空环绕14 周后于次日晨6时开始进入不可逆返回状 态,在离地40Km—10Km的返回途中,经 历了轨道舱、返回舱分离、姿态调整等一 系列过程,并以8km/s速度进入大气层, 距地面20km以下的高度后速度减为200m/s 匀速下降。最终降落在内蒙古中部草原。
地球同步卫星有两种方法入轨: ❖ 一种是直线发射。由火箭把卫星发射到
35860km的赤道上空,然后做90°的转折飞行, 使卫星进入轨道; ❖ 另一种方法是采用过渡转移轨道入轨,其过程:
首先启动第一级和第二级火箭,
将卫星送入停泊轨道;
然后发动第三级火箭,卫星进
入转移轨道;
地面控制站对其姿态进行调整
准确地把卫星送入赤道上空的
❖载人进行星际飞行,遨游宇宙。
❖载人飞船的组成:一般由宇航员座舱、轨道舱、 服务舱、气闸舱和对接机构等部分。
❖载人研究三个阶段:第一把人送入地球轨道并 安全返回;第二发展载人空间基本技术;第三发 展小型实验性空间站。
❖航天食品:软管式半固体食品;一口大小的方 块食品;脱水—复水食物;软包装罐藏食品。
❖ 4、按遥感探测的应用领域分类 :从宏观研究角度分: 外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等; 从微观应用角度分:军事遥感、地质遥感、资源遥感、 环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、 林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。
四、多光谱扫描仪
❖ 工作原理:利用几个不同的谱段同时对同 一地物(或区域)进行遥感,从而获得与 各谱段相对应的各种信息。将不同谱段的 遥感信息加以组合,可以获取更多的有关 物休的信息,有利于判释和识别。
空间技术与空间科学
重点与难点: 航天器、应用卫星的用 途、三种宇宙速度、人造地球卫星运动轨 迹、遥感技术、多光谱扫描仪的工作原理 及微重力的科学实验。
空间技术(航天技术):是人们探索、开发 和利用太空以及地球以外天体的综合性工程 技术,也是高度综合的现代科学技术。它以 基础科学和技术科学为基础,集中了20世纪 许多工程技术的新成就。这些技术互相渗透 互相交叉,又促进了现代天文学、空间物理 学、地球物理学、生命科学、航天医学以及 系统工程、管理科学等一大批基础科学和应 用科学的突破性发展。
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