主编闵桂荣 科学技术 科 前沿系列丛书
前言 航天科学技术是探索如何进入宇宙空间、研究宇宙 空间并利用空间资源的新兴科学技术。它包括航天技 术、空间科学和航天应用三大部分。 航天科学技术以电子、机械、冶金、化工等工业为基 础,是物理学、化学、数学、天文学、生物学、电子学、地理 学、医学、材料科学、计算机科学、管理科学等众多科学技 术的结晶。航天科学技术对国家的政治、军事、经济、和 技均有重要影响,是评价国家综合国力的重要因素。航 天工业的资金、知识、风险密集度都很高,但其社会经济 效益非常突出,这种效益除体现在航天工业本身外(直接 效益),更多的则体现在使用部门(间接效益),航天科学 技术的投入产出比可达1:10以上。航天工业效益由于 具有潜在性和延迟性,所以往往不易受到重视;航天工业 效益具有不可替代性与开拓性,可带动和促进其他科学 技术的发展。 航天科学技术从本世纪50年代开始迅速发展,至今 世界上已有近60个国家和地区发展自己的航天科学技 术,累计投资超过40000亿美元。至1994年底共发射
了4627颗人造地球卫星等航天器。从事这领域的科 技人员超过150万人,在一些发达国家已形成航天产 业。世界上有170个国家和地区将航天科学技术应用于 通信、遥感、气象、导航、科学研究等众多方面,渗入工业 农业、林业、渔业、交通运输业、金融业、服务业等国民经 济主要行业。此外,在军事上也占据特别重要的地位。 航天科学技术与其他许多科学技术甚至与社会科学学科 融合交汇、互相促进,使这些科学与航天科学技术都产生 了新的活力和新的研究课题,并派生出新的分支学科。 1991年海湾战争显示出现代战争已进入陆、海、空、天 航天)四维立体新阶段,突出表明了航天科学技术在当 今世界政治、军事斗争中独特的作用。因此,许多国家为 保持其全球影响或避免受制于人,无不努力发展本国的 航天科学技术,甚至许多中小国家,出于经济、政治和军 事等考虑,也越来越重枧航天科学技术。在即将进入21 世纪的今天,可以说在人类一切活动领域都可以感受到 航天科学技术日益加强的影响和作用。 航天科学技术虽有长足的进展,但这仅仅是起步,其 未来发展不可限量。空间资源主要包括相对于地面的高 远位置、微重力、高真空、超低温、高净洁、太阳能,以及月 球、火星等宇宙天体的各类资源。迄今为止,人类仅利用 了太空对地高远位置,发射了通信卫星、导航卫星、对地 观测卫星等空间信息系统,极为丰富的各种已知和未知 空间资源还尚待探索开发
航天科学技术的发展使人类有可能深入探索知识和 哲理的长河,了解诸如宇宙的产生和演化恒星和行星的 形成、生命的起源和进化、地球气象和环境变化与人类和 太阳活动的关系等;解决有关黑洞、引力波、宇宙等离子 体等宏观或微观科学问题。这不仅具有人类认识自身和 认识自然的哲理的科学价值,更具有应用于技术和生产 的现实或潜在的实用价值。1994年7月,苏梅克-列维 9号彗星撞击木星这一事件向人类提出了警示。直径 10km小天体撞击地球的几率大约6000万年发生一次, 其撞击能量高达1.6×1014t的TNT当量,足以造成毁 灭性破坏。越来越多的研究表明,遣成6000万年前白 垩纪末期恐龙等生物种群灭绝的原因极可能是一颗直径 10km的小天体攬击地球引起的。人类对这种潜在的危 险不可掉以轻心。现代航天科学技术的继续发展将可能 准确预测撞击地球的小天体,并可能将装有核弹的宇宙 飞船发射到小天体附近,引爆核弹以迫使小天体改变原 轨道,从而解除对地球的威胁。 几百年前,美洲和澳洲的地理发现有力地促进了人 类社会经济发展。现在,摆在人类面前的使命是飞出地 球,开拓天疆。这将使人类生产力出现质的飞跃。美国 科学家估算,到下世纪中期,美国空间工业产值将达到美 国日前全国国民经济总产值的一半,其中仅空间生产晶 体的年产值便可达到1000亿美元。那时重复使用的运 载火箭、航天飞机和空天飞机将开通经济可靠的空间之
路,地球与月球、火星等星球间的运输系统将开始运行; 除大量应用卫星外,太空将出现水久性空间站;空间材料 和药品生产将大规模商业化;火星和月球上将出现空间 资源开发基地;空间太阳能电站将向地球提供丰富的清 清能源……总之,航天科学技术将是下一世纪最有活力、 最有作为、最有潜力的科学技术之一,航天工业将成为真 正的支柱产业。世界各大国都面临这一机遇与挑战,若 对此估计不足,其未来科技与经济发展必将受到制约。 我国航天科技学技术所取得的巨大成就举世瞩目。 我国的长征运载火箭已走向系列化、大型化的发展历程 以其低成本、高可靠性打入了国际航天发射市场。我国 已自行硏制和发射了包括静止通信卫星、返回式遥感卫 星、气象卫星、科学卫星在内的30多颗人造地球卫星,并 建成了完整的航天测控系统及多种卫星地球站。从整体 看,我国的航天科技学技术在国际上比有较高地位;在某 些方面(如运载火箭、返回式卫星)甚至已处于世界先进 水平。值得自豪的是,我国的航天成就是在起步晚、投入 少、工业和科技基础落后的情况下取得的。由于正确和 严密的领导和组织管理,航天科技入员艰苦奋斗、无私奉 献,全国有关部门团结协作、大力支持,使我国迅速跻身 于世界航天大国之列,对国家政治地位、国防建设、经济 发展和科学研究做出∫重大贡献。 航天科学技术的发展有赖于国家的航天投入,各种 基础工业的支撑和全国人民的理解与支持。航天科技队
伍吏需要不断从青年科技人员中补充优秀人才。因此, 世界各航天大国无不重视普及航天科技知识,以培养和 提高国民,特别是青少年的航天意识。编写本书的月的 正在于此?在编写过程中,我们注意使本书除包含系统 的航天科学技术基本知识外,还努力反映我国的航天成 就及世界航天科技的发展动向;应用卫星是当今航大技 术最活跃的领域,本书以较多篇幅着力介绍;书中还选编 了一些典型的彩色航天图片,力图使本书图文并茂、生动 形象。我们希望通过以上努力能使本书成为独具特色 引人入胜的航天高级科普著作。 朱森元研究员审阅了本书第4章;汪南豪研究员提 供了第4章电火箭部分的初稿;中国UFO研究会高原副 理事长撰写了第8章地外文明与UFO部分;刘少敏、潘 越荣、连小莉等同志提供了许多图片,刘丽伟同志绘制了 部分插图,在此一并表示衷心的感谢。 中国科学院 中国工程院院士闵桂荣 国际宇航科学院 1995.4
目录 第1章 绪论 2航天科学技术的研究范 3p航天技术的研究范畴 5≯空间科学的研究范畴2 9天科学技术发展简史 10≯从神话到现代火箭1 1(p枓技发展广生了科幻作品2 11 航天先驱耆的劳献3 1!≯升创航新纪 13航天科学技术发展慨况 4 航廴运载器的发展 15p 航天器的发展2 7我国天科学技术的成就 18p运载火箭已戌系列 19 独立研制了多种卫舉2 发射和测控设施配3 19航天工业已成体系4 20D卩星应用已取得成效5 2航天技术的应用 23p 五犀的军事应用 24 卫星在通信方面的应用2 25p卫星在遥感方面的应用3 卫在导航定位方面的应用 30 卫星在救撅方面的应用5
30 兢天器在科学研究方面的应用6 31 航天技术的二次应用7. 第2章 空间环境和航天器轨道 34空间环境 地球大气吴1. 地球电离层2 37≯ 地磁场3 37 粒「辐射环4 人阳 航天器热环漉6 体物质 空间环境试验和顸报8 42人造地球卫星轨道 地心赤道坐标系 43 轨道要紊2 开普剃三大定律3 轨道速度4 卫星轨 轨道机动 58星际航行轨道 第3 航天系统的组成与航天器的基本构成 64航天系统的组成 64 航天运载【,具 航人器2 航天酱发射场3 70 航天测控网4 72L航天应南5
73航天品的分类 74p 芷地球 空间平台2 空间探测詳3 78 载人飞船4 78p 空间站5 78航天飞机和空大飞初 79航天器的基本保障系统 80 结构分系统1 84p 控分系红充2 88姿态控制分系统 测控分系统4 94电源分系统 97航天器的研制与试验 方案论与设计阶段 I程研制阶段 炉型牛产阶段3 100 航天器试验4 101航天器发射场 101≯拜科努尔发射场1 103 普列谢茨克友射场 104肯尼迪航天巾心3 登堡航天发射场4 106 D 库鲁发射场5 107D酒泉卫星发射中心6 I08 西昌卫坐发射中心7 木原卫生发射中心8 第4章 舵天运输系统 II2航天运的基本惧念和基本原理
基本概念1 114 火箭椎进的基本原理和定义2 118运载火前 概述量 119 液体火箭发动机2 125p 囱体火箭发动机3 128≯运载火箭的主要分系统4 134航天飞机 134p 概谜1 l36 天飞机2 142运载工兵的现状与未来发展 外国运载火箭的现状1 150 中煦运载火箭的现状2 151p 空人飞初3 155 天运输系统的未来发展4 第5章 人造地球卫星及其应用 166人造地球卫星的分类 166 科学工星1 l67 应用卫星2 168D技术试验卫星3 169售卫星 170pL早通信】. 174 通信正髦2 177p 当代通信卫星的次展3 222 卫星通信地球站4 231气象卫星 232卫星气象观测1