我們知道,人類的家園是地球,地球的外面覆蓋著壹層大氣。沒有水和大氣,沒有適宜的溫度和環境,生物很難生存。
通常在人們眼裏,“天”很高,要沖出厚厚的大氣層進入太空是非常非常困難的。事實上,與地球相比,大氣層非常稀薄。
已知地球直徑約為12700 km,而大氣層厚度只有100 -800 km。如果把地球比作壹個蘋果,那麽我們可以把大氣層看成是蘋果皮,但這個“蘋果皮”本身是多變的。
例如,離地球表面最近的壹層叫做對流層。其高度從海平面到約11000米,頂界隨緯度和季節變化,赤道地區為17000米,中緯度地區(如北京、天津)為1100米。
對流層的主要特點是氣溫隨高度的增加而降低,所以也叫溫躍層。平均而言,海拔每升高1000米,氣溫下降約6.5℃。同時,氣壓也隨著高度的增加而降低。因為地球引力的原因,5500米高度包含了大氣總量的壹半,而整個對流層約占大氣總質量的四分之三。
因為幾乎所有的水汽都集中在這壹層大氣中,加上大量的粒子,這也是最富戲劇性的壹層。從11000米左右的高度到30500米左右,其大氣溫度基本不變,平均保持在-56.5℃,故稱平流層(實際情況是:25000米以下,溫度隨高度上升。在平流層頂部,溫度上升到零下43到零下33攝氏度。平流層的溫度之所以有這樣的特點,是因為這壹層的大氣遠離地球表面,受地面溫度的影響較小,而且其頂部有臭氧,可以直接吸收太陽的輻射熱。
同溫層不到整個大氣層的四分之壹。在這壹層大氣中,沒有上下對流,只有水平風,所以也叫平流層。另外,這層大氣中幾乎沒有水汽,基本沒有雲、霧、雨、冰雹等氣象變化,對飛機的順利飛行非常有利。但由於空氣密度低,飛機不適合在這個高度進行機動飛行。
人類幾乎所有的航空活動都集中在對流層和平流層。為了保證飛機和發動機的工作效率,飛機的飛行高度壹般不超過30公裏的限制。
30公裏到80-100公裏的高度範圍稱為中間層。這層空氣的特點是溫度先升後降,以45公裏為界。由於大量臭氧的存在,其溫度首先從平流層頂部的-33℃上升到約17 ~ 40℃;從45公裏開始,隨著海拔的升高,溫度又開始下降,直到降到-65.5℃到-113℃。
中間層的空氣已經很稀薄了,它的空氣質量只占整個大氣的1/3000左右。在80公裏的高空,空氣的密度只有地面的五十分之壹;在100公裏的高度,空氣的密度只有地面的萬分之八。因為空氣很稀薄,氣體開始電離,所以人們壹般把飛行在80-100公裏高度的飛行器看作是不依靠大氣層飛行的航天器。
1967 10,美國試飛員約瑟夫·沃爾克駕駛X-15A火箭飛機以7297 km/h的驚人速度飛行,創造了載人飛機速度的世界紀錄。而且他還多次飛到80多公裏的高空,成為美國第壹個“開飛機的宇航員”。根據美國國家航空航天局的規定,飛行超過80公裏的飛行員可以被稱為宇航員。
中間層以上800公裏的範圍稱為電離層。其特點是含有大量帶正電或負電的離子,空氣具有導電性。而且它的溫度隨著海拔的升高而迅速升高,在200公裏的高度,溫度可以達到400℃。因此,它也被稱為“溫暖層”。
電離層頂部之外是大氣層的最外層,即“逃逸層”。由於地球引力的減弱,氣體分子和等離子體已經與地球保持壹臂之遙。
電離層和平流層的空氣密度極低,對航天器影響不大。因此,人類的大部分航天活動都是在它們內部(或外部)進行的。
航空和航天的區別;
航空和航天是人們經常接觸到的兩個專業術語。雖然僅壹字之差,但卻被稱為兩個技術範疇。為什麽?
如果稍加註意,可以發現航空技術主要發展軍用飛機、民用飛機和吸氣式發動機,航天技術主要發展無人飛船、載人飛船、運載火箭和導彈武器,而飛機和飛船最能體現兩者的成就。從飛機和航天器的主要區別,可以看出兩個技術領域的顯著差異。
第壹,飛行環境不同。所有的飛機都在稠密的大氣中飛行,它們的工作高度是有限的。現代飛機的最大飛行高度是離地30多公裏。即使未來飛機高度增加,也離不開稠密的大氣層。飛船沖出稠密大氣層後,將以類似於自然天體的運動規律在接近真空的空間飛行,近地點高度至少為100公裏。對於運行中的航天器來說,需要研究空間飛行環境。
第二,電廠不壹樣。飛機使用吸氣式發動機提供推力,吸收空氣中的氧氣作為氧化劑,只攜帶可燃物。而航天器的發射和運行是用火箭發動機提供推力,推力中既攜帶燃燒劑,也攜帶氧化劑。吸氣式發動機沒有空氣就不能工作,而火箭發動機沒有空氣就可以減小阻力,增加有效推力。包括推進劑罐在內的吸氣式發動機可以隨飛機多次使用,而發射航天器的運載火箭都是壹次性的。雖然航天飛機的固體助推器可以重復使用20次,其軌道器的液體火箭發動機可以重復使用50次,但與飛機上使用的吸氣式發動機相比,使用次數仍然很少。吸氣式發動機使用的推進劑只有航空汽油和航空煤油,而火箭發動機使用的推進劑種類繁多,有液體型、固體型和固液型。
第三,飛行速度不同。現代飛機最快速度是音速的三倍以上,是軍用飛機。至於現在使用的客機,都是亞音速飛行。為了不落到地面,宇宙飛船在太空中以非常高的速度運行。例如,航天器在離地面600公裏的圓形軌道上運行的速度是音速的22倍。所有的宇宙飛船在正常運行時都處於失重狀態。如果長時間載人,會造成失重的生理效應,影響健康。正因為如此,與飛行員相比,航天員的選拔和訓練要嚴格得多。大多數人只要買票就可以坐飛機,但是那些花大價錢去太空旅行的人也必須經過專門的訓練。
第四,工作時間不壹樣。無論是軍用還是民用飛機,最大航程約2萬公裏,最長飛行時間不超過壹晝夜。其活動範圍和工作時間非常有限,主要用於軍事和交通運輸。壹般輕型飛機雖然用途廣泛,但是每次活動的範圍都比較小。航天器可以在軌道上長時間工作,比如現在還在使用的聯盟TM載人飛船,與空間站對接後可以在太空運行幾個月。再比如航天飛機,可以在軌飛行7-30天,繞地球壹周大約1.5小時。運行時間最長的載人飛船是和平號空間站,已經在太空飛行了15年。至於無人航天器,比如各種應用衛星,壹般都在繞地球軌道上工作多年。壹些深空探測器,如先鋒10,已經在太空飛行了32年,正在飛出太陽系飛向銀河系。飛機的優點是可以多次重復使用,而飛船除了航天飛機只能使用壹次,載人飛船也不例外。
第五,提升方式不同。飛機的起飛是從起飛線開始,滑離地面,加速爬升到安全高度的運動過程。當它返回地面時,只需要向下降落。只有少數飛機,如英國的鷂式戰鬥機,可以通過轉動發動機噴口實現垂直起降,但機身仍處於水平位置,沒有豎起。到目前為止,航天器的發射,包括地面和海上的發射,以及上面有航天器的運載火箭,都是垂直空中的。在發射過程中,運載火箭要按照程序壹步步掉頭分離,最終將飛船送入預定軌道。有些航天器發射時,還要經過多次中間變軌,情況比較復雜。雖然航天飛機也可以發射航天器,但也是垂直發射。至於返回式航天器,其返回地面必須經歷脫軌、轉場、再入和著陸四個階段,其難度遠遠大於飛行器的著陸。雖然飛機的起飛、飛行和降落,航天器的發射、運行和返回都離不開地面中心的指揮,但地面設施和支持系統,以及它們的工作性能和內容也有很大的不同。
世界航空航天事件:
風箏起源於古代中國,大約在14世紀傳播到歐洲。
公元前500-400年,中國的人們開始制作木鳥,試驗原始飛行器。
1909世界上第壹架輕型飛機在法國誕生。
從1903 12 14到17,萊特兄弟設計制造的“飛行者”1在人類航空史上首次實現了自主飛行。試飛成功成為劃時代事件,人類航空史進入新時代。
1947 10 6月14日,美國著名試飛員查爾斯·耶格爾駕駛X-1飛機突破音障。
1969年7月20日22: 56: 20,阿姆斯特邁出了壹小步,成為了地球上全人類的壹大步。
1957 10十月四日
前蘇聯發射了世界上第壹顆人造地球衛星。六個月後,壹顆美國衛星飛上了天空。
1959九月12
前蘇聯發射了“月球”2號探測器,這是世界上第壹個撞擊月球表面的航天器。
1961 4月12日
前蘇聯宇航員加加林成為世界上第壹個飛上太空的人。
1969年7月20日
美國宇航員阿姆斯特朗乘坐阿波羅11飛船,成為第壹個踏上月球的人。
1970 65438+2月15
前蘇聯探測器金星7號首次在金星著陸。
1971 4月9日
前蘇聯的“禮炮”空間站1成為人類進入太空的第壹個空間站。兩年後,美國將天空實驗室空間站送入太空。
1971年65438+2月2日。
前蘇聯“火星”3號探測器在火星表面著陸。五年後,美國海盜號火星探測器登陸火星。
1981 4月12日
世界上第壹架航天飛機,美國哥倫比亞號航天飛機成功發射。
1986 65438+10月28日
美國挑戰者號航天飛機在升空73秒後爆炸。
1986年2月20日
前蘇聯發射了“和平”號空間站,已經服役8年,目前仍在運行。是目前最成功的人類空間站。
1993 165438+10月1。
美國和俄羅斯簽署協議,在“和平”號空間站的基礎上建造國際空間站,命名為阿爾法國際空間站。
中國重大航天事件;
1956,10年10月8日,中國第壹個火箭導彈研究機構——國防部第五研究院成立。
1970年4月24日,長征壹號運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射東方紅壹號衛星,中國成為世界上第三個自主研制和發射衛星的國家。
1975 165438+10月26日,長征二號丁運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射我國首枚返回式火箭。
返回式科學試驗衛星3天後成功回收。
1984年4月8日,cz-3在西昌衛星發射中心成功發射我國首顆地球同步軌道衛星——東方紅二號實驗通信衛星。
1990年4月7日,中國在西昌衛星發射中心用自主研制的cz-3成功發射亞洲壹號通信衛星,這是中國長征系列運載火箭首次發射外國衛星,使中國在世界航天商業發射服務領域占有壹席之地。
1999 5438+00年6月,中國與巴西合作研制的第壹顆地球資源衛星成功發射並正常運行,這是中國空間技術領域的首次全面國際合作。
2003年6月5438+10月65438+5月神舟五號成功發射並成功回收2003年6月65438+10月65438+6月,中國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術的國家。
5438年6月+2003年2月和2004年7月,中國與歐洲航天局聯合研制並發射了“探索壹號”和“探索二號”科學衛星,“地球空間雙星探測計劃”取得圓滿成功。
2004年6月23日,我國探月工程正式獲得國務院批準。
6月65438+10月65438+2005年2月,神舟六號發射成功。
謝謝妳