太空旅行

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January 22, 2022

太空旅行是人类在太空中、地球大气层之外的活动。根据美国空军和美国航空管理局 FAA 的定义,根据国际航空联合会 (FAI) 的说法,太空始于 80.5 公里(50 英里)的高度,距离卡门线的高度为100公里。太空旅行可以通过各种发射系统实现,通常是从发射场发射火箭。在发射过程中,火箭产生大于地球引力的推力,使火箭上升。随后,水平速度通常会增加,以便火箭,至少是有效载荷,被放置在环绕地球的轨道上。一些航天器无限期地停留在太空中,一些在大气层再入过程中解体,而另一些则到达行星表面。俄罗斯宇航员尤里·加加林是第一个登上东方 1 号太空的人类。载人航天飞行的例子包括阿波罗登月和美国的航天飞机计划、俄罗斯联盟号计划以及国际空间站 (ISS)。无人驾驶太空飞行的例子是离开地球轨道的太空探测器,或环绕地球轨道上的卫星,例如通信卫星。太空旅行用于太空研究,例如太阳系探索,以及太空旅游和卫星电信等商业活动。太空飞行的其他非商业应用包括太空望远镜、间谍卫星和其他观察地球或其他天体的卫星。

太空旅行的历史

人类离开地球的故事和幻想以及这样做的方式非常古老。大约在公元 160 年,希腊人出版了萨摩萨特的卢西安(Aletheis Historiai,真实故事)和对话 Ἰκαρομένιππος(Ikaromenippos,空中航行),其中他描述了一艘船如何在暴风雨中被吹上天空并降落在月球上。

在文献中

1865 年,儒勒·凡尔纳 (Jules Verne) 出版了他的书 De la terre à la lune(从地球到月球),其中详细描述了航天器如何被大炮(在美国佛罗里达州)发射并前往月球。他的书与一百多年后阿波罗登月飞行之间的许多相似之处令人震惊。1900 年左右,作家 HG Wells 出版了《世界大战》和《月球第一人》等小说,其中太空旅行起着重要作用。

现代太空旅行的创始人

现代空间技术的六位重要奠基人是科学家 Hermann Ganswindt (1856-1934)、Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935)、Robert Goddard (1882-1945)、Hermann Oberth (1894-1990)、Sergei Korolyov (16606)和-1维尔纳·冯·布劳恩 (1912-1977)。他们都会确认受到了凡尔纳和威尔斯等作家的故事的启发。

首次到达空间

根据后来的定义,第一个进入太空的人造物体是 1944 年 6 月试飞期间的德国 V-2 火箭。 A4 V-2 火箭的首次成功飞行发生在近两年前。 1942 年 10 月 3 日在佩内明德举行。

第一个人造月亮

苏联制造的第一颗人造卫星是 1957 年的斯普特尼克 1 号。同年,第一个生物被发射到太空,狗莱卡与斯普特尼克 2 号一起发射,随后与其他太空犬一起发射。美国人在 1958 年推出了 Explorer I。美国人专门使用猴子来测试对太空生活的物理反应。

太空竞赛

在美国人将他们的第一只猴子送入太空之后,苏联人也迎来了下一个:1961 年 4 月 12 日,第一个进入太空的人类尤里·加加林 (Yuri Gagarin) 被送入轨道。

登月

为应对这一问题并在太空竞赛中迎头赶上,美国总统约翰·肯尼迪在 1961 年的国情咨文中承诺,到本世纪末,美国人将登上月球。美国宇航局随后开始了初步的双子座计划,该计划获得了载人航天甚至太空行走的经验。阿波罗计划最终实现了肯尼迪在 1969 年的承诺; 1969 年 7 月 21 日,尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的人类。他说了一句名言:这是一个人的一小步,是人类的一大步。从那时起,直到 1972 年,阿波罗登月舱六次登陆月球。在 1969 年至 1971 年的第一次登月之后,公众的紧张情绪消失了。有一段时间,第三次登月失败的救援行动,阿波罗 13 号,(1970 年)是耸人听闻的,但随着阿波罗 17 号(1972 年),对数十亿美元成本的批评变得太大,该项目被停了下来。在接下来的几年里,美国宇航局不得不为自己的存在而奋斗,并建立了各种国际合作伙伴关系。

俄罗斯太空旅行

俄罗斯(实际上:苏联)太空旅行经历了特定的进一步发展。第一个登上月球的人的声望竞赛失败了,但是有了联盟号导弹,苏联人已经制定了可靠的例行程序。更重要的是,他们已经擅长将人造卫星送入轨道。此外,他们开始向太阳系中的其他行星发送探测器。苏联人更喜欢金星,美国人带着他们的先驱项目前往火星。尽管俄罗斯的太空旅行在幕后大肆宣传,而且由于冷战而很大程度上是秘密的,但苏联承诺的一个目标出现了:空间站。自 1970 年代初以来,这方面的工作一直在进行。苏联人在人类在太空的长期逗留方面积累了丰富的科学专业知识。

空间站

美国天空实验室于 1973 年至 1979 年绕地球运行,俄罗斯和平号卫星于 1986 年至 1996 年绕地球运行,国际空间站 (ISS) 自 1998 年以来一直绕地球运行。中国还有一个空间站计划,天宫。

航天飞机计划

建造可重复使用的宇宙飞船背后的想法是能够以廉价和定期的方式执行太空任务。

国际合作

1975 年,作为阿波罗-联盟号测试项目的一部分,美国阿波罗号模块和苏联联盟号模块在太空中连接在一起。 1991 年苏联解体和冷战结束后,国家对俄罗斯太空旅行的资助下降到了低得多的水平。美国的太空旅行也遭受了严重的打击:1986年挑战者号航天飞机坠毁后,美国的载人太空旅行几乎停滞了三年。 NASA 和 Rosaviakosmos,美国和俄罗斯的航天机构,因此决定了一种影响深远的合作形式。俄罗斯人将放弃他们长期运行的项目,和平号空间站,并与美国人和欧洲航天局欧空局在国际空间站 ISS 上合作。国际空间站的基本版本已经活跃了好几年了。最近,NASA 和 Rosaviakosmos 之间在将太空游客带到国际空间站的问题上出现了紧张关系。 2006 年,已有四名游客以 2000 万美元的价格参观了国际空间站。 2003 年哥伦比亚号航天飞机的灾难使国际空间站的供应和完工面临风险。事实上,国际空间站的新模块对于俄罗斯联盟号来说太大了,必须由航天飞机抬起。为了能够完成国际空间站,航天飞机必须持续大约 10 年。为了不危及补给,俄罗斯人决定暂时不再带游客。仅在 2005 年,第三位太空游客来到了空间站。乔治·W·布什总统2004年,布什宣布了一项建造月球基地然后将宇航员送往火星的计划。由于所有 NASA 项目都必须专注于这一目标,因此美国对国际空间站的支持已降至绝对最低限度。因此,Rosaviakosmos 选择独立扩展国际空间站,并与欧空局进行更密切的合作。 ESA 机械臂将很快安装在国际空间站上。ESA 机械臂将很快安装在国际空间站上。ESA 机械臂将很快安装在国际空间站上。

私人倡议

2004 年,由伯特·鲁坦 (Burt Rutan) 和保罗·艾伦 (Paul Allen) 领导的 Scaled Composites 赢得了 Ansari X 奖,这是第一家将宇宙飞船 SpaceShipOne 提升到 100 公里以上并在三天内两次安全返回地球的私营公司。该设计由英国商人理查德布兰森购买,他与他的公司维珍银河进一步开发了该飞机,直到 SpaceShipTwo 将操作这些飞机。 Blue Origin 还开发了一种飞行器,在这种情况下是一种名为 New Shepard 的胶囊火箭,用于短途亚轨道太空飞行。 2021 年夏天,维珍银河和蓝色起源都将第一批乘客送上了太空边缘。SpaceX 和 Blue Origin 公司的目标是轨道甚至行星际飞行市场,并通过可重复使用和其他创新来降低太空旅行的成本。两家公司都能够垂直着陆火箭级。这些公司,如维珍银河,是 NewSpace 运动的一部分。 SpaceX 将于 2021 年 9 月发射其首次载人私人轨道太空飞行。 Blue Origin 仍在研发他们的第一枚轨道火箭。 Axiom Space 还在开发国际空间站的商业翼,最终将继续作为独立的空间站接替国际空间站。SpaceX 将于 2021 年 9 月发射其首次载人私人轨道太空飞行。 Blue Origin 仍在研发他们的第一枚轨道火箭。 Axiom Space 还在开发国际空间站的商业翼,最终将继续作为独立的空间站接替国际空间站。SpaceX 将于 2021 年 9 月发射其首次载人私人轨道太空飞行。 Blue Origin 仍在研发他们的第一枚轨道火箭。 Axiom Space 还在开发国际空间站的商业翼,最终将继续作为独立的空间站接替国际空间站。

太空旅行正在完成什么

太空旅行使我们能够更多地了解宇宙。一方面是通过将探测器送入太阳系以研究那里的天体,另一方面是通过空间望远镜对宇宙进行更远的观察。在阿波罗计划期间,来自月球的物质被带回地球。太空旅行者在微重力下的研究还提供了科学见解,使我们能够更多地了解地球(和太空)上的生命,并开发治疗身体疾病的药物和治疗方法等。通信卫星使洲际通信成为可能。卫星还使在地球上荒凉的地方建立电信连接成为可能。借助观测卫星,可以制作天气模型和地质模型。此外,一些观测卫星用于间谍活动。导航系统的使用可能是太空旅行最普通的应用。太空旅行的技术极限也受到了限制,因此开发了在地球上也证明有用的材料、技术和可能性。

空间力学,空间任务的过程

航天器的移动和控制方式与地球上的通常不同。根据艾萨克牛顿的说法,一个物体可以通过在保持动量的同时对其他物体做出反应来移动。与之相比的是:m a s a 1 × sn e l h e i d 1 m a s a 2 × s n e l h e i d 2 {\displaystyle mass_{1}\times speed_{1}mass_{2}\times speed_{2}} 汽车通过向后推沥青而移动。道路与地球相连,地球的质量非常大。结果,地球几乎不动,汽车更是如此。飞机通过向后吹空气来移动。这需要大量的空气,但并不缺乏空气。只需要相对少量的燃料就可以保持该过程的进行。如果飞机质量为 1000 kg,以 100 m/s 的速度吹走 10 kg 空气,则飞机本身的速度为 1 m/s。这并不多,但飞机可以吸入越来越多的空气并将其吹出以提高速度。太空旅行的一个大问题是太空中没有物质。航天器在真空中飞行。如果航天器的速度或航向必须偏离它在重力作用下的运动方式,它只能通过将航天器上已有的物质排出的反应引擎来实现。因此,您必须在出发时随身携带所有这些材料。因此,飞船的质量在出发时特别大,飞船的运动更加困难,这反过来又需要额外的燃料。这就解释了为什么必须用 100 m 或更高的火箭发射宇宙飞船,而只有载有宇航员的太空舱返回,比汽车大不了多少。

离开

为了在没有进一步推力的情况下绕地球运行,航天器必须具有很高的速度。对于环绕地球的低轨道(但在大气层之上,大约 200 公里的高度是合适的)大多数能量不需要达到这个高度,而是达到所需的大约 8 公里/秒的速度。对于远离地球的旅程,最好在离开地球或地球轨道后尽快提高速度,以便无需进一步推力即可到达目标;到月球或更远的地方,所需的速度则接近于约 11 公里/秒的逃逸速度。由于空气阻力,这个速度在地球表面是不可能的。所以这是不可想象的,正如儒勒·凡尔纳所写,宇宙飞船是用大炮发射的。实际上,火箭在加速时已经达到了几十公里的高度。

在旅途中

火箭发动机关闭的那一刻(Brennschluss),太空旅行者进入失重/自由落体状态。飞船现在遵循由重力决定的轨道。在大气层外的自由空间中偏离这一点称为轨道机动。为此(包括制动),必须使用反作用电机,这反过来又会消耗反作用质量或 delta v。这种措施的优点是它与质量无关(由于反应质量的消耗而在任务过程中减少),并且可以为不同的跑道机动添加delta-v值(只要没有火箭级或其他模块被丢弃在两者之间),然后根据结果计算所需的反应质量相对于最终质量。此外,建立或停止航天器在其轴上的旋转需要一些 delta v。有时在太空旅行中,与另一艘航天器进行对接,和/或在另一个天体上着陆,航天器可能会起飞(着陆的航天器或其一部分)来自另一个天体。当然,在对接之前,航天器不仅必须收敛,而且必须具有完全相同的速度(大小和方向)。有时太空行走是在飞行过程中进行的。在另一个天体上的单独车辆中/来自另一个天体的月球漫步和载人和无人驾驶运动。和/或降落在另一个天体上,最终一个航天器(着陆的航天器或其一部分)从另一个天体起飞。当然,在对接之前,航天器不仅必须收敛,而且必须具有完全相同的速度(大小和方向)。有时太空行走是在飞行过程中进行的。在另一个天体的单独车辆中/从另一个天体上进行了月球漫步以及载人和无人运动。和/或降落在另一个天体上,最终一个航天器(着陆的航天器或其一部分)从另一个天体起飞。当然,在对接之前,航天器不仅必须收敛,而且必须具有完全相同的速度(大小和方向)。有时太空行走是在飞行过程中进行的。在另一个天体的单独车辆中/从另一个天体上进行了月球漫步以及载人和无人运动。有时太空行走是在飞行过程中进行的。在另一个天体的单独车辆中/从另一个天体上进行了月球漫步以及载人和无人运动。有时太空行走是在飞行过程中进行的。在另一个天体的单独车辆中/从另一个天体上进行了月球漫步以及载人和无人运动。

返回地球

如果小型航天器失去高度(无论是否有意),它就会在没有任何预防措施的情况下在大气层中燃烧。对于较大的(无人)航天器,存在碎片坠落地球的危险,因此需要有控制地下降到安全区域。载人航天或太空样本的返回(过去还有胶片盒)需要软着陆,在大气中减速而不燃烧或蒸发。仅用反应发动机制动是不可行的,因为在飞行的这个阶段,飞船几乎没有剩余的燃料。如果火箭发动机要降落在地球上,太空飞船的质量必须比现在大很多倍,因为这需要燃料,这样火箭在发射时的质量也应该大很多倍。参见进入大气层。因此,着陆舱配备了隔热罩——一个非常重要的部件。再入时,太空舱的速度很高——大约 8 公里/秒或更高。重力使这个速度变得更大。由于以该速度进入大气层而压缩大气层会产生热等离子体,从而使胶囊变得非常热。隔热罩必须对此提供保护。然而,与空气的碰撞也会导致胶囊减速。在几公里的高度,速度下降了很多,气压也高了很​​多,降落伞可以用于着陆的最后阶段。俄罗斯人登陆哈萨克斯坦的草原。美国的第一次太空旅行以在海上登陆太空舱而告终。通常那是在太平洋上。航天飞机像滑翔机一样降落在跑道上。这通常涉及肯尼迪航天中心的跑道。 Crew Dragons 降落在大西洋或墨西哥湾,Starliners 降落在美国沙漠地区,Whitesands Missile Range 是首选。猎户座太空舱将像以前一样降落在太平洋,阿波罗太空舱。Crew Dragons 降落在大西洋或墨西哥湾,Starliners 降落在美国沙漠地区,Whitesands Missile Range 是首选。猎户座太空舱将像以前一样降落在太平洋,阿波罗太空舱。Crew Dragons 降落在大西洋或墨西哥湾,Starliners 降落在美国沙漠地区,Whitesands Missile Range 是首选。猎户座太空舱将像以前一样降落在太平洋,阿波罗太空舱。

沟通

在航天器和仪器的遥控以及与宇航员的通信中,信号以光速传播很重要。这意味着,例如,从地球到火星或从地球到火星的信号传输需要 3 到 22 分钟。在月球上,这超过一秒钟。星际太空旅行需要数年时间。在再入过程中,有一段时间无法进行通信的阶段。如果航天器在天体后面,并且其他地方没有可以进行通信的航天器,情况也会如此。

各种空间组织

欧洲的

ESA 欧洲航天局,字面意思是欧洲航天局,缩写为 ESA,在荷兰语中称为欧洲航天局。ESTEC 是欧洲空间研究和技术中心,位于诺德韦克(南荷兰省)市。,欧洲航天局 (ESA) 的最大站点。ESTEC 的游客中心 Space Expo 是一个主要的太空展览。

国民

荷兰人

SRON 是荷兰的专门机构,致力于开发和使用用于太空天体物理和地球导向研究的仪器。SRON 的总部设在荷兰。此外,代尔夫特理工大学的学生团队代尔夫特航空航天火箭工程 (DARE) 积极参与实验性火箭建造。

比利时

比利时主要通过欧空局活跃在太空。比利时贡献了 5.5% 的 ESA 预算,这对于一个小国来说是比较多的,也超过了占 ESA 预算 2.2% 的荷兰。

太空旅行的重要地点

肯尼迪航天中心,美国宇航局发射场,东部卡纳维拉尔角太空部队站,美国太空部队美国发射场,东部范围林登 B.约翰逊航天中心,美国宇航局飞行控制和训练中心的所在地范登堡太空部队基地,美国发射场位于哈萨克斯坦 Zvyozdny gorodok 又名星城的载人和无人驾驶航天发射场,即苏联和后来的俄罗斯发射场,即西部靶场 Cosmodrome Baykonur 的太空部队、训练中心、Roskosmos 空中交通管制和宇航员住所。Centre Spatial Guyanais,欧洲航天局法属圭亚那发射场酒泉,中国载人和无人航天发射场

星际太空飞行

在离开太阳系的过程中有两个正在运行的太空探测器:航海者 2 号和新视野号。航海者一号于 2013 年到达日球层边缘,是第一个离开太阳系的人造物体。但是,在保持通信的同时接近其他恒星暂时是不可行的(这是科幻小说中的主题)。例如,相对于太阳具有最大剩余速度(即最特定能量)的探测器航海者一号,其速度为 17 公里/秒,仅行进了与 75,000 年中最近的恒星比邻星这样的距离。年。在太阳之后。然而,探测器的能源消耗得更早,在太阳和另一颗恒星之间的途中,太阳能电池板收集的能量很少。因此,通信不再可能。而这样的探测器在那个距离用望远镜是无法探测到的。然而,外星生命形式仍有可能找到上述探测器之一,或其他已经离开或正在离开太阳系的人造物体之一。这就是为什么金唱片(先锋计划)和航海者金唱片被一起发送的原因。

突破星图

Breakthrough Starshot 项目正在研究沿半人马座阿尔法系统飞行一支约 1 克的小型太空探测器的可能性。这样的太空探测器将配备大约 4 x 4 米的光帆,并会在 10 分钟内从地球绕地球轨道通过来自地球的非常强大且非常精确聚焦的激光束加速到大约60,000.km/s,20年内达到目标。四年后,传输的结果将到达地球。因此,在这 10 分钟内,加速度平均为 100 km/s2 (10,000 g)(对于一克质量需要 100 N 的力,因此帆上的辐射为 15 GW),并且发生在旅程的前 2000 万公里。光帆必须反射得非常好,否则会因激光而变得太热而熔化(或蒸发)。需要在地球上高度干燥的地方建立一个大型激光器公园(以尽量减少大气的吸收和偏转)。光帆也将用于与地球的激光通信。该计划是每天一次或每隔几天将探测器从其轨道发送到目标。因此,对于 1000 个探头,可以在几年内进行扩展。由于相互距离大,不存在相互碰撞的危险,使激光器的供能更加可行。需要在地球上高度干燥的地方建立一个大型激光器公园(以尽量减少大气的吸收和偏转)。光帆也将用于与地球的激光通信。该计划是每天一次或每隔几天将探测器从其轨道发送到目标。因此,对于 1000 个探头,可以在几年内进行扩展。由于相互距离大,不存在相互碰撞的危险,使激光器的供能更加可行。需要在地球上高度干燥的地方建立一个大型激光器公园(以尽量减少大气的吸收和偏转)。光帆还将用于与地球的激光通信。该计划是每天一次或每隔几天将探测器从其轨道发送到目标。因此,对于 1000 个探头,可以在几年内进行扩展。由于相互距离大,不存在相互碰撞的危险,使激光器的供能更加可行。由于相互距离大,不存在相互碰撞的危险,使激光器的供能更加可行。由于相互距离大,不存在相互碰撞的危险,使激光器的供能更加可行。

另见

里程碑

1895 - 1959:太空旅行时间线 (1895-1959) 1960 - 1962:太空旅行时间线 (1960-1962) 1963 - 1969:太空旅行时间线 (1963-1969) 1970 - 1979: 87 太空旅行时间线 (1960-1962) - 19 1999:空间时间线(1980-1999)2000-2009:空间时间线(2000-2009)2010-2019:空间时间线(2010-2019)2020-现在:空间时间线(2020-现在)

太空飞行和太空计划

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