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A.航天科技發展簡介

 
  B.中國的航天事業發展
  1. 火箭發展先軀
  2. 航天器的分類
  3. 人造嶼P
  4. 登陸月球
  5. 太空穿梭機
  6. 太空站
  7. 美蘇兩國的太空探索史

  C.航天科學的基本知識
  D.航天科學的基本知識  
 E.航天系統的配套
 

火箭發展先軀-各國的發展及特點

前言

火箭是一種噴射推進裝置,以熱氣流向後高速噴出所產生的反作用力,來推向前運動。與飛機不同,火箭自身攜帶燃料與氧化劑,無需依賴空氣中的氧助燃,所以它既可在大氣中,又可在太空中飛行。在飛行過程中,隨著燃料與氧化劑的消耗,火箭的重量不斷減小,飛行速度可更輕易提升。火箭是目前唯一能使物體達到宇宙速度,從而克服或擺脫地球引力,進入宇宙空間的運載工具;它亦可用作快速、遠距離的運載工具(如洲際飛彈、人造 嶼P、飛船、太空站等),以及其他飛行器(如飛機和嶼P)的助推器。如果用作投送飛彈頭,便成為火箭武器。可以控制軌道的稱為導彈(Ballistic Missile),沒有軌道控制系統的稱為火箭彈(Rocket shell)。

 
 

『火箭』一詞的由來

根據古書記載,火箭一詞最早出現在西元3世紀的三國時代,距今已有1700多年的歷史。人們把一種頭部帶有易燃物、點燃後射向前方、飛行時帶火的箭叫做『火箭』。
火藥發明之後,人們把裝有火藥的筒綁在箭杆上,或在箭杆內裝上火藥,點燃引火線後射出,在飛行途中,火藥燃燒向後噴火產生作用力和反作用力,使箭飛得更遠。人們又把這種噴火的箭叫做『火箭』。

 

(圖A1-F1. 中國古代火箭
來源: 維基百科)

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現代火箭的發展歷程

中國古代火箭技術由蒙古人傳到歐洲,經過不斷改進,成為當時軍隊的裝備。早期的(火藥)火箭射程不遠、落點誤差大,準確度低,所以後來被火炮取代。第一次世界大戰後,隨著科技的突飛猛進,火箭武器得到迅速和突破性發展,並在二次大戰中發揮了巨大威力。
19世紀火箭技術的幾項重大進步:
1. 燃料容器由木(紙)殼改為金屬殼,延長了持續燃燒的時間;
2. 火藥燃料配方的標準化,增加燃燒時的釋放能量;
3. 研製出火箭發射台,增加發射效率;
4. 發現自旋導向原理,增加準確度等。
- 19世紀末,火箭開始用於非軍事目的,如用火箭攜帶救生索飛向海上遇難船隻。
- 20世紀初,美國科學家哥達德(RobetGoddard)奠定了現代火箭技術的基礎,並成功研製出第一枚可控式液體燃料火箭,成為現代大型火箭的雛形。

現代大型火箭的發展歷程

1. 俄國的齊奧爾科夫斯基 -在19世紀末至20世紀初,首先提出比較容易控制的液體燃料火箭的構想、多級火箭的概念和火箭運作的計算方法,為以後火箭的研究奠定發展的方向。因此,齊奧爾科夫斯基被稱為「太空飛行學之父」。

 
   

2. 美國的哥達德 - 在1926年3月16日成功發射世界上首枚液態火箭。此一歷史時刻,被後世公認為人類出飛往太空的第一步,所以哥達德柀稱為「航天科技奠基人」。

哥達德和他的火箭

(圖A1-F2. 哥達德和他設計的人類首枚火箭
來源: 維基百科)

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3. 德國的奧伯特 - 對航天科學作出了理論層面的貢獻,建立了下列條件之間的理論關係:燃料消耗、燃氣消耗速度、火箭速度、發射階段重力作用、飛行延續時間及飛行距離等。這些關係對火箭的設計提供了最基本原理。他只是理論家,而不是實驗工作者,但他的理論影響了整整一代的火箭工程師。奧伯特後來被尊稱為『航天科學之父』。

奧伯特

(圖A1-F2.5 奧伯特
來源: 維基百科)

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4. 德國的馮·布朗 - 馮·布朗和一批火箭專家在美國,先後研製出各種大型、先進、可靠的運載火箭。1969年成功地把太空人送上月球的超大型運載火箭『農神5號』(Saturn V),便是馮·布朗火箭事業的巔峰之作,也是人類有史以來的最大火箭。他被尊稱為『現代火箭之父』(Father of Modern Rocket)。

馮•布朗

(圖A1-F2.7. 現代火箭之父:·布朗
來源: 維基百科)

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5. 蘇聯的科羅廖夫 - 當美蘇在進行激烈的太空競賽時,他領導前蘇聯火箭和太空專家,集成各式科技設計、組織化及戰略運用,搶先美國(以現代火箭之父馮·布朗為首)把第一顆人造 嶼P和第一位太空人送上太空。科羅廖夫被尊稱為『載人航天之父』。

 
   

6. 中國的錢學森 - 於1955年自美國返回中國後,在火箭、導彈、人造 嶼P和太空船的研發作出極大貢獻,對中國航天事業的迅速發展發揮巨大作用。被譽為『中國火箭之父』。

錢學森

(圖A1-F3.5. 錢學森
來源: 維基百科)

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後記

1970年代,美國研製出以火箭作推進力的全新航天運載工具『太空穿梭機』。它的結構主要分為三部分:

  1. 軌道飛行器(Orbiter)-機身後部裝有3台主引擎;
  2. 外掛燃料箱-箱內裝有液體氫和液體氧,供3台主引擎燃燒,發射後5分鐘脫落;
  3. 固體燃料助推火箭-與軌道飛行器主引擎同時啟動,提供初始階段升空的推力,發射後2分鐘與燃料箱分離。

美國穿梭機-發現號

(圖A1-F5. 美國穿梭機-發現號-升空
來源: 維基百科)

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1981年4月12日,人類第一架穿梭機『哥倫比亞』號成功發射升空,然後又安全返回著陸。軌道飛行器和兩枚固體燃料助推火箭都可循環使用。美國航天史開展了新的篇章,從此穿梭機逐漸取代傳統火箭的功能。

 

基礎

進階

2008 © | 最後更新日期: 24.09.2008