時文衛(wèi)

遨游太空，探索浩瀚的宇宙，是人類千百年來的美好夢想。1687年，牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》中提出，如果物體的速度足夠快，則可以繞地球飛行。隨著科學技術的發(fā)展，航天技術逐步使人類走出地球，飛向天空，進入宇宙。

一、火箭技術

航天器要想飛上太空，就必須有足夠的能量克服地球的萬有引力，即將能量轉化成物體的勢能。根據(jù)機械能守恒定律，航天器在地球表面的動能轉化成航天器在軌道飛行所具有的最小動能和所具有的引力勢能。如果忽略發(fā)射過程中的空氣阻力，可得到三個宇宙速度：第一宇宙速度指在地面上發(fā)射航天器，能沿著地球的圓形軌道運行的最小發(fā)射速度，即7.9km/s，第二宇宙速度是指在地面上發(fā)射航天器，能脫離地球引力場所需的最小發(fā)射速度，即11.2km/s，第三宇宙速度是指在地球表面發(fā)射航天器，不但要脫離地球的引力，還要脫離太陽的引力的最小發(fā)射速度，即16.7km/s，以上三個速度從理論上證明了人類飛上太空的可能性，而火箭的發(fā)明使理論變成了現(xiàn)實。

19世紀末20世紀初，蘇聯(lián)的齊奧爾科夫斯基在他的經(jīng)典著作中，最早從理論上證明了用多級火箭可以克服地心引力進入太空，他建立了火箭運動的基本數(shù)學方程，并首先提出使用液體推進火箭的倡議。他預測了現(xiàn)代火箭的真實結構，論述了關于液氫、液氮作為推進劑使用于火箭的可靠性，并設想用新的燃料（原子核分解的能量）來作為火箭的動力。

由于技術復雜，沒有工業(yè)化批量生產(chǎn)，火箭的制造與發(fā)射一直是個極其昂貴的工程，造價動輒上億乃至數(shù)億美元。為了節(jié)省航天發(fā)射成本，20世紀美國和蘇聯(lián)在太空競賽的背景下提出了發(fā)展可回收的航天飛機的方案，然而事實證明由于系統(tǒng)過于復雜、再利用成本極其高昂，航天飛機成為一個失敗的科研項目。這種背景下，重復回收火箭成為更佳方案。

由于火箭絕大部分成本都在一級（比如獵鷹9號一級帶有9個發(fā)動機，二級只有1個），以及從可行性方面考慮（二級及以上飛行距離過遠過高回收幾乎不可能），目前所有的火箭回收都針對一級火箭。

美國民營私人航天公司SpaceX在火箭回收領域走在了世界前列，其制造的蚱蜢（Grasshopper）系列火箭正如其名，基本上采用“跳躍”的方式發(fā)射，然后關閉發(fā)動機系統(tǒng)讓火箭下落，以進行垂直狀態(tài)下的火箭控制與回收。從2012年9月到2013年10月，SpaceX前后進行了8次試驗，從最早的點火三秒高度1.8米，到點火80秒高度超過500米并有了橫向機動，SpaceX獲得了一系列重要試驗數(shù)據(jù)，為未來成功奠定了重要基礎。經(jīng)過了多次失敗，SpaceX決定采用陸地回收的策略并終于在2015年12月22日迎來了首次成功，獵鷹9號火箭在運送Orbcomm公司11顆通訊衛(wèi)星進入軌道后，地面成功回收了返回的一級火箭，創(chuàng)造了人類太空史上當之無愧的第一。

二、人造衛(wèi)星

衛(wèi)星是指繞行星運動的天然天體，人造衛(wèi)星是指由人類建造，通過運載工具，比如火箭、航天飛機等發(fā)射到太空中，能像衛(wèi)星一樣環(huán)繞地球或其他行星運行的航天裝置。人造地球衛(wèi)星的計劃設想早在1945年就在美國出現(xiàn)。1957年，蘇聯(lián)發(fā)射的人衛(wèi)1號是第一顆被正式送人軌道的人造衛(wèi)星，數(shù)年后，各式各樣用于科學研究的人造衛(wèi)星被發(fā)射到環(huán)繞金星、火星和月球的軌道上，在近代通訊、地球資源探測，軍事偵察和天氣預報等方面已成為一種不可或缺的重要工具。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地

球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。目前，我國已發(fā)射北斗導航衛(wèi)星23顆，正在實施北斗三號系統(tǒng)建設。根據(jù)系統(tǒng)建設總體規(guī)劃，計劃2018年，面向“一帶一路”沿線及周邊國家提供基本服務；2020年前后，完成35顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，為全球用戶提供服務。

三、載人航天

載人航天是人類駕駛和乘坐載人航天器在太空中從事各種探測、研究、試驗、生產(chǎn)和軍事應用的往返飛行活動，是航天技術發(fā)展的一個新階段。其目的在于突破地球大氣的屏障和克服地球引力，把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空，更廣泛和更深入地認識整個宇宙，并充分利用太空和載人航天器的特殊環(huán)境進行各種研究和試驗活動，開發(fā)太空極其豐富的資源。

空間站是一種在近地軌道長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。中國計劃于2020年左右建成自己的空間站，初期將建造三個艙段，包括一個核心艙和兩個實驗艙，基本構型為T字形，核心艙居中，實驗艙I和實驗艙n分別連接于兩側。有多個交會對接口，能實現(xiàn)多飛行器同時對接。中國空間站核心艙已于2016年底完成總裝，目前進入整艙測試階段，預計2018年發(fā)射升空?？臻g站建好后，中國將成為繼俄羅斯之后，以一國之力獨自完成空間站建設的國家，航天員在空間站駐留可達一年以上?？臻g站的正常運營，將促進中國空間科學研究進人世界先進行列，為人類文明發(fā)展進步作出貢獻。endprint