第五节 反冲运动 火箭
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和平号坠毁 航天史上一个时代结束
“和平”号轨道空间站将于3月20日左右坠落,这标志着人类历史上迄今体积最大、应用技术最先进、设施最完善、太空飞行时间最长的空间站即将最终告别人类.“和平”号的坠毁,标志着人类航天史上一个时代的结束.
“和平”号飞了15年!
“和平”号空间站于1986年2月12日投入使用,设计工作寿命3到5年.而今,它已在太空中飞了15年.按原计划,俄将开发出“和平-2”号空间站接替“和平”号.但80年代后期苏联的经济危机及苏联解体后俄经济处于困境,“和平-2”号因资金不足而难产.于是,“和平”号担负起在困境中发展载人航天技术的使命.
15年来,“和平”号上共发生了近2000处故障,其中近100次故障一直未能排除.空间站的温度调节系统也故障不断,太空舱的局部温度有时竟达53摄氏度.“和平”号上的蓄电池也曾先后两次莫名其妙地异常放电,导致“和平”号与地面短暂失去联系及空间站局部停电.1997年6月还曾发生货运飞船撞穿“和平”号“光谱”舱事故.15年的宇宙陨石微粒撞击和空间站内部化学物品的腐蚀,使“和平”号70%的外体遭到腐蚀.维修“和平”号每年需投入2.5亿美元,俄政府无能为力.在“和平”号“完成历史使命”后,最好的解决办法就是人为将它坠毁在地球上一个无人区域.
“和平”号会不会砸伤人
“和平”号坠落的碎块能否安全坠毁在太平洋无人地带,一些国家的媒体纷纷提出质疑.在人类历史上,确实有航天器残骸碎片坠落在人口稠密区的先例.
1997年1月,有一块约15厘米大小的金属网片击中了美国一位步行女性的肩膀,据说这是美国火箭散落的碎片.
对此,俄航空航天局指出:“和平”号目前一切正常,安全坠落的几率约为97%至98%,因为“和平”号的飞行及其设备性能均完全处于地面人员的控制下,专家们已对可能发生的各种情况设计了应对方案.
尽管“和平”号坠落的安全系数很高,但仍有消息说,俄罗斯宇航局还是决定为此次行动购买保险,以防不测.万一坠落行动失败并酿成损失,将由保险公司来赔偿.因为,俄方专家也不能保证此次行动百分之百成功.
如果“和平”号坠落操作失败,新西兰、日本和澳大利亚被碎片砸中的危险性最大.按轨道专家的计算,日本有可能是“和平”号下坠过程中所飞跃的最后一个国家;新西兰是最接近预定坠落区域的国家;如果“和平”号偏离轨道,澳大利亚也有一定危险.但专家们指出,人们大可不必担心,因为即使是发生意外,空间站坠向这3个国家的几率也很小.以日本为例,该国被砸中的可能性仅为一亿分之一.目前,这3国政府已成立了临时委员会,以监督“和平”号的最后行程.“和平”号目前正处于正常而安全的自由飘落状态,其运行轨道高度约为255.1公里,飘落速度约为每天1.8公里.按照新计划,当空间站到达距地面250公里的轨道时.与俄罗斯“和平”号空间轨道站相伴15年的地面飞行控制中心指挥“和平”号坠落过程,控制中心将在恰当的时间,选择恰当的轨道位置,通过遥感信号对“和平”号进行两次制动,使“和平”号进入坠落轨道.
而后,当空间站飞至几内亚湾至高加索地区之间的上空时,控制中心将抓住时机发出第三个制动信号,令空间站沿坠落轨道迅速坠向地球.在这之后,控制中心将与“和平”号进行最后一次约持续5到6分钟的通信联络,这次联络所提供的信息将使工作人员得知,“和平”号是否会安全坠入指定区域.此后,飞行控制中心便会即刻与空间站失去联系,无法“目送”“和平”号坠向大海.
据俄专家测算,当“和平”号与地面失去联系,坠入稠密的大气层之后,剧烈的空气摩擦将使空间站烈焰熊熊.空间站的太阳能电池板和天线将首先在距地110至100公里的大气中化为灰烬.在90至80公里的高空,空间站的外壳及内部结构将分裂成无数碎块.在穿越距地70至60公里的高空时,猛烈的燃烧将使大部分碎块灰飞烟灭,剩余的总重约12吨的残片将散落到南纬47度至50度之间的南太平洋无人海域.
在这些不能被大气完全燃烧的1500块残片中,将有5到6块有700公斤重较大碎块落到地球表面,这些碎块的体积约为一辆小汽车大小.如果这些大块砸在地面上,可以穿透1.8米厚的混凝土.
“和平”号劳苦功高
“和平”号———世界上第一个长期载人空间站自诞生之日起,已天马行空15载,绕地球飞行8万多圈,行程35亿公里,进行了1.65万次科学实验,完成了23项国防科学考察报告,真可谓劳苦功高,硕果累累.
“和平”号是人类历史上的第9座空间站,被誉为“人造天宫”,上面有各种实验舱,整体形状看上去就像是绽开的花朵.该空间站全长32.9米,在高350至450公里的轨道上运转,大约90分钟环绕地球一周.
建成后的“和平”号体积约400立方米,重约137吨,其中科研仪器重约11.5吨.15年里,共有31艘“联盟”号载人飞船、62艘“进步”号货运飞船与“和平”号实现对接,宇航员在“和平”号上进行了78次太空行走,在舱外空间逗留的总时数达359小时12分钟.先后有28个长期考察组和16个短期考察组在上面从事考察活动,共有12个国家的135名宇航员在空间站上工作.共完成了23项国际科学考察计划,空间站上进行了诸如培养鹌鹑、蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验;抗流感疫苗的空间材料学和医学实验,均取得极为宝贵的材料和数据.还拍摄了许多恒星、行星的照片,进行了基本粒子和宇宙射线的探测,大大扩展了人类对宇宙的认识.他们还探测了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性.
此外,“和平”号空间站还在试验人造月亮、空间商业化等方面进行了许多有益的探索,获得了大量数据及具有重大实用价值的成果,取得了举世瞩目的成就,不仅为开发利用太空积累了丰富的经验,而且为人类在太空长期生活、远征火星准备了条件.
老宇航员送别老朋友
俄罗斯王牌宇航员塞尔金.阿弗迪耶夫因为具有他人所难以匹敌的控制心理和身体压力的能力,成了登上“和平”号的宇航员的第一人选.并认为在太空生活时间最长的人,他曾创造了在“和平”号上连续生活748天的惊人纪录,陪伴以每秒钟8公里的平均速度飞行的“和平”号绕着地球转了11968圈!因为他在“和平”号上度过的时光远远超过其他宇航员,“和平”号是他的真正意义上的“第二个家”.
阿弗迪耶夫是一名核物理学家,他在太空连续飞行了5亿多公里,相当于在地球和火星之间飞了4个半来回!
“和平”号2/3的部件在大气外层就烧毁了,真正坠入太平洋的只有12吨“余烬”.不少冒险爱好者包租了一架大型客机,届时将在溅落点上空约10000米以上的地方盘旋,一睹“和平”号绝唱.阿弗迪耶夫也肯定会亲自送“老朋友”最后一程.
人类航空史上一个划时代的航天器即将陨落.在“和平”号坠毁后,在它的“继任者”———国际空间站建成之前,人类将再次进入没有大型载人太空航天器的时代.
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两院院士评出我国30年来空间科技十大新闻
1、第一颗人造卫星发射成功。1970年4月24日,中国第一颗人造危险东方红一号用长征一号运载火箭发射成功,标志着中国进入了太空时代。
2、返回式卫星发射成功。1975年11月26日,长征二号运载火箭成功发射返回式卫星,卫星在轨道运行3天后顺利回收。中国成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。
3、同步静止卫星轨道通信卫星发射成功。1984年4月8日,长征三号运载火箭成功发射东方红二号实验通信卫星,标志中国航天空间科技进入应用阶段。
4、“神舟”号实验飞船首飞成功。1999年11月20日,长征系列新型运载火箭成功发射“神舟”号实验飞船,11月21日飞船顺利回收,中国栽人航天技术实现历史的跨越。
5、中国和巴西合作研制并发射资源卫星。1999年10月14日,长征四号运载火箭成功发射由中国和巴西合作研制的资源一号卫星,其综合性能达到国际同类卫星水平。
6、太阳同步轨道气象卫星发射成功。1998年9月7日,长征四号运载火箭成功发射风云一号气象卫星,促进了气象现代化事业的发展。
7、大推力运载火箭成功发射。1992年8月14日,长征二号捆绑式运载火箭成功发射由美国休斯公司研制的澳大利亚“澳赛特B1”通信卫星。“长二捆”运载火箭在大推力发动机、大型卫星整流罩、火箭捆绑技术等方面取的重大成果。
8、大容量通信卫星研制发射成功。1997年5月12日,长征三号甲运载火箭成功发射东方红三号通信卫星,中国大容量通信卫星技术实现重大突破。
9、中国宣布进入国际商业卫星发射市场。1985年10月25日,中国政府宣布长征系列运载卫星承担搭载和卫星发射业务。中国自1990年4月7日发射亚洲一号通信卫星之后,共将26颗外国卫星成功发射升空。
10、高轨道大推力运载火箭研制发射成功。1997年8月20日,长征三号乙运载火箭成功发射菲律宾马部海通信卫星。运载火箭在大推力氢氧发动机技术方面取得重大进展,使其同步转移轨道运载能力达到5吨。
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自己动手做反冲运动实验
第一步:选择一小节(1厘米左右)蜡笔,若是蜡烛则用小刀将其削成蜡笔或铅笔一样粗细的圆柱体.
第二步:将圆柱体再削成半圆柱体.
第三步:同时将一端削成尖头,在另一端的平面部分挖出一个小槽,最终形状如图:
第四步:寻找一只不用的圆珠笔芯(里面有圆珠笔水),拔掉圆珠笔头
注意:别让圆珠笔水沾到衣服上.
第五步:吹圆珠笔芯的另一端,将笔水吹到已做成的蜡烛小槽里,别溢出小槽.
第六步:找一个容器,装满水,将做成的蜡烛放在水面上.
观察有什么现象发生,他与教材中的小实验有什么异同?
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新世纪十大科技趋势
由中国科学院、新华通讯社联合组织的预测小组预测出“新世纪将对人类产生重大影响的十大科技趋势”.
1、物质科学领域——新世纪里,大至宇宙,小至粒子,物质科学的进展,将使人类进一步认识到微观世界和宇宙世界,对世界复杂性和宇宙起源等问题的认识也将发生革命性的变化.
2、生命科学领域——21世纪,生命科学将发展成为新一轮自然科学革命的中心,并将跨越物理世界与生命世界不可逾越的鸿沟,使之统一起来.
3、地球系统科学领域——21世纪,地球系统科学将以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度,研究地球系统的整体行为,地球系统科学的突破性发展,将使人类更好的认识所赖以生存的环境,更有效的防止和控制可能突发的灾变对人类造成的损害.
4、认识神经科学领域——揭示人脑奥秘,探索意识、思维活动的本质,这是人类多年以来孜孜以求的梦想.21世纪,人类将在脑科学和认知神经科学研究的几个重大问题取得突破性进展.
5、能源科学与技术领域——目前,人类所消耗能源的70%来自矿石燃料.21世纪,随着人类环保意识的觉醒和价值观的改变,人类将不断追求与自然更加协调的生活方式.生产可再生的清洁能源将是21世纪能源科学的主要发展方向之一,能源共给将呈多样化的发展趋势.
6、材料科学和技术领域——材料科学已从对成分、结构、性能关系的研究演变为对材料的成分、制备、结构、加工、性能等的综合系统研究,其显著特点是材料科学与材料技术密不可分.21世纪材料科学与技术发展的核心问题是新型先进材料的发现和发展.
7、生物技术领域——生物技术未来的发展取决于技术平台的宽度和高度,预计未来将形成几个新的生物技术平台,这些平台的建立,将使生物技术的发展令人难以预料.
8、信息技术领域——21世纪,信息技术将会出现微电子向高集成度、高速度、低功率、低成本方向发展,计算机向超高速、小型化、并行处理、智能化方向发展,通信技术向光线化、数字化、综合化、网络化方向发展.
9、太空科学技术领域——21世纪,人类将继续大规模的、深入研究太阳系,将以新的目标重返月球、深入考察火星,并主要在火星、土星六合木卫二等天体上探索地外生命现象.人类将达到太阳系边缘进行探测和研究活动.同时也不断的把目光伸向宇宙的最深处,以探明或活动星系核的能源机制、宇宙中的暗物质、反物质、黑洞的认证、宇宙结构的形成、星系起源、宇宙的起源等,并将继续艰难的探索地外文明.
10、环境保护技术领域——随着人类文明的进步,人类愈来愈关注自身及后代的生存环境.21世纪,生态环境领域将从分子到生物个体、从种群到景观,从局部时空到区域,甚至到更大尺度的大陆板块和全球着重进行解决的几大问题.
摘自《科学时报》
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中国东风5型战略导弹
该导弹采用惯性制导方式,射程8000英里,动力装置为两级自携式液体燃料火箭发动机, 战斗部装核弹头.主要任务是对敌方军事、政治、经济等重要地区实施毁灭性的打击,也是一种威慑性的武器装备.其作战过程是:本地发射穿越大气层进入外层空间,在外层空间以第一宇宙速度运行,到达敌方目标区时重返大气层进入战斗飞行状态,此时导弹上的计算机按预先输入的地标进行末级制导,通过计算各种大气物理参数,精密控制导弹的发动机的喷气方向,修正飞行误差,以使弹头准确命中目标.我国的卫星回收技术就是洲际导弹技术的和平利用.
导弹就是一种精确制导的火箭,中国古代就发明了火箭并用于军事领域.过去的火箭多采用固体燃料,即最早的黑火药.由于过去固体燃料的作用时间短,火箭飞行的大部分时间是惯性飞行,因此这对制导非常不利.在近代火箭技术上大量采用了液体燃料,这种燃料可以采用液体泵及阀门对燃烧进行量化控制,使火箭的飞行始终处于动力状态,同时制导技术也相应简单可靠.
液体燃料的加注时间比较长,且储存时间短,因此不大适于作战需要.除和平时期的卫星发射采用液体燃料火箭外,世界上几个发达国家又开始对固体燃料的量化燃烧控制进行研究.我国是少数几个掌握这项技术的国家之一.我国潜艇发射的导弹就是固体燃料的导弹,这标志着我国火箭技术的先进程度.
同学们,无论火箭采用什么燃料,其中的科学道理是一样的.那就是我们中学物理中学过的“动量守恒”原理.想一想,如果你是火箭设计师,你将采取那些方法来改进火箭的设计?也许你的想法恰恰和我们当今的科学家一样呦,只不过他们多干了几年,比你的做法更具有可行性罢了.
学好物理学,你会超过他们!!!