【特别策划】航天日里谈航天

每年的4月24日为我国的航天日,旨在宣传中国和平利用外层空间的一贯宗旨,大力弘扬航天精神,科学普及航天知识,激发全民族探索创新热情。今年的主题是“筑梦航天,合作共赢”,就让我们借此机会一起来了解一下航天领域相关的知识吧~


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谈航天

1957年10月,世界上第一颗人造地球卫星Sputnik 1在前苏联发射成功,开创了人类航天新纪元,宇宙空间开始成为人类活动的新疆域,并且将这一年定为第一个国际空间年。近半个世纪以来,航天技术已经在世界范围内取得了巨大的进展,航天技术已经广泛应用于科学活动、军事活动、国民经济和社会生活的许多部门,产生了极其重大而深远的影响。

航天是指进入、探索、开发和利用太空(即地球大气层以外的宇宙空间,又称外层空间)以及地球以外天体各种活动的总称。航天活动包括航天技术(又称空间技术),空间应用和空间科学三大部分。航天技术是指为航天活动提供技术手段和保障条件的综合性工程技术。空间应用是指利用航天技术及其开发的空间资源在科学研究、国民经济、国防建设、文化教育等领域的各种应用技术的总称。空间资源系指地球大气层以外的可为人类开发和利用的各种环境、能源与物质资源,如空间高远位置、高真空、超低温、强辐射、微重力环境、太阳能以及地球以外天体的物质资源等。


航天系统是现代典型的复杂工程大系统,具有规模庞大、系统复杂、技术密集、综合性强,以及投资大、周期长、风险大、应用广泛和社会经济效益十分可观等特点,是国家级大型工程系统。组织管理航天系统的设计、制造、试验、发射、运行和应用,要采用系统工程方法,在航天工程实践中形成了航天系统工程,进一步丰富和发展了系统工程的理论和方法。完善的航天系统是一个国家航天实力和综合国力的重要标志,目前世界上只有为数不多的国家拥有这种实力。

同样是人们经常接触的两个技术名词,航空与航天两者虽然仅一字之差,却被称为两大技术门类,这是为什么呢?

细心的读者稍加注意即可发现,航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机,航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器,最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。从航空器与航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。


具体来说:第一,飞行环境不同。所有航空器都是在稠密大气层中飞行的,其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高,它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后,要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行,其运行轨道的近地点高度至少也在100千米以上。对在运行中的航天器来讲,还要研究太空飞行环境。

第二,动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力,吸收空气中的氧气作氧化剂,本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力,既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作,而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。


第三,飞行速度不同。现代飞机最快速度也就是音速的三倍多,且是军用飞机。至于目前正在使用的客机,都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地,都是以非常高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器,其速度是音速的22倍。所有航天器正常运行时都处于失重状态,若长期载人会使人产生失重生理效应,并影响健康。正因如此,航天员与飞机驾驶员比较起来,其选拔和训练要严格得多。一般人买票即可坐飞机,而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。

第四,工作时限不同。无论是军用还是民用飞机,最大航程计约2万千米,最长飞行时间不超过一昼夜。其活动范围和工作时间都很有限,主要用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用广泛,但每次活动范围相对更小。
第五,升降方式不同。飞机的升空是从起飞线开始滑跑到离开地面,加速爬升到安全高度为止的运动过程。它返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。而至今为止的航天器发射,包括地面和海上的发射,顶部装着航天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中,运载火箭要按程序掉头转向和逐级脱离,最终将航天器送入预定轨道运行。

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向航天人物致敬

在我国多年航天发展历史上,涌现出了许多重要的人物,他们为中国的航天事业鞠躬尽瘁,倾尽了一生的汗水。是他们的努力才使得我国航天工业有了如今的成就,也让我们一起来认识认识他们吧

钱学森

钱学森(1911-2009),世界著名科学家,空气动力学家,中国载人航天奠基人,中国科学院及中国工程院院士,中国两弹一星功勋奖章获得者,被誉为“中国航天之父”


1935年9月进入美国麻省理工学院航空系学习,1936年9月获麻省理工学院航空工程硕士学位,后转入加州理工学院航空系学习,成为世界著名的大科学家冯·卡门的学生,他先后获航空工程硕士学位和航空、数学博士学位。1938年7月至1955年8月,钱学森在美国从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹等领域研究,并与导师共同完成高速空气动力学问题研究课题和建立“卡门-钱学森”公式,成为世界知名的空气动力学家。

在新中国成立后,经过了艰难的谈判和交涉,他终于在1955年得以回到中国。回国后先后担任了中国科学技术大学近代力学系主任,中国科学院力学研究所所长、第七机械工业部副部长、国防科工委副主任、中国科学技术协会主席、中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学院数理化学部委员、中国宇航学会名誉理事长等重要职务;他还兼任中国自动化学会第一、二届理事长。他为我国的航空航天事业做出了巨大的贡献,是我国航天工业的重要奠基人之一。

郭永怀

郭永怀(1909—1968),著名力学家、应用数学家、空气动力学家,中国科学院学部委员(即中国科学院院士),中国两弹一星功勋奖章获得者,中国科学技术大学化学物理系首任系主任,近代力学事业的奠基人之一。

1940年8月,郭永怀来到加拿大的多伦多大学应用数学系学习。1941年,郭永怀又赴美国加利福尼亚州立理工学院研究可压缩流体力学,和钱学森一起成为世界气体力学大师冯·卡门的弟子,于1945年完成了有关“跨声速流不连续解”的出色论文,获得了博士学位。

1949年,郭永怀为解决跨声速气体动力学的一个难题,探索开创了一种计算简便、实用性强的数学方法――奇异摄动理论,在许多学科中得到了广泛的应用,他由此驰名世界。

在面对优越的科研和生活条件与祖国需要何去何从的时候,郭永怀毅然决然拒绝了美国同事请他参加的机密研究项目,放弃了康乃尔大学的优厚待遇,携妻挈女义无反顾踏上归途。为了避免美国政府制造麻烦,他毅然将自己没有公开发表过的所有书稿统统付之一炬:在和学生们聚会的篝火旁,他掏出十几年来写成的没有公开发表的书稿,一叠一叠地丢进火里,烧成灰烬。

郭永怀1956年归国后长期从事航空航天工程研究,倡导了中国的高超声速流、电磁流体力学、爆炸力学的研究,培养了优秀力学人才。担负了国防科学研究的业务领导工作,为发展导弹、核弹与卫星事业作出了重要贡献。

1968年12月5日,郭永怀因飞机失事殉职。1999年,郭永怀被授予“两弹一星功勋奖章”,是该群体中唯一一位获得“烈士”称号的科学家。

孙泽洲

孙泽洲(1970- ),辽宁沈阳人,中国“嫦娥一号”卫星副总设计师,探月工程二期探测器系统总设计师,“嫦娥三号”探测器系统总设计师,“嫦娥四号”探测器总设计师、火星探测器总设计师。

2000年,孙泽洲被委任为资源一号02星总体副主任设计师,分管测控和载荷。2003年,他出任空间太阳望远镜背景型号副总研究师。

由于技术出众,2002年孙泽洲被组织选派参与绕月探测工程前期论证,并负责星载测控分系统论证。2004年,他就被任命为嫦娥一号卫星研制队伍的副总设计师,协助总设计师叶培建分管测控与数传、天线、机构与结构、热控、数管、供配电六个分系统的总体技术管理工作。2008年,年仅38岁的孙泽洲被任命为嫦娥三号卫星总设计师时,也是当时航天系统最年轻的总设计师。2018年12月8日,嫦娥四号探测器成功升空,开启了人类首次月球背面软着陆和巡视探测任务,其总设计师正是孙泽洲。

他曾荣获国家科技进步奖1项,国防科学技术进步奖1项,国防科学技术奖2项,入选科技部2012年中青年科技创新领军人才,中国航天科技集团公司学术技术带头人,荣获首次月球探测工程突出贡献者、中国青年五四奖章、第十一届中国青年科技奖等荣誉称号。为我国深空探测领域的发展做出了突出贡献。

随着社会的发展,航天科技作为一种新兴的技术和产业,对人类生活的影响不断增大。即便是对于普通人来说,其日常生活也都离不开航天技术。对于高速发展的中国来说,航天领域更有着非凡的意义,更需要广大青年学子热爱航天,投身航天。让我们以这些前辈为榜样,为我国的航天事业做出自己的贡献!

编辑:包朔旸

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