十三课 探索宇宙

探宇

索宙制作人：王葶！

樊雪琦前言你知道吗？在北京建国门有一个古天文台，那里保存着我国古代一些天文观测仪器，其中有一个巨大的铜球最引人注目，那就是浑天仪。这表明500多年以前，中国人就已经用一些仪器来观测太阳，月亮和星星了。

浑天仪浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑天仪浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉天文学家张衡所制的.西方的浑天仪最早由埃拉托色尼于公元前255年发明。葡萄牙国旗上画有浑仪。自马努埃一世起浑天仪成为该国之象征

浑仪整体看犹如一个圆球,然后通过可绕中心旋转的窥管观测天体.浑仪的历史悠久,有人认为西汉落下闳,鲜于妄人,耿寿昌都造过圆仪，东汉贾逵.傅安等在圆仪上加黄道环.改称“黄道铜仪”.早期结构如何已没有记载.而最早有详细结构记载的是东晋史官丞南阳孔挺在光初六年.即公元323年所造的两重环铜浑仪，这架仪器由六合仪和四游仪组成。到了唐贞观七年，即公元633年，李淳风增加了三圾仪，把两重环改为三重仪，成为一架比较完备的浑仪，称为“浑天黄道仪”。唐朝以后所造的浑仪，基本上与李淳风的浑仪相似，只是圆环或零部件有所增减而已。随着浑仪环数的增加，观测时遮蔽的天区愈

来愈多。因此，从北宋开始简化浑仪，到了元朝郭守敬则对浑仪进行彻底改革，创制出简仪。望远镜

望远镜是怎样帮助文学家提高探索宇宙能力的？科学技术怎样影响望远镜发展的？请大家举手回答一下。在探月工作中，

射电望远镜的作用？

上海65米射电望远镜于今年内基本建成后，可在四个低频波段投入工作，具备执行探月工程二期的任务及开展天文观测的能力。之后,将致力于完成四个高频波段的接收设备以及主动面调整系统的调试.望远镜系统全部建成后,将在射电天文,地球动力学和空间科学等多学科领域发挥重要作用。宇宙探测器例如：空间探测器空间探测器

spaceprobe对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器.又称深空探测器.包括月球探测器,行星和行星际探测器,探测的主要目的是了解太阳系的起源.演变和现状；通过对太阳系内的各主要行星的比较研究，进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。空间科学的发展,离不开航天器.航天器按其本身的任务可划分为两类:第一类为无人航天器,它包括人造地球卫星,月球探测器和行星际自动探测器等；第二类为载人航天器,它包括卫星式飞船,空间站,登月飞船和航天飞机等.航天器按其运行轨道也可分为两类：第一类是环绕地球运行的航天器，它包括人造地球卫星、卫星式飞船、空间站和航天飞机等；第二类是脱离地球引力飞往月球、其他行星及行星际空间的航天器，它包括登月飞船、各种行星和行星际探测器等。飞行原理空间探测器离开地球时必须获得足够大的速度（见宇宙速度）才能克服或摆脱地球引力，实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道（双切轨道）运行，就可能与目标行星相遇，或者增大速度以改变飞行轨道,可以缩短飞抵目标行星的时间.例如,美国“旅行者”2号探测器的速度比双切轨道所要求的大0.2公里/秒,到达木星的时间缩短了将近四分之一。

为了保证探测器沿双切轨道飞到与目标行星轨道相切处时目标行星恰好也运行到该处，必须选择在地球和目标行星处于某一特定相对位置的时刻发射探测器。例如飞往木星约需1000天的时间，木星探测器发射时木星应离会合点83度(相当于木星在轨道上走1000天的路程)根据一定的相对位置要求，可以从天文年历中查到相应的日期，这个有利的发射日期一般每隔一、二年才出现一次.探测器可以在绕飞行星时，利用行星引力场加速，实现连续绕飞多个行星。

技术特点

空间探测器是在人造地球卫星技术基础上发展起来的，但是与人造地球卫星比较，空间探测器在技术上有一些显著特点。控制和导航空间探测器飞离地球几十万到几亿公里，入轨时速度大小和方向稍有误差，到达目标行星时就会出现很大偏差。例如，火星探测器入轨时，速度误差1米/秒（大约是速度的万分之一），到达火星时距离偏差约10万公里。因此在漫长飞行中必须进行精确的控制和导航。飞向月球通常是靠地面测控网和空间探测器的轨道控制系统配合进行控制的(见航天器轨道控制)。行星际飞行距离遥远，无线电信号传输时间长，地面不能进行实时遥控，所以行星和行星际探测器的轨道控制系统应有自主导航能力（见星际航行导航和控制）。例如，美国“海盗”号探测器在空间飞行八亿多公里，历时11个月，进行了2000余次自主轨道调整，最后在火星表面实现软着陆，落点精度达到50公里。此外，为了保证轨道控制发动机工作姿态准确，通信天线始终对准地球，并使其他系统正常工作，探测器还具有自主姿态控制能力。通信系统

为了将大量的探测数据和图像传送给地面,必须解决低数据率极远距离的传输问题。解决方法是在探测器上采用数据压缩,抗干扰和相干接收等技术。还须尽量增大无线电发射机的发射功率和天线口径，并在地球上多处设置配有巨型抛物面天线的测控站或测量船。空间探测器上还装有计算机，以完成信息的存贮和处理电源系统太阳光的强度与到太阳距离的平方成反比,外行星远离太阳，那里的太阳光强度很弱，因此外行星探测器不能采用太阳电池电源而要使用空间核电源。

结构状况空间探测器承受十分严酷的空间环境条件,有的需要采用特殊防护结构。例如“太阳神”号探测器运行在近日点为0.309天文单位（约4600万公里）的日心轨道，所受的太阳辐射强度比人造地球卫星高一个数量级。有些空间探测器在月球或行星表面着陆或行走，需要一些特殊形式的结构，例如适用于在凹凸不平表面上行走的挠性轮等。用

途

宇宙探测器用于人类对深空的探索和研究。首先是利用航天技术的优势，更加全面地了解和认识日地空间环境，例如考察高空辐射带，宇宙射线，太阳风等对地球上生态的影响；其次，开发太阳系资源，在月球，火星上建立永久性空间基地，甚至为向这些地外星球移民创造条件；再次，通过对各大行星形成的研究，考察地球形成的历史，探索生命的起源，同时发现更多的新天体，揭开宇宙演化的奥秘，寻觅宇宙人的踪迹等等。第一个月球探测器进入太空30多年以来，人类已经有计划，有步骤地对太阳系各个天体进行了广泛考察，获得了极其丰富和宝贵的资料，加深了人们对太阳系空间的认识，甚至改变了过去长期建立起来的旧观念，并为进一步征服太阳系创造了条件。总结

总之，通过探测器的探访，对一些天文现象大都陆续寻觅到了答案，而且不断获得新的发现，在人们面前展现出一幅崭新的太阳系面貌。火箭火箭推进原理火箭推进理论是航天理论的基础之一。火箭发动机是一种推进工具，它能提供强大动力，使航天器达到所需要的宇宙速度。

它的工作是基于直接反作用运动的原理，这一原理特别有利于高速航行。那么什么是直接反作用运动呢？按照牛顿力学基本定律，两个相互作用的物体，其作用力与反作用力总是同时存在，它们的大小相等，方向相反。因此，任何一种移动，广义地说，都是反作用运动。举两个例子：一是轮船，由于船的叶轮作用在水上，水的反作用力使船前进；二是喷气式（飞机）发动机，由于发动机中的燃料燃烧，膨胀的燃气高速向后喷出，发动机便得到与燃气喷出方向相反的推力而向前运动。喷气推进属于直接反作用运动。那么什么是喷气推进呢？将物质以气体喷射的形式从被推进的物体中喷出，这种推进方式称为喷气推进。

喷气推进所喷射的物质叫做推进剂；利用喷气推进产生推力的发动机,叫做喷气发动机。运动时,相互作用的物体,一个是发动机本身,另一个是从它内部喷出的高速气流,高速气流产生的反作用力作用于发动机本身,方向与气流方向相反，这就是推力。

喷气发动机分为两大类：一是空气喷气发动机，它是利用大气来产生喷气射流的喷气发动机。例如：以大气中的氧气作为氧化剂，燃烧燃料产生燃气射流；或在核子热交换器中加热空气，然后由喷管排出；

二是火箭发动机，它是自身携带全部喷射物质的喷气发动机.例如：带有氧化剂和燃烧剂以产生燃气射流。

火箭发动机所达到的推力和速度远远超过了一般的推进方法。这种发动机不依赖周围介质条件，在空间环境也能工作，这一特点，保证了在不同飞行速度下，发动机产生的推力不受空气接受能力的影响，而是恒定的，这也使得火箭（发动机）所能达到的飞行速度比其它任何类型发动机要高得多；其次,由于是直接反作用运动,没有中间机构，在主要的喷射通道中不存在限制工作温度的运动机构，这就决定了火箭发动机的结构简单，而所产生的推力却很大。万户的故事他出身于木匠，曾在大将军班背手下效力，供职于兵器制造局。他做事勤勉，爱动脑筋，对各种兵器制造技术进行过深入的钻研，深得班背的喜爱。后来，班背因得罪朝廷权贵而被害临死前，将一本关于火箭制造技术的书籍留给了万户。根据这本书，万户造出了各种各样的火箭。在制造火箭的过程中，万户萌发了试图利用火箭进行一次飞天探险试验的念头。他设想，火箭可以产生推力，风筝可以飘在空中，如果人坐在椅子上，手持风筝，椅子下面绑上火箭，点燃火箭后，人就可以借助于火箭的推力和风筝的升力飞上天空。

万户为了将自己的设想变成现实，进行了精心的准备。等到一切准备就绪后，他就开始了飞天试验。试飞的地点选择在一座山顶上。那天来了不少人。万户坐在一张椅子上，让人把自己捆牢。他双手各持一个大风筝，准备妥当后，叫人点燃了座椅下捆绑着的当时推力最大的47支火箭。随着火箭的烈焰喷射，万户连人带椅离开山顶向前冲去……正