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美国航天

中文名
美国航天
外文名
Aerospace America
所    属
美国
领    域
航天

发展概况

发展史

1921年,戈达德转向研究液体火箭发动机并于1926年发射了世界上第一枚以液氧、汽油为推进剂的液体火箭。1936年,美国加利福尼亚理工学院的 T.von卡门等人也开始研制液体火箭。第二次世界大战结束后,美国在缴获的德国 V-2火箭的基础上开始研究大型火箭和导弹。美国陆军在 W.von布劳恩等德国专家的帮助下于1945年发射了 V-2火箭,1949年开始研制“红石”弹道导弹,1954年制定用“丘辟特” C火箭(“红石”导弹作为第一级)发射卫星的“轨道器”计划。美国海军利用V-2火箭技术研制“海盗”号探空火箭并从1949年开始飞行试验。美国空军于1954年开始研制“宇宙神”洲际弹道导弹并提出以这种导弹为基础发射卫星的方案。为了不影响弹道导弹的研制,美国决定由海军以“海盗”号探空火箭为基础研制发射卫星的“先锋”号运载火箭。1957年苏联成功发射人造卫星促使美国在执行“先锋”号计划的同时抓“轨道器”计划。1958年1月31日用“丘辟特”C火箭(改名“丘诺” 1号火箭)成功发射美国第一颗人造卫星“探险者”1号。为了加速发展航天事业,美国在1958年2月成立了国防部高级研究计划局并在同年 10月成立主管民用航天活动的美国国家航空航天局。从1961年开始实施“阿波罗”登月计划(见“阿波罗”工程),1969年7月首次把两名航天员送上月球,并安全返回地球。从1972年起美国航天活动的重点转向开发和利用近地空间并开始研制航天飞机。1982年11月航天飞机进行首次商业飞行,到1984年底已飞行14次。1984年1月美国国家航空航天局还开始研制永久性载人航天站。
在第二次世界大战中,作为德国向美国投降的航天专家,韦纳·冯·布劳恩对美国航天事业的影响:美国第一颗卫星的发射成功,以及第一艘载人飞船“阿波罗11号”登上月球作出突出贡献,而美国航天飞机的研制也是自他手中发端。

活动方向

美国的航天活动包括军用和民用两个部分,分别由国防部和国家航空航天局负责。国防部和国家航空航天局均有独立的科研和试验机构、发射基地和测控系统,并与政府其他部门、高等院校和私营企业广泛协作。美国主要的航天器发射场是空军东靶场、西靶场和国家航空航天局的肯尼迪航天中心(图1 )。从1958年到1984年底,美国使用了 8种运载火箭:“先锋”号、“丘诺”号、“红石”号、“雷神”号、“宇宙神”号、“侦察兵”号、“大力神”号(见“大力神”号运载火箭)、“土星”号(见“土星”号运载火箭)和航天飞机,共发射了1019个航天器,居世界第二位,耗资约1700亿美元。

人造卫星应用


种类

人造卫星 人造卫星
 从1958年至1984年底,美国共发射人造地球卫星  923颗,包括科学卫星、技术试验卫星和应用卫星,其中应用卫星约占80%。科学卫星主要用于研究地球大气、重力场和磁场特性,探测太阳辐射和活动情况,测量宇宙射线和微流星,为研制应用卫星、载人飞船和导弹提供资料。科学卫星系列有“探险者”号卫星、“先锋”号卫星、“轨道地球物理台”、“轨道太阳观测台”、“高能天文台”等20多个。技术试验卫星系列有“应用技术卫星”、“生物卫星”等。应用卫星直接为军事、国民经济服务。60年代初和以后,相继发射了侦察卫星、气象卫星、导航卫星和测地卫星。1964年 8月19日发射了世界第一颗地球静止轨道试验通信卫星,使卫星通信进入实用阶段。从70年代起,预警卫星、地球资源卫星相继投入使用。到80年代,在继续改进原有几种应用卫星的同时,又发射了广播卫星、跟踪和数据中继卫星等。

应用卫星发展

美国的应用卫星发展很快,返回型照相侦察卫星的工作寿命由几天提高到几个月,地面分辨率为0.3米左右。传输型照相侦察卫星的工作寿命长达3年,地面分辨率为 3米左右。“子午仪”号导航卫星的定位精度达到20~50米。通信卫星容量达 12000多条双向话路,寿命7~10年。美国在发展各类军用卫星的同时也重视反卫星武器的研制。在60~70年代中期,主要研究和试验了反卫星导弹。从70年代中期开始研制和试验反卫星激光武器和粒子束武器。

载人航天


发展

美国航天飞机 美国航天飞机
 从 1960年至1984年底美国先后实现了5项载人航天计划,完成46次载人航天,耗费约500亿美元。1959年 4月,美国国家航空航天局选拔了第一批航天员,在兰利研究中心开始训练。1961年5月美国第一名航天员A.B.谢泼德乘“水星”号飞船首次完成轨道飞行。1961年9月组建约翰逊航天中心,它的任务是设计和制造载人飞船,选拔和训练航天员。60年代实现了“水星”计划(见“水星”号飞船)、“双子星座”计划(见“双子星座”号飞船)和“阿波罗”工程。通过前两项计划解决了载人上天和返回的问题,试验了飞船的轨道机动、交会、对接和航天员出舱活动等技术,为实施“阿波罗”工程奠定了基础。1969年7月至1972年12月,先后有6艘“阿波罗”号飞船完成了月球航行,12名航天员在月面上进行了科学考察,带回了月球土壤和岩石标本368公斤。“阿波罗”工程耗资约255亿美元,后因实用价值有限而削减经费,减少了飞行次数,提前结束了计划。70年代美国重点实行两项计划:“天空实验室”计划和航天飞机工程。“天空实验室”(图2 )利用“土星” 5号火箭第三级壳体改装成为一艘试验性航天站。1973~1974年间以它作为空间活动基地,先后有3批航天员乘“阿波罗”号飞船上去工作,开展了生物学、天文学、地球资源勘测和生产工艺方面的实验。航天飞机于1972年开始研制,1981年4月首次试验,1982年11月投入使用。此外,美国于1975年7月与苏联合作进行“阿波罗-联盟”号对接飞行活动。

事故

1. 在美国载人航天活动中曾发生过一起严重事故:1967年1月 29日,一艘“阿波罗”号飞船在肯尼迪航天中心进行地面试验时失火,三名航天员丧生。
2. 1986年1月28日是寒冷的一天,在美国佛罗里达的卡那维拉尔角,比天气更让人心寒的是挑战者号航天飞机发生的悲剧。
这天早晨,成千上万名参观者聚集到肯尼迪航天中心,等待一睹挑战者号腾飞的壮观景象。上午11时38分,耸立在发射架上的挑战者号点火升空,直飞天穹,看台上一片欢腾。但航天飞机飞到73秒时,空中突然传来一声闷响,只见挑战者号顷刻之间爆裂成一团桔红色火球,碎片拖着火焰和白烟四散飘飞,坠落到大西洋。挑战者号发生爆炸,全世界为之震惊。
7名宇航员在这次事故中罹难,包括两名女宇航员。其中特别引人注目的是第一次以平民身份参加太空飞行的女教师麦考利夫。原计划她将在太空给她的学生进行现场授课,不幸的是麦考利夫壮志未酬,献出了宝贵的生命。根据调查这一事故的总统委员会的报告,爆炸是一个O型封环失效所致。这个封环位于右侧固体火箭推进器的两个低层部件之间。失效的封环使炽热的气体点燃了外部燃料罐中的燃料。O型封环会在低温下失效,尽管在发射前夕有些工程师警告不要在冷天发射,但是由于发射已被推迟了5次,所以警告未能引起重视。
挑战者号飞机是肯尼迪航天中心的第二架航天飞机。它以航行于大西洋和太平洋上的英国研究船挑战者号而命名。也许有人还记得阿波罗17号登月舱也叫挑战者号。就像它的前辈一样,航天飞机挑战者号也为人类的航天事业做出了巨大贡献。
1982年7月,挑战者号航天飞机成为美国可再度使用的带冀航天器,共成功完成了九次航天飞行任务。1986年1月28日美国的挑战者号航天飞机乘载七名宇航员,进行航天飞机的第10次飞行。在挑战者号十次的飞行任务中,共绕轨道飞行987次,太空停留时间累积69天。
挑战者号的失事曾使美国的航天事业受到沉重打击,航天飞机在以后的3年中停止了飞行。但是,在总结了挑战者号的教训之后,人类对太空的探测仍在继续。从航天飞机恢复飞行至今,已执行了76次飞行任务,包括组建国际空间站。挑战者号的宇航员是人类航天事业的先驱。
参加这次航天飞机的宇航员一共有七人。他们是:机长弗朗西斯·斯科比,四十六岁;驾驶员迈克尔·史密斯,四十岁;宇航员朱迪恩·雷斯尼克,三十六岁;罗纳德·麦克奈尔,三十五岁;埃利森,鬼冢,三十九岁;格里高利·杰维斯,四十一岁;女教师克里斯塔·麦考利夫,三十七岁。
3.美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷,是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调查报告称,外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机热保护系统,是导致事故发生的主要原因。
事故发生后,由于无法迅速找回事发时的泡沫材料和燃料箱进行检验,宇航局和事故调查委员会一直没对事故原因作出最终定论。目前,“哥伦比亚”号外部燃料箱约50万块碎片已被找到并重新拼在一起。宇航局负责“哥伦比亚”号外部燃料箱工程的首席工程师尼尔·奥特说,宇航局经多次试验确定,泡沫材料安装过程有缺陷是造成事故的主要原因。
奥特说,泡沫材料本身的化学成分没有问题,问题在于用喷枪在燃料箱外敷设泡沫材料的过程。试验表明,目前的敷设工艺会在各块泡沫材料之间留下缝隙,液态氢能够渗入其间。航天飞机起飞后,氢气受热膨胀,最终导致大块泡沫材料脱落。撞击“哥伦比亚”号的泡沫材料有手提箱大小,重约0.75公斤。它几乎是被整块“撕下”后,高速撞击到航天飞机左翼前缘的热保护系统,并形成裂隙。航天飞机重返大气层时,超高温气体得以从裂隙处进入“哥伦比亚”号机体,造成航天飞机解体。
奥特说,根据新标准对燃料箱进行检测是目前摆在美国宇航局面前的最大障碍。新标准要求,不允许有0.5盎司(14.17克)以上的燃料箱外泡沫材料脱落。美国宇航局目前准备对所有航天飞机的11个燃料箱进行检测,检查每个燃料箱需要4千万美元。

深空探测


深空探测 深空探测
美国深空探测的目标是考察太阳系内的天体和行星际空间环境,重点是月球和火星,其次是金星、水星、木星和土星。1958~1968年间先后用“先驱者”号探测器、“徘徊者”号探测器、“勘测者”号探测器和“月球轨道环行器”等考察了月球,包括拍摄月面照片和分析月球土壤,为实现载人登月提供了科学资料。火星探测器主要有“水手”4号、“水手”6号、“水手”7号和“水手”9号(见“水手”号探测器)(图3 )以及“海盗”1号和“海盗”2号(见“海盗”号探测器)。1971年发射的“水手” 9号进入火星轨道,拍摄了火星表面照片,探测了火星大气层的压力、温度和磁场。1975年8月20月和9月9日发射的“海盗”1号和“海盗”2号先后于1976年7月 20日和9月4日在火星表面软着陆,对土壤进行了取样分析,未发现火星存在生命的迹象。1962年发射的“水手”2号和 1967年发射的“水手”5号先后在离金星35000公里和7600公里处掠过,测量了金星的大气密度和表面温度。1972年3月2日和1973年4月5日发射的“先驱者”10号和“先驱者”11号分别于1973年12月和1974年12月掠过木星,探测了木星的辐射带和大气层,拍摄了木星极区的照片。“先驱者”10号约于1986年10月穿过冥王星的平均轨道,成为飞离太阳系的第一个航天器。1977年发射的“旅行者”1号和“旅行者”2号(见“旅行者”号探测器)于1979年飞临木星,首次临近观测了木星环、大红斑和3颗木星卫星。然后又于1980年和1981年先后飞近土星,拍摄了土星的照片,提供了关于土星环结构的新资料并发现了土星的新卫星。

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