飞天“神舟”

1999年 1 1月 2 0日凌晨 ,在我国酒泉的卫星发射场上 ,著名的长征火箭托载着我国第一艘载人试验飞船“神舟”号腾空而起 ,并准确进入预定轨道。当日 1 8时 ,地面控制中心向已围绕地球运行了 1 4圈的“神舟”号发出了返回指令 ,飞船开始返回。 2 1日凌晨 ,“神舟”号按照预先的计划 ,稳稳地落在预定地点。这是我国第一次实施载人飞行试验 ,使我国成为继美、俄之后世界掌握载人航天技术的第三个国家 ,是我国航天史上又一里程碑。载人航天是人类驾驶和乘坐航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动。其目的在于把…     

北斗卫星导航系统发展与创新北大核心CSCD

北斗卫星导航系统是我国自主规划、设计、建设与应用的高技术项目的一面旗帜。2020年6月23日,北斗系统最后一颗组网卫星发射成功。7月31日,总书记习近平出席北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式,并宣布正式开通。本文梳理了中国卫星导航的发展历程,分析了自主卫星导航系统决策的背景、北斗系统各阶段建设过程中体现的特点,重点探讨了北斗系统“三步走”发展战略的形成过程及创新之处。在简述北斗系统建设过程后,对北斗系统发展中体现的工程与技术创新进行初步探讨。     

"神舟5号"载人航天决策经过

率领中国载人航天工程代表团在美国访问的中国载人航天工程常务副总指挥胡世祥,在纽约向侨胞兜出“家底”,细述了“神舟5号”如何能带着杨利伟飞向太空的决策经过。三起三落早在1965年左右中国酝酿发射第一颗人造地球卫星时,就在想发射一艘飞船,连名字都起好了叫“曙光1号”,而且在西昌卫星发射中心选定了一个飞船发射场。当时,衡量了一下综合国力和技术储备,觉得还不行,所以在1968年左右工程下马。第二次启动是在1985年考虑“七五规划”的时候,讨论是上航空母舰、航天飞机还是载人飞船?讨论结果认为,当时还是一个卫星应用和应用卫星的时代,…     

大行星的卫星的命名

以17世纪意大利/法国的天文学家卡西尼(G.D.Cassini,1626～1712)命名的行星际探测器“卡西尼”于1997年发射升空后,经过7年的长途跋涉,到2004年6月下旬飞临土星外围天区,向地球发送一幅从2 000千米距离处拍摄的一个土星最外围的卫星的图像。对这个卫星的称谓,我国的媒体有的称其为“菲比”(Phoebe),有的则称之为“土卫九”。为什么一个天体有两个名字？如果两个全对,哪个是我国的规范名称？“卡西尼”探测器按计划将于2004年12月末向土星的最大卫星投下“惠更斯”着陆器。这个大卫星有的称它“泰坦”(Titan),又有的称为“土卫六”。哪个是规范称谓？自从1610年伽利略用手制天文望远镜发现木星的4个卫星之后,到20世纪60年代的350年间,天文学家用地基望远镜共发现了除月球之外的太阳系行星的32个天然卫星,它们是2个火卫、12个木卫、11个土卫、5个天卫和2个海卫。20世纪70年代起开始了行星际空间探测的新时代。在最近30多年内,空间望远镜和大型地基望远镜相继发现了许多前所未知的直径不大的小卫星,到2004年上半年,已发现的总数达135个,翻了几番。它们是2个火卫、63个木卫、31个土卫、27个天卫、11个海卫和1个冥卫。可以说,空间探测的成就是空前的。宇宙中有形形色色的天体,在太阳系中有行星、小行星、卫星、彗星、流星雨,在银河系内还有恒星、变星、双星、聚星、星团、星云、射电源、X射线源,在大宇宙中有星系、星系群、星系团和多种类型的河外天体。所有的天体都有名称,有的是专名,例如,织女、大角、天津四、武仙大星团、仙女星系;有的则是星表的编号,例如,NGC 5194、M 82、3C273。天文学家是如何给行星的卫星取名呢？得先从行星的得名说起。人类文明之初,已确知夜空有5个亮星,与其他满天相对位置似乎永恒不变的星辰不同,它们在天穹上的群星中穿行,虽然移动有的快些,有的慢些,但位置总是在变。观星者遂称之为“行星”。西方文明以古代神话中的神灵分别称为“爱情之神”(Venus)、“大神”(Jupiter)、“信使之神”(Mercury)、“战神”(Mars) 和“农神”(Saturn)。我国最早的取名是“启明”和“长庚”、“岁星”、“辰星”、“荧惑”和“填星”。时至西汉改按五行之说命名,即金星、木星、水星、火星和土星。随后,一直沿用至今。17世纪伽利略首先观察到4个木星卫星,之后就依照行星的传统取名沿革,用罗马神话中与大神朱比特关系密切的女性神灵之名,称呼它们。从木星向外,依次是：伊欧(Io)、欧罗芭(Europa)、甘妮梅迪(Ganymede)和卡丽丝托(Callisto)。1655年 荷兰天文学家惠更斯(Ch.Huygens ,1629～1695)发现了土星的一个很大的卫星,遂也按前例,以农神萨特恩的亲随力士泰坦(Titan)为名。在1671～1684年之间,卡西尼又陆续发现了土星的4个卫星,也按先后顺序为它们冠以与农神关系密切的神灵之名：亚培土斯(Iapetus)、雷阿(Rhea)、特图斯(Tethys)和戴欧娜(Dione)。在随后的一百多年内,随着天文望远镜的优化,到1851年,在卫星世界又增添了新发现的3个土卫、4个天卫和1个海卫。它们仍沿古例,均以所从属的行星之神相关的神灵为名。1851年,英国传教士A.Wylie将英国天文学家赫歇尔(J.Herschel,1792～1871)的名著《天文学纲要》的最新版引进中国。清代学者李善兰(1811～1882)翻译此书,将中译本定名为《谈天》。在讲述行星的卫星的章节,不可避免地要涉及许多西方神话中的神灵之名。李善兰深深感到,在译文中,行星之名用的是中国传统固有的金、木、水、火、土,而它们的卫星的称谓却是神话中的神灵,无论是音译,还是意译,都十分不协调。再者,国人大都不认知西方神话故事,更不熟悉神话中神灵的大名和身世,这岂不给读者增添困惑。李善兰得悉,就在当时天文界又建立了另一种卫星命名法：用行星西文的第一个字母,加上一个罗马大写数码。该数码或表示与行星的距离远近,或表示发现的先后顺序。例如：JⅡ——木星第二个卫星SⅥ——土星第六个卫星UⅢ——天王星第三个卫星NⅠ——海王星第一个卫星李善兰遂采用这一新问世的命名法,将行星缩写汉化为木月、土月、天王月、海王月等,还将罗马数码也汉化为一、二、三、四等。这真是天文学家兼译者的大手笔,既科学又符合国情。李善兰用“月”表示行星的卫星,也就向读者指出卫星乃是和月球同一层次的天体。于是《谈天》中就有李善兰创造出的新天文术语木月二、土月六、天王月三、海王月一等等。20世纪20年代中国天文学会下属的天文学名词审查委员会传承了李善兰的汉语行星卫星的命名法,并将“月”改成“卫”。此后,在中国问世的天文书刊就有如木卫二、土卫六、天王卫三、海王卫一等的规范卫星名称。1952年新中国的文化教育委员会学术名词统一工作委员会于1952年公布的《天文学名词》的副编中更刊出西文和中文对照的卫星名称表,入载当时已发现的22个太阳系天然卫星,继续传承李善兰和中国天文学会的行星卫星命名法。全国科学技术名词审定委员会于1983年组建天文学名词审定委员会。在公布的规范的《天文学名词》(1987)第一版的副表中刊载了已知的43个天然卫星的汉文名和对应的国际通用名,继续遵循中国传统的卫星命名法。修订之处是将之前的天王卫、海王卫和冥王卫分别改为天卫、海卫和冥卫。21世纪初,《天文学名词》第二版问世。在天然卫星副表内刊出62个卫星的规范名称。规范的行星卫星汉文名命名法的优越和方便之处有：一、从文字中就明确显示卫星所从属的行星,如火卫、土卫、冥卫。而对于西方神话精灵身世知之不详的读者,也包括西方天文学家和读者在内,则很难准确无误地指出如Thebe、Pandora、Desdemona、Galatea ,它们究竟是哪一个行星的卫星。二、根据卫星的编号,可以有效地得知发现的先后排序。例如木卫十四的发现时间肯定早于木卫二十七。而神话人物的名字并不含有与发现时间的先后有关的信息,即便熟知西方神话的人事,也难以判断木星的卫星Metis 和Erinome ,哪一个发现在前。三、按照卫星的编号,还能有效判定卫星的相对大小,例如,可以肯定土卫二十四要比土卫九小得多,也暗得多。而神话人物的命名则完全没有卫星大小和明暗的内涵。希望我国的传媒能品味清代学者李善兰首先倡导的行星卫星命名法的优越性,继承并推广发扬它。     

10大航天发射基地

肯尼迪航天中心成立于1962年7月,是美国宇航局进行航天器测试发射最重要的场所,特别在载人航天器方面是美国独一无二的。场区总面积560多平方公里,有14个发射区,其中多数已停止使用或拆除,梅里特岛北端有为著名的“阿波罗”登月计划建造的39号发射场及其工业区,后改建为美国航天飞机的发射场,是观看壮丽的航天飞机起飞的最佳场所。在肯尼迪航天中心发射过“双子星座”号、“阿波罗”号飞船以及“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“奋进”号和“阿特兰蒂斯”号航天飞机。西部航天导弹试验中心成立于1964年5月,曾是空军试验靶场,1979…     

载人航天器及其环境控制与生命保障系统

自从 1 96 1年 4月 1 2日前苏联航天员加加林乘坐“东方”号载人飞船进入太空以来 ,载人航天 (mannedspaceflight)已经 4 2年有余了。其间 ,载人航天器 (mannedspacecraft)有了重大发展 ,而载人航天器乘员舱 (crewmodule)的环境控制与生命保障系统 (environ mentcontrolandlifesupportsystem ;ECLSS)也与时俱进 ,有了很大改进。　　一、载人航天器能在地球大气层以外的宇宙空间运行的各类飞行器称为航天器 (spacecraft)。航天器又可分为无人航天器 (如各种人造卫星及太空探测器等 )和载人航天器两种。从目前发展情况来看 ,载人航天器只有…     

基于3G基本参数特征的GEO卫星移动通信试验平台设计

针对卫星移动通信发展的迫切需求,开展基于3G及其兼容技术的卫星移动通信系统技术先期研究,设计实现基于3G基本参数特征的GEO卫星移动通信试验平台,开展基于“北斗”系统冗余资源的AMR语音通信试验,为我国研制自主卫星移动通信系统提供前期科学试验数据。     

漫话航天器命名

在太空基本上按照天体力学规律运行，具有一定功能并执行一定任务的飞行器，称为航天器。航天器包括人造卫星、载人航天器(载人飞船、空间站和航天飞机)和空间探测器(月球探测器、行星探测器等)三大类。航天器的名字通常由两三个字组成，却往往包含丰富的文化蕴涵，可从一个侧面映射出某种民族传统和特色。     

科技不断发展,名词工作无止境——访中国科学院院士席泽宗

2007年8月17日,是值得中国科学史界铭记的日子。这一天,在北京举行了中国科学院自然科学史研究所建所50周年庆祝会暨“席泽宗星”命名仪式。国家天文台副台长刘晓群在命名仪式上宣读了命名证书:“中国科学院国家天文台施密特CCD小行星项目组于1997年6月9日发现的小行星1997LF4,获得国际永久编号第85472号,经国际天文学联合会小天体命名委员会批准,由国际天文学联合会《小行星通报》第59277号通知国际社会,正式命名为:席泽宗星。”刘晓群还说:“‘席泽宗星’发现之日恰逢席先生七十寿辰,因此这一命名格外具有纪念意义。”这颗小行星被命名…     

蓄势待发的神舟号载人飞船

我国定于2003年第4季度发射第1艘载人飞船——神舟5号,它将在全球产生巨大影响,使我国成为世界第3个发射自主研制开发载人航天器的国家。一、 我国载人航天为什么要从飞船起步载人航天是当今高技术中最具挑战性的领域,体现了一个国家的综合国力和整体科技水平。随着我国国民经济和科学技术的不断发展,1992年1月,党中央批准研制载人飞船工程。自此,我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日我国成功发射了自行研制的第1艘飞船神舟1号,成为世界上第3个发射宇宙飞船的国家。此后,又分别把神舟2、3、4号送上九重天。那么,至今,人类已研制出宇宙飞船、航天飞机和太空站3种航天器,我国为什么要从载人飞船起步呢？在1992年开始研制载人飞船之前,我国“863”高技术航天领域的专家们曾为这个问题进行了几年的研究,对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析,甚至激烈的争论过。最后,根据我国的国情和国力,决定从飞船起步,并起了一个有中国特色而且非常动听的名字——神舟号。同时,考虑到我国在运载火箭和返回式卫星方面已拥有相当坚实的技术基础和丰富的研制经验,以及有可能借鉴国外研制载人飞船的经验,所以,我国飞船的起点非常高,一开始就瞄准了当代最先进的第3代飞船——3舱式载人飞船。二、 先进的神舟号载人飞船神舟号飞船由轨道舱(也叫工作舱)、返回舱(又称座舱)、推进舱(或叫服务舱、设备舱、仪器舱)和1个过渡段组成。轨道舱位于返回舱前面,这是为了增加航天员的活动空间。它里面装有多种试验设备和实验仪器,可进行对地观测。其两侧装有可收放的大型太阳能电池翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接机构。返回舱位于飞船中部,是载人飞船发射和返回过程中航天员乘坐的舱段,也是飞船的控制中心,因而必不可少。它不仅和其他舱段一样要承受起飞、上升和轨道运行段的各种应力和飞行环境,而且还要经受返回时再入大气层阶段的减速过载和气动加热。舱内设置了可供3名航天员斜躺的座椅,座椅前下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜,还装有照明灯和通信设备等必需的设备。其为密闭结构,前端有舱门,供航天员进出轨道舱使用。推进舱紧接在返回舱后面,通常安装推进系统、电源、气瓶和水箱等设备,起保障和服务作用,即为飞船提供动力,进行姿态控制、变轨和制动,并为航天员提供氧气和水。推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池翼。过渡段在飞船顶部,用于与其他航天器对接或空间探测。飞船顶部还有1个高8米的逃逸救生塔,它装有10台发动机。在发射飞船的火箭起飞前900秒到起飞后160秒期间(0～110千米),如发生故障,它能拽着返回舱和轨道舱与火箭分离,并落到安全地带,使船上的航天员转危为安。神舟号飞船返回时,返回舱落到地面,推进舱被抛弃,而轨道舱则留轨工作半年。这是我国飞船与众不同之处。国外的做法是：航天员返回后,飞船的轨道舱就废弃在轨道上了。我国的神舟号飞船却具有“留轨利用”的功能。留在轨道上的轨道舱由太阳能电池翼继续供电,舱内的仪器设备能在无人值守的情况下,像卫星一样自主地工作半年左右,因此能充分发挥飞船的“余热”。三、 载人航天的7大系统进行载人航天仅有载人飞船是远远不够的。载人飞船的发射、运行和返回,离不开运载火箭、航天员选拔与训练、载人航天发射场、航天测控网和返回着陆场等系统的支持与保障。所以,我国载人飞船工程是由载人飞船系统、运载火箭系统、航天员系统、应用系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统7个系统组成。运载火箭的可靠性是影响航天员安全最主要的因素。载人航天用的运载火箭除了要有足够大的推力外,还必须保证高可靠性。发射我国神舟号飞船的长征-2F火箭能把飞船送入200～450千米高的轨道。其上增加了故障检测系统和逃逸救生系统。火箭飞行的可靠性达97%,航天员的安全性达99.7%。航天员系统具有较大的特殊性,这是一个以航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统,涉及到航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。航天员系统一般包括航天员的选拔与训练、航天员的医学监督与保障、航天环境医学、航天工效学、航天员个人装备、航天员的营养与食品、航天员选训中心等。应用系统的主要任务是利用载人飞船的空间实验支持能力,开展对地观测、环境监测,进行材料科学、生命科学、空间天文学和流体科学等实验。载人飞船的发射场在选址时,除应具有发射其他航天器的条件之外,还必须更多考虑人的安全问题,如雷电天气较少,有较好的空中和地面电磁环境;火箭的发射方向上近百千米范围内最好没有高山密林和较集中的居民点等。当航天员乘坐飞船在太空飞行时,还需要强大的地面支持,靠测控通信系统保持天地之间的经常性联系。我国的载人航天测控网包括北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、海上测控船以及连接它们的通信网,其技术达到了世界先进水平。西安测控中心、各地的测控台站和测控船在北京航天指挥控制中心的指挥调度下,可保证神舟号在上升段的测控通信覆盖率达到100%,并能完成在轨运行和返回阶段的重点弧段的测控通信。载人飞行必需建设可供返回用的着陆场。由于飞船使用降落伞回收,所以着陆场的要求不像机场那样高。其主要任务是完成飞船着陆前后的测量通信、飞船着陆后的搜索回收、营救航天员和对舱内的有效载荷进行处置。着陆场要有足够大的面积以适应较大落点偏差的情况。我国根据国情和飞船运行轨道特点,在内蒙古草原上建造了主着陆场,并备有酒泉副着陆场,还设立了若干陆上应急救生区和海上应急救生区,以防备出现各种特殊情况,保证飞船安全着陆和顺利回收。四、 4艘飞船步步高至今,中国已成功发射了4艘神舟号试验飞船。神舟1号首次采用了“三垂”新模式,即在厂房完成对飞船、火箭联合体进行的垂直总装和测试,然后将其整体垂直运至发射场,最后进行垂直测试与发射。中国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网,也在这次发射试验中首次投入使用。与神舟1号试验飞船相比,神舟2号飞船的系统结构有了新的扩展,技术性能有了新的提高,飞船技术状态与载人飞船基本一致。神舟2号首次在飞船上进行了空间天文和空间物理及微重力环境下的空间生命科学和空间材料等领域的实验。神舟3号的飞船技术状态与载人状态完全一致,提高了载人航天的安全性和可靠性。飞船上装有能模拟人体代谢和人生理信号等的“模拟人”,它能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数,这也是我国一个创新。神舟3号还增加了逃逸与应急救生功能。在飞船的待发和上升段,一旦出现危及航天员生命的情况,可以由地面或飞船发出指令,把装载航天员的舱体与火箭分离开来,让航天员得以逃生。神舟4号飞行试验是无人状态下考核最全面的一次。在充分继承前3艘无人飞船成熟技术的基础上,这艘飞船增加了人工控制和在轨自主应急返回等多项功能。科技人员共设计了8种救生模式,以确保飞船发射后的不同阶段若出现意外都能保证航天员安全返回地面。神舟4号飞船搭载了两个穿航天服的“模拟人”,旨在对船内环境控制与生命保障系统进行更全面考核,以便对获得的大量数据进行分析,进一步验证船内载人的安全性、可靠性,为中国今后真正实施载人飞行奠定基础。以“模拟人”这种无生命载荷取代动物,在飞船内模拟、检验飞船载人状态,这是中国科学家在世界上的首创。在飞行中,载人航天应用系统、航天员系统、飞船环境控制与生命保障分系统全面参加了试验,先后在太空进行了对地观测、材料科学、生命科学试验及空间天文和空间环境探测等研究项目;预备航天员在发射前也进入飞船进行了实际体验。飞船在轨飞行期间,船上各种仪器设备性能稳定,工作正常,取得了大量宝贵的飞行试验数据和科学资料。我国已经成功发射的4艘“神舟”飞船,基本上都是在相对较为寒冷的季节发射升空的。这种情况不是巧合,主要原因如下：航天发射是一项庞大的系统工程,飞船上天后,要由航天测控网对飞船实施测控管理和回收。这个测控网由多个国内测控站、国外测控站和我国的4艘远望号远洋航天测量船组成。在对飞船实施测控的过程中,远望1、2、3和4号远洋航天测量船同时分布在太平洋、印度洋和大西洋的指定海域,除了远望1号外,其他3艘测量船的任务海域都在纬度相对较高的南半球。那里的海况在南半球的春夏季节要好一些,秋冬季节则极为恶劣,尤其是在冬季,不要说在海上执行航天测控任务,就是正常航行都难保安全。为此,“神舟”飞船的发射要尽量避免安排在南半球的冬季。五、 新船更上一层楼中国已经基本建成高安全、高可靠载人航天研制试验体系,神舟5号飞船各项准备工作进展顺利,飞船已完成总装总测阶段,搭载的科研设备都通过验收,现正整装待发。中国的载人航天梦想即将实现。据悉,神舟5号拟在白天发射。以往神舟号飞船的发射时间一般在凌晨和子夜,其最重要的原因是便于飞船发射升空时,地面的光学跟踪测量仪易于捕捉到目标。而神舟5号将在白天发射主要是考虑到白天温度将有利于发射人员工作,也易于在意外情况发生时,充分保障航天员的人身安全。神舟5号与神舟4号基本相似,所不同的是神舟5号的头部是圆柱体,而神舟4号的头部是半球体;神舟5号舱内比较空,为的是尽可能给航天员留出空间,神舟4号里面则装满了实验仪器和物品。实现载人飞行,确保航天员安全是关键。针对航天员的安全问题,神舟5号总设计师戚发轫院士说,中国有信心保证航天员的安全。他说：“我们在设计飞船时有一个原则,就是飞船的每一个系统要做到‘一次故障,正常飞行;二次故障,安全返回’。换句话说,当一个系统第一次出现故障时,要做到飞船能正常运行,出现第二次故障时,能保证航天员安全返回。”神舟5号飞船认真汲取前4艘飞船的研制经验,在诸多关键技术方面又进了一步,安全性、可靠性万无一失。比如,轨道舱和返回舱连接处需要多个螺栓来加固,但当两个舱在太空分离时,螺栓需要立即“松绑”,也就是“连要连得可靠,断要断得干脆”。这就是舱段之间的连锁技术。通过前几次上天测试,这项技术将在神舟5号得到升华。此外,像飞船如何进行空中姿态调整,穿过稠密大气层时如何不被烧蚀,如何利用空气作用安全着陆等技术环节,在总结以往经验的基础上都一一得到完善。六、 中国载人航天的“三步走”战略中国载人航天将实施“三步走”的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上,即将实现载人飞船的历史性突破,然而这只是第一步。第二步是除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外,重点要完成出舱活动、太空交会对接试验和发射长期自主飞行、长期有人照料的空间实验室,尽早建成中国完整配套的空间工程大系统,解决中国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的太空站。因此,未来几年中国将突破以飞船交会对接、空间实验室、卫星组网和月球探测等为代表的一批航天关键技术。这批关键技术的突破,不仅为实现载人航天,还将为中国今后进行深空探测、和平利用外层空间做准备。