《航天技术概述》课件

航天技术概述航天技术代表人类探索宇宙的最高科技成就，是现代科学技术的集大成者从运载火箭到空间站，从卫星导航到深空探测，航天技术正在深刻改变着人类的生活方式和认知边界本课程将全面介绍航天科学与技术的基础知识、发展历程、前沿技术、实际应用以及未来展望，带领大家走进这个充满挑战与机遇的科技领域什么是航天技术？核心定义技术特征航天技术是指在宇宙空间涉及飞行器脱离地球大气进行探索、应用与发展的层，进入太空环境进行各一系列高新技术体系种科学研究和实际应用技术范畴包括推进技术、空间环境适应技术、遥测遥控技术等多个技术领域航天技术分类运载火箭技术负责将航天器送入预定轨道的推进系统，是航天活动的基础设施，决定了航天任务的成败卫星与空间飞行器包括各类人造卫星、载人飞船、空间站等在轨运行的航天器系统空间科学技术利用空间特殊环境进行科学实验和研究的相关技术体系地面支持系统包括发射场、测控站、数据处理中心等地面配套设施和技术基本航天器类型人造地球卫星宇宙飞船空间探测器环绕地球运行的载人航天器的主用于探索月球、各类卫星，包括要形式，具备生行星和深空的无通信卫星、导航命保障系统，能人航天器，具备卫星、遥感卫星够搭载航天员进科学仪器和数据等，是应用最广行短期或长期太传输能力泛的航天器类型空飞行任务空间站长期在轨运行的大型载人航天器，为科学实验和技术验证提供平台主要运载工具化学燃料火箭新型推进技术目前航天发射的主力工具，采用液体或固体化学推进剂，具电推进技术以其高比冲特性在深空探测中发挥重要作用，虽有推力大、技术成熟的特点液体火箭发动机可控性好，固然推力较小但燃料效率极高体火箭发动机结构简单可靠高超声速飞行器代表未来空天往返的发展方向，有望实现更现役的长征系列、系列等都属于化学火箭，承担了绝经济便捷的太空运输falcon大部分航天发射任务太空与大气层的界限地面至公里10对流层，包含大部分大气质量，天气现象主要发生在此层公里10-50平流层，臭氧层所在区域，商用飞机飞行高度公里卡门线100国际公认的太空边界，空气稀薄到无法支持常规飞行公里以上100外太空区域，航天器可以稳定轨道运行航天发展简史全球年1957苏联发射斯普特尼克号，人类航天时代开启1年1961加加林完成首次载人航天飞行，证明人类可以在太空生存年1969阿波罗号成功登月，人类首次踏上地球以外的天体11年1998国际空间站开始建设，开启国际合作新篇章航天发展简史中国全面突破（2000年至今）快速发展（1980-2000年）载人航天、探月工程、火星探测等重大工程起步阶段（1970年）载人航天工程启动，长征系列火箭技术不断相继实施，中国航天实现了从跟跑到并跑再东方红一号卫星成功发射，中国成为世界第成熟，为后续的载人航天和深空探测奠定了到部分领跑的历史性跨越五个独立发射卫星的国家，标志着中国航天坚实的技术基础事业的正式开始这颗卫星的成功发射，打破了超级大国的技术垄断中国航天主要里程碑

（一）年月日《东方红》乐曲1970424东方红一号发射成功的历史时刻卫星播放的乐曲响彻全球第五个航天国家技术突破中国成为继苏美法日后第五个发射卫星掌握了卫星和运载火箭的关键技术的国家中国航天主要里程碑

（二）神舟五号载人首飞年杨利伟首次载人航天成功2003神舟一号试验2年无人飞船技术验证1999载人航天工程年正式启动三步走战略1992中国航天主要里程碑

（三）年年20032005神舟五号神舟六号杨利伟首次载人航天飞行费俊龙、聂海胜多人多天飞行年年20082012神舟七号神舟九号翟志刚完成中国首次太空行走刘洋成为中国首位女航天员探月工程嫦娥五号1年实现月面采样返回2020嫦娥四号年首次月背软着陆2019嫦娥三号年月面软着陆成功2013嫦娥一号年首次月球探测2007火星探测与深空探测发射阶段环绕探测年月天问一号成功发射，开启轨道器进入火星轨道，进行全球遥感20207中国首次火星探测任务探测和通信中继巡视探测着陆成功祝融号在火星表面开展科学探测，传年月祝融号火星车成功着陆乌20215回珍贵科学数据托邦平原中国空间站建设天宫一号年发射的目标飞行器，验证交会对接技术2011天宫二号年发射的空间实验室，开展多项科学实验2016天和核心舱年发射，中国空间站的控制和管理中心2021问天梦天年完成实验舱组装，形成字构型2022T国际空间站与中国空间站项目国际空间站中国空间站参与国家美国、俄罗斯、欧中国主导建设洲、日本、加拿大建设时间年年1998-20112021-2022设计寿命年（已延期）年以上1515舱段构型多舱段复杂结构字型三舱构型T技术特点国际合作模式自主研发建设运载火箭技术长征二号长征五号长征七号F专门用于载人航天发射的火箭，具有高中国现役运载能力最强的火箭，近地轨新一代中型运载火箭，主要用于货运飞可靠性和安全性设计，承担神舟飞船发道运载能力达吨，承担空间站和深空船发射，采用环保的液氧煤油推进剂25射任务探测发射液体与固体火箭发动机液体火箭发动机固体火箭发动机采用液体氧化剂和燃料，具有比冲高、推力可调节的优点采用固体推进剂，结构简单、可靠性高、响应速度快一旦可以实现多次启动和关机，控制精度高，适合精确入轨任务点火无法关机，但维护成本低，适合作为助推器使用比冲通常为秒•250-300比冲通常为秒•300-450点火后无法控制推力•推力可在飞行中调节•结构简单可靠•结构相对复杂•适合助推和战术导弹•适合载人和精密任务•火箭结构与工作原理整流罩分离保护载荷穿越大气层后抛掉，减轻重量助推器分离燃料耗尽的助推级脱离，提高效率芯级工作主推进级继续加速，进入预定轨道载荷释放达到目标轨道后释放卫星或飞船现代卫星系统组成电源系统姿态控制有效载荷太阳能电池板陀螺仪和推进执行具体任务和蓄电池提供器维持卫星正的设备，如遥持续电力供应，确姿态，确保感相机、通信确保卫星在阴天线指向和太转发器、导航影区域也能正阳能板朝向太信号发生器等常工作阳通信系统与地面站保持联系，传输遥测数据和接收控制指令卫星轨道基础全球卫星导航系统四大全球导航系统各有特色起步最早覆盖全球，北斗后来居上精度领先，在高纬度地区表现优异，伽利略注GPS GLONASS重民用服务多系统兼容使用可显著提高定位精度和可靠性航天遥感与地球观测多光谱成像利用不同波段的电磁波获取地表信息，可识别植被健康状况、水体污染、矿物分布等2雷达遥感不受云层和天气影响，可全天候观测，在灾害监测和地形测绘中发挥重要作用热红外探测监测地表温度变化，用于城市热岛效应研究、森林火灾预警、农作物长势监测高分辨率观测米级甚至亚米级分辨率可识别地面细节，支持城市规划、环境监管、应急救援空间通信技术传统卫星通信低轨星座通信激光通信地球同步轨道卫星提供固定覆盖区以为代表的大规模低轨卫星采用激光进行空间通信，传输速率Starlink域的通信服务，信号稳定但延迟较星座，提供低延迟全球宽带服务极高，保密性强未来深空探测的大，广泛用于广播电视和远程通信覆盖偏远地区，但需要大量卫星和重要通信手段，但技术难度大，对技术成熟，成本相对较低复杂的星间链路技术精确对准要求极高空间科学实验生命科学材料科学研究微重力对生物体的影响和太空医微重力环境下的材料制备和晶体生长学实验燃烧实验无重力条件下的燃烧现象和机理研究基础物理流体物理验证相对论、量子力学等基础物理理论微重力环境下液体行为和相变过程研究空间生命保障技术大气循环二氧化碳去除和氧气再生系统确保呼吸安全水循环利用尿液和湿气回收处理，实现水资源循环利用食物供应太空食品和未来的太空农业种植系统辐射防护防护宇宙射线和太阳粒子对人体的伤害空间动力与推进新技术离子推进利用电场加速离子产生推力，比冲极高但推力较小，适合深空探测长期飞行等离子推进通过电磁场加速等离子体，推力和比冲介于化学火箭和离子推进之间太阳帆利用太阳光压力推进，无需携带推进剂，适合长期深空任务核推进未来载人深空探测的理想动力，推力大、比冲高，可大幅缩短飞行时间空间材料与结构超轻材料耐高温材料抗辐射材料智能材料碳纤维复合材料和泡沫陶瓷基复合材料和难熔特殊合金和聚合物材料形状记忆合金实现结构金属大幅减轻航天器重金属应对再入过程的极抵御宇宙射线和带电粒自动展开，压电材料用量，提高载荷比先进端高温新型隔热瓦和子辐射电子器件的抗于精密控制自修复材的蜂窝结构和夹芯板技烧蚀材料保护航天器安辐射加固技术确保长期料技术将显著提高航天术实现轻量化设计的同全返回地球在轨可靠运行器的可靠性和寿命时保证结构强度太空机器人与自动化空间站机械臂中国空间站的机械臂具备精确操控能力，可以完成舱外设备安装、航天员辅助作业等复杂任务采用先进的视觉系统和力反馈控制技术行星表面巡视器玉兔号月球车和祝融号火星车代表了中国行星探测机器人技术的重大突破具备自主导航、科学探测和恶劣环境适应能力智能化发展趋势未来太空机器人将具备更强的人工智能，能够自主决策和学习群体机器人协作将实现大规模太空建设和维护任务探索火星与深空前沿极端温差火星表面温度变化剧烈，从到，对设备材料和电子系统提出严峻-80°C20°C挑战全球尘暴火星尘暴可持续数月覆盖全球，影响太阳能供电和设备散热，需要特殊防护设计通信延迟地火距离导致单程通信延迟分钟，探测器必须具备高度自主决策能力4-24着陆挑战火星大气稀薄，着陆过程复杂，天问一号采用气动减速、降落伞和反推发动机组合方案航天器控制原理精确指向1星敏感器和陀螺仪提供高精度姿态信息执行机构反作用轮和推力器实现姿态调整导航定位和惯性导航确定位置和速度GPS控制算法先进控制理论实现稳定可靠的自动控制空间对地应用气象监测实时监测全球天气变化和气候模式导航服务为交通运输和个人出行提供精确定位环境保护监测森林砍伐、海洋污染和空气质量资源管理国土规划、农业监测和矿产勘探航天技术的军事应用情报侦察导弹预警高分辨率光学和雷达卫星提供战场情红外预警卫星监测弹道导弹发射，为2报，支持军事决策和作战指挥反导系统提供早期预警信息精确制导军用通信等导航系统为精确制导武器提供军用通信卫星确保全球军事通信网络GPS3高精度定位服务的安全可靠商业航天崛起国际商业航天中国商业航天革命性地降低了发射成本，可重复使用火箭技术改银河航天专注于低轨通信卫星星座建设，零壹空间和星际荣SpaceX变了行业格局蓝色起源专注于太空旅游和重型运载，维珍耀在小型运载火箭领域取得突破蓝箭航天致力于液体火箭银河开拓亚轨道旅游市场发动机技术这些公司的成功证明了商业化运作的高效性，推动了整个航中国商业航天正在形成完整的产业链条，从火箭制造到卫星天产业的快速发展和技术创新应用，民营企业展现出强劲的创新活力航天产业链及经济效益国际航天合作与对比中法航天合作中法海洋卫星项目是两国航天合作的典型案例，在海洋环境监测和气候变化研究方面发挥重要作用双方在深空探测领域也有广泛合作前景中俄航天合作两国在载人航天、月球和火星探测方面开展深入合作俄罗斯的成熟经验与中国的技术创新形成良好互补，共同推进国际月球科研站建设中欧航天合作在伽利略导航系统早期建设、空间科学实验等领域合作密切欧洲空间局的先进技术与中国的市场需求形成双赢局面中国与世界航天实力对比航天重大成就数据盘点500+发射次数中国长征系列火箭累计发射超过500次

96.7%成功率长征火箭发射成功率达到国际先进水平吨25运载能力长征五号近地轨道最大运载能力天180驻留记录中国航天员单次太空驻留最长时间航天精神解读自力更生在技术封锁的环境下，中国航天人坚持独立自主发展，突破了一个又一个技术难关，掌握了完整的航天技术体系艰苦奋斗从戈壁滩上的简陋厂房到现代化的航天城，几代航天人用青春和汗水铸就了今天的辉煌成就3勇攀高峰面对世界航天技术前沿，中国航天人敢于挑战、勇于创新，在多个领域实现了从跟跑到领跑的跨越无私奉献无数航天工作者默默奉献，以国家利益为重，用生命诠释了对航天事业的无限忠诚中国航天代表人物钱学森杨利伟中国航天事业奠基人，两弹中国首位航天员，年搭乘2003一星功勋奖章获得者他的神舟五号成功完成首次载人航归国为中国火箭和导弹技术发天飞行他的成功飞行标志着展奠定了坚实基础，被誉为中国成为世界第三个独立掌握中国航天之父载人航天技术的国家景海鹏三次执行载人航天任务的资深航天员，创造了中国航天员太空飞行次数和时间的纪录他的丰富经验为中国载人航天技术积累了宝贵财富航天科普知识发射准备火箭加注推进剂，进行系统检查和发射倒计时点火升空发动机点火，火箭克服重力加速上升级间分离燃料耗尽的火箭级段依次分离入轨飞行航天器进入预定轨道开始在轨运行交会对接载人飞船与空间站精确对接前沿探索空间资源利用小行星采矿月球资源开发空间太阳能太空制造小行星富含稀有金属和月球含有丰富的氦同在太空建设大规模太阳微重力环境下可制造出-3水资源，一颗金属小行位素，是清洁核聚变燃能电站，通过微波束将地面无法生产的高纯度星的价值可能超过全球料的理想来源月球土能量传输到地球小材料和特殊合金243D经济总量未来的采矿壤中的水冰可为深空探时不间断发电，效率比打印技术将实现太空结技术将为地球资源短缺测提供燃料和生命支持地面太阳能高倍以上构的就地建造10提供解决方案未来重大航天计划载人月球探测年前实现中国航天员登陆月球，建立月球科研站，开展长期2030驻留和科学研究火星采样返回年左右实施火星采样返回任务，将火星土壤和岩石样本带回2030地球进行详细研究木星系统探测年代发射木星探测器，研究木星大气和卫星系统，寻找地外2030生命存在的证据深空网络建设建立完善的深空测控网络，支持更远距离的行星际探测任务航天技术的转民用远程医疗导航定位卫星通信支持偏远地区远程诊疗和医疗数北斗导航广泛应用于交通运输、精准农业、据传输应急救援等领域精准农业遥感技术指导农作物种植和病虫害防治物流配送灾害预警卫星导航优化运输路线，提高物流效率气象卫星提供台风、洪水等自然灾害的及时预警航天创新与教育高校科研基地建立航天特色高校和科研院所，培养专业技术人才清华、北航、哈工大等高校在航天人才培养方面发挥重要作用，产学研一体化推动技术创新中国航天日每年月日的中国航天日开展丰富的科普活动航天展览、科424普讲座、模型制作等活动激发青少年对航天技术的兴趣和热爱科普教育推广航天科技成果向社会开放，通过互动体验、虚拟现实等方式让公众近距离接触航天技术，提高全民科学素养和航天意识航天技术挑战与风险太空垃圾威胁载人航天风险目前地球轨道上有超过个可追踪的太空垃圾碎片，对载人航天面临发射失败、舱外作业、长期驻留等多重风险挑34000在轨航天器构成严重威胁高速撞击可能导致灾难性后果，战严格的质量控制体系、完善的应急预案和先进的生命保需要发展主动清理技术障技术是确保安全的关键国际合作制定太空垃圾减缓指导原则，推广卫星主动离轨和深空通信延迟使地面控制变得困难，要求航天器具备更强的碎片防护技术，确保太空环境的可持续利用自主决策能力和故障处理能力。