【簡介：】世界航天史
開普勒所著的書籍
探索浩瀚的宇宙，是人類千百年來的美好夢想；自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星；航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶。世界航天史包括：一、火箭

世界航天史

開普勒所著的書籍

探索浩瀚的宇宙，是人類千百年來的美好夢想；自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星；航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶。世界航天史包括：一、火箭技術(shù)；二、衛(wèi)星時(shí)代；三、空間探測；四、載人航天。

基本信息

中文名

世界航天史

出版物類別

航天

作者

約翰尼斯·開普勒

目錄

正文

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從幻想到科學(xué)

古代火箭的發(fā)展

近代自然科學(xué)提供的條件

科學(xué)幻想作品的啟迪

克服地球引力的努力

航天先驅(qū)者

V-2火箭的歷史作用

沖出大氣層

航天新紀(jì)元

第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射

衛(wèi)星的發(fā)展和應(yīng)用

深空探測

月球探測

行星探測

人進(jìn)入太空

第一個(gè)航天員

登月

飛船空間對接

在空間建立基地

“天空實(shí)驗(yàn)室”

“禮炮”號(hào)航天站

“空間實(shí)驗(yàn)室”

航天飛機(jī)出現(xiàn)

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遨游太空是人類自古就有的愿望。古代火箭的發(fā)展、16世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、現(xiàn)代工業(yè)的興起使人類得以從幻想轉(zhuǎn)向科學(xué)探索。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在一些工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家出現(xiàn)了一批航天先驅(qū)者。他們開始研究和解決航天的科學(xué)理論和工程技術(shù)問題，還著手設(shè)計(jì)和試驗(yàn)火箭。經(jīng)過大約半個(gè)世紀(jì)的努力，人類終于把人造地球衛(wèi)星送入太空，從而開創(chuàng)了航天紀(jì)元。自從1957年第一顆人造衛(wèi)星上天以來到1984年底，蘇聯(lián)、美國、法國、日本、中國、英國、印度等國家以及歐洲空間局先后研制出近80種運(yùn)載火箭，修建了10多個(gè)大型航天器發(fā)射場，設(shè)計(jì)、制造和發(fā)射了3022顆人造地球衛(wèi)星、100多個(gè)載人航天器及109個(gè)空間探測器，建立了完善的跟蹤和測量控制系統(tǒng)、地面模擬試驗(yàn)設(shè)施、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。約有40個(gè)不同用途的應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)投入運(yùn)行。一些不能獨(dú)立研制或沒有條件發(fā)射航天器的國家通過購買、租用或委托發(fā)射也有了自己的衛(wèi)星或獲得衛(wèi)星服務(wù)。航天國際合作廣泛開展，形式多樣。蘇聯(lián)的航天站已能在太空持續(xù)運(yùn)行58個(gè)月，航天員在太空的持續(xù)飛行時(shí)間長達(dá)236天22小時(shí)50分。美國航天飛機(jī)進(jìn)行了14次飛行，完成了運(yùn)送和回收衛(wèi)星的雙向運(yùn)載任務(wù)。先后有14個(gè)國家的150余名航天員進(jìn)入太空，12個(gè)人踏上月球?？臻g探測器已經(jīng)成功地考察了太陽系的許多行星，實(shí)現(xiàn)了在金星和火星上軟著陸，探測了水星、木星、土星，有的將飛出太陽系進(jìn)行科學(xué)探索。幾十年的航天活動(dòng)促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對人類社會(huì)生活也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

從幻想到科學(xué)

航天思想萌芽于古代人們對太空的向往。但是科學(xué)地論證克服地球引力場的條件，只有在經(jīng)典力學(xué)，特別是天體力學(xué)的基礎(chǔ)上才能做到。

古代火箭的發(fā)展 航天離不開火箭。火箭是在火藥發(fā)明以后為適應(yīng)軍事和娛樂需要而出現(xiàn)的?；鸺s在12世紀(jì)出現(xiàn)于中國（見中國古代火箭）。在13世紀(jì)，中國、印度和阿拉伯國家都使用過火箭，以后火箭又傳入歐洲。這個(gè)時(shí)期的火箭比較原始，通常用層紙卷成藥筒，內(nèi)裝火藥，把藥筒綁在細(xì)長的箭桿上，靠點(diǎn)燃藥筒的引線發(fā)射。從13世紀(jì)到18世紀(jì)中葉，火箭技術(shù)的進(jìn)展比較緩慢。18世紀(jì)后期，印度軍用火箭取得較大進(jìn)步。藥筒改由鐵皮制造，能夠承受較大的燃燒壓力?；鹚幍男阅芤灿辛烁纳?。火箭的射程已可超過 1公里。印度軍隊(duì)在抗擊英國和法國軍隊(duì)的多次戰(zhàn)爭中曾大量使用火箭并取得了良好戰(zhàn)果。

印度軍隊(duì)成功使用火箭的戰(zhàn)例推動(dòng)了歐洲火箭技術(shù)的發(fā)展。曾在印度作戰(zhàn)的英國軍官W.康格里夫?qū)τ《然鸺髁烁倪M(jìn)。他確定了黑火藥的多種配方，改善了制造方法并使火箭系列化?；鸺男阅苓M(jìn)一步提高，最大射程可達(dá)3公里。19世紀(jì)初，英軍在多次大的戰(zhàn)役中使用了康格里夫火箭，取得了顯著的效果，促使歐洲許多國家研制火箭并建立火箭部隊(duì)，黑火藥火箭獲得更廣泛的應(yīng)用。19世紀(jì)70年代以后，火炮技術(shù)有了新的突破，特別是線膛炮的成功應(yīng)用使火箭在使用性能方面遠(yuǎn)不如火炮，火箭的發(fā)展也就變得緩慢。但古代火箭的演進(jìn)為現(xiàn)代火箭的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

近代自然科學(xué)提供的條件 16世紀(jì)中葉，波蘭天文學(xué)家N.哥白尼創(chuàng)立了科學(xué)的日心地動(dòng)說，改變了當(dāng)時(shí)人們對宇宙的認(rèn)識(shí)。之后，天文學(xué)家第谷·布拉赫通過大量天文觀測獲得了有關(guān)行星運(yùn)動(dòng)的豐富資料。J.開普勒對第谷的觀測資料用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了分析計(jì)算和研究，發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律，為經(jīng)典天文學(xué)奠定了基石。1609年，伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡巡視星空，使人類對太空的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生一個(gè)飛躍。伽利略還發(fā)現(xiàn)了自由落體定律和慣性原理，為經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。1673年，荷蘭物理學(xué)家C.惠更斯從單擺和圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)得出向心力定律。I.牛頓根據(jù)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象研究自然界的力，在1687年發(fā)表了他的不朽著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。他在這本書中提出了萬有引力定律和三大運(yùn)動(dòng)定律，創(chuàng)立了天體力學(xué)，使人們得以從動(dòng)力學(xué)的角度來研究天體的力學(xué)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)典力學(xué)，特別是天體力學(xué)是航天先驅(qū)者尋求克服地球引力而進(jìn)入太空的途徑的理論基礎(chǔ)。

科學(xué)幻想作品的啟迪 科學(xué)幻想常常寓有科學(xué)的預(yù)言，能夠啟發(fā)人們作出重大的發(fā)明和創(chuàng)造。將天文知識(shí)與循理虛構(gòu)的故事結(jié)合起來的太空飛行幻想小說起源于17世紀(jì)。開普勒是最早撰寫太空科學(xué)幻想小說的作家。他的作品《夢游》描述了人飛渡月球的情景。在17世紀(jì)的太空幻想小說作家中，法國的S.C.德貝爾熱拉克最富有想象力。他在《月球旅行》一書中設(shè)想了多種推進(jìn)方法，包括火箭和利用太陽能的噴射推進(jìn)器。1783年第一個(gè)載人氣球升空后，人們發(fā)現(xiàn)垂直向上的飛行能力是極其有限的。高度越高，空氣越稀薄和寒冷，為人所不能忍受。人們從而懂得了航天與大氣層內(nèi)飛行有質(zhì)的不同。此后半個(gè)世紀(jì)，有關(guān)太空旅行的科學(xué)幻想作品出現(xiàn)了低潮。19世紀(jì)60年代這類作品再度興起。法國A.艾羅、美國E.E.黑爾、德國K.拉塞維茨和英國H.G.威爾斯等作家所寫的太空旅行著作吸引了許多讀者，而法國著名作家J.凡爾納的《從地球到月球》（圖1）和《環(huán)游月球》產(chǎn)生的影響更為廣泛。17世紀(jì)以來的科學(xué)幻想小說與古代神話傳說有根本區(qū)別。前者在科學(xué)的基礎(chǔ)上加上合理演繹和設(shè)想，虛幻之中寓有合理的思路。它喚起了人們對航天的興趣，使航天愛好者從中得到啟發(fā)和鼓舞。

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克服地球引力的努力

航天先驅(qū)者 19世紀(jì)后期到20世紀(jì)初，涌現(xiàn)出許多富于探索精神的航天先驅(qū)者。他們對航天事業(yè)的早期發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，其中影響最大的是К.Э.齊奧爾科夫斯基、R.H.戈達(dá)德和H.奧伯特。

俄國的齊奧爾科夫斯基最早從理論上證明用多級(jí)火箭可以克服地球引力而進(jìn)入太空。他建立了火箭運(yùn)動(dòng)的基本數(shù)學(xué)方程，奠定了航天學(xué)的基礎(chǔ)。齊奧爾科夫斯基的另一重要貢獻(xiàn)是肯定了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是航天器最適宜的動(dòng)力裝置，為運(yùn)載器的發(fā)展指出了正確的方向（圖2）。

美國的戈達(dá)德博士把航天理論與火箭技術(shù)相結(jié)合。他在1919年出版的《到達(dá)極大高度的方法》論文中提出了火箭飛行的數(shù)學(xué)原理，指出火箭必須具有7.9公里每秒的速度才能克服地球的引力。他認(rèn)為只有液體火箭才能提供航天所需的能量，因而從1921年開始研制液體火箭。1926年 3月16日他制造的液體火箭（圖3）首次飛行成功，達(dá)到12米高，56米遠(yuǎn)。這是世界上第一次液體火箭的飛行試驗(yàn)，而戈達(dá)德也就成了液體火箭的實(shí)際創(chuàng)始人。

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1923年，德國的奧伯特出版了《飛往星際空間的火箭》一書，論述火箭飛行的數(shù)學(xué)理論，并提出許多關(guān)于火箭結(jié)構(gòu)和飛行的新觀念。奧伯特的理論受到了廣泛的注意，激起當(dāng)時(shí)許多青年進(jìn)行實(shí)踐的迫切愿望。在許多國家開始出現(xiàn)火箭和航天愛好者的研究組織。1927年，太空旅行協(xié)會(huì)創(chuàng)立于德國，奧伯特任會(huì)長；1928年，反作用運(yùn)動(dòng)研究組成立于蘇聯(lián)；美國星際協(xié)會(huì)組建于1930年；英國星際學(xué)會(huì)出現(xiàn)在1933年。這些組織中的不少成員后來都成為本國研制第一代火箭的領(lǐng)導(dǎo)人。

V-2火箭的歷史作用 30年代各國航天愛好者自發(fā)組織起來的火箭團(tuán)體在開展活動(dòng)的初期都遇到了困難，缺乏資金，受到社會(huì)人士的冷落。只有兩個(gè)國家──德國和蘇聯(lián)的青年火箭專家得到了國家的支持。德國人對于尚處在萌芽狀態(tài)的火箭的軍事潛力寄予希望。德國當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)火箭研制工作的W.R.多恩伯格把研制火箭的課題委托給太空旅行協(xié)會(huì)的青年專家 W.von布勞恩。布勞恩領(lǐng)導(dǎo)的火箭設(shè)計(jì)研究小組設(shè)計(jì)的第一代液體火箭 A-1因結(jié)構(gòu)不合理而遭到失敗。但 A-1的改進(jìn)型 A-2卻于1932年12月試射成功，飛行高度達(dá)到3公里。1935 年開始研制第二代火箭A-3，重750公斤，推力達(dá)14.7千牛（1500公斤力），采用再生冷卻式燃燒室和燃?xì)舛娴刃录夹g(shù)。1936年4月，德國陸軍增加撥款發(fā)展火箭技術(shù)，并在波羅的海海濱的佩內(nèi)明德興建火箭研究中心，同時(shí)研制V-1飛航式導(dǎo)彈和V-2彈道導(dǎo)彈。V-2（見V-2工程）是在A-3試驗(yàn)火箭基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，因而還有A-4的代號(hào)。

V-2導(dǎo)彈于1942年10月3日首次發(fā)射成功，飛行180公里（圖4）。它是歷史上的第一枚彈道導(dǎo)彈。V－2在工程上實(shí)現(xiàn)了20世紀(jì)初航天先驅(qū)者的技術(shù)設(shè)想，對現(xiàn)代大型火箭的發(fā)展起了繼往開來的作用。V-2火箭的設(shè)計(jì)雖然不盡完善，但它卻是人類擁有的第一件向地球引力挑戰(zhàn)的工具，成為航天發(fā)展史上的一個(gè)重要的里程碑。

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沖出大氣層 沖出大氣層是人類向空間進(jìn)軍的序曲。大氣層保護(hù)了人類免遭空間粒子輻射的傷害，為人類繁衍生息創(chuàng)造了條件，但大氣折射、漫射和對某些波段輻射的選擇吸收使人類對宇宙奧秘之探索受到限制。要實(shí)現(xiàn)航天的愿望，首先必須突破大氣層的屏障。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們開始用氣球、飛機(jī)和探空火箭向大氣高層沖擊。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，飛機(jī)的升限達(dá)到了15.23公里，氣球達(dá)到了32公里的高度。1946年，美國發(fā)射繳獲的V-2,測到了112公里高度的大氣數(shù)據(jù)。1949年，蘇聯(lián)用P-2A探空火箭攜帶860公斤的儀器設(shè)備上升到212公里的高空。1949年2月，美國以V-2為第一級(jí),“女兵下士”火箭為第二級(jí)組成的“豐收”號(hào)探空火箭，創(chuàng)造了393公里的高度紀(jì)錄，獲得了高層大氣參數(shù)、化學(xué)成分和輻射強(qiáng)度等資料。50年代初，為了參與1957～1958國際地球物理年的活動(dòng)，法國、日本、加拿大、澳大利亞等國也都發(fā)展了探空火箭。

航天新紀(jì)元

第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)和美國都通過仿制德國 V-2火箭建立了火箭和導(dǎo)彈工業(yè)，并且積累了研制現(xiàn)代火箭系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。一些科學(xué)家已經(jīng)看到，在V-2技術(shù)成果的基礎(chǔ)上有可能發(fā)射人造地球衛(wèi)星，而借助載有儀器設(shè)備的衛(wèi)星可以更有效地開展空間科學(xué)研究工作。1946年1月，美國成立了V-2高級(jí)研究委員會(huì)，決定將V-2作為發(fā)展新型導(dǎo)彈的試驗(yàn)工具和研究高層大氣的探空火箭。1954年召開的地球物理學(xué)國際會(huì)議建議有關(guān)國家在1957～1958國際地球物理年期間發(fā)射人造地球衛(wèi)星。在這一年，美國和蘇聯(lián)都開始著手人造衛(wèi)星及其運(yùn)載火箭的方案探索工作。在美國，陸軍提出了用“丘辟特” C運(yùn)載火箭發(fā)射“探險(xiǎn)者”號(hào)衛(wèi)星的“軌道器”計(jì)劃，海軍建議在“海盜”號(hào)探空火箭的基礎(chǔ)上加上兩級(jí)固體火箭組成“先鋒”號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射“先鋒”號(hào)衛(wèi)星，空軍則主張用MX-774火箭發(fā)射衛(wèi)星。為了不影響戰(zhàn)略導(dǎo)彈的研制工作，美國政府在1955年決定采用海軍的“先鋒”號(hào)運(yùn)載火箭方案，并計(jì)劃在1957年10月發(fā)射衛(wèi)星，但“先鋒”號(hào)火箭在1957年9月的首次試射中沒有獲得成功。

蘇聯(lián)在1954年基本上解決了多燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和工藝問題，并有可能在較短時(shí)間內(nèi)研制出推力達(dá)980千牛（100噸力）的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，因而決定采用捆綁技術(shù)來研制P-7洲際彈道導(dǎo)彈，計(jì)劃在P-7導(dǎo)彈研制成功后將幾枚P-7導(dǎo)彈改裝成“衛(wèi)星”號(hào)運(yùn)載火箭，用以發(fā)射人造地球衛(wèi)星。1956年末，蘇聯(lián)獲悉美國運(yùn)載火箭已進(jìn)行飛行試驗(yàn)，而蘇聯(lián)正在研制的人造衛(wèi)星因技術(shù)較復(fù)雜，短期內(nèi)難以完成。為了趕在美國之前發(fā)射衛(wèi)星，蘇聯(lián)決定將原計(jì)劃確定研制的衛(wèi)星暫時(shí)推遲，改為先發(fā)射兩顆簡易衛(wèi)星。1957年8月21日，P-7洲際導(dǎo)彈首次全程試射成功，同年10月4日，蘇聯(lián)用“衛(wèi)星”號(hào)運(yùn)載火箭把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星（圖5）送入太空（見““人造地球衛(wèi)星”1號(hào)工程）。這顆衛(wèi)星正常工作了3個(gè)月左右，成為第一個(gè)被人類送入太空的航天器，實(shí)現(xiàn)了人類千百年來的夢想。這顆衛(wèi)星的發(fā)射成功開創(chuàng)了人類的航天紀(jì)元。(見彩圖)

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衛(wèi)星的發(fā)展和應(yīng)用 蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射成功在國際上產(chǎn)生了巨大的影響，對許多國家的運(yùn)載火箭和航天器研制工作起到了積極的推動(dòng)作用。為了擺脫落后局面，美國在繼續(xù)抓緊“先鋒”號(hào)計(jì)劃的同時(shí)又恢復(fù)了“軌道器”計(jì)劃。1957年12月，“先鋒”號(hào)火箭發(fā)射衛(wèi)星失敗。1958年1月31日，美國用“軌道器”計(jì)劃的“丘辟特”C火箭（當(dāng)時(shí)已改名為“丘諾”1號(hào)運(yùn)載火箭）發(fā)射成功自己的第一顆衛(wèi)星“探險(xiǎn)者”1號(hào)(見“探險(xiǎn)者”號(hào)衛(wèi)星)。這顆衛(wèi)星比蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星晚發(fā)射了3個(gè)多月，重量只有4.8公斤，但它卻取得了重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。物理學(xué)教授J.A.范愛倫根據(jù)衛(wèi)星攜帶的蓋革計(jì)數(shù)器因磁飽和沒有輸出的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了地球輻射帶（后稱范愛倫帶）。此后，衛(wèi)星的發(fā)射越來越頻繁，世界上越來越多的國家參加到航天活動(dòng)行列中來。繼蘇聯(lián)和美國之后，法國在1965年11月26日、日本在1970年2月11日、中國在1970年 4月24日、英國在1971年10月28日、歐洲空間局在1979年12月24日、印度在1980年 7月18日相繼用自行研制的運(yùn)載火箭成功地發(fā)射了自己的第一顆人造地球衛(wèi)星。

從60年代中期開始，人造衛(wèi)星的發(fā)展已從探索試驗(yàn)階段進(jìn)入實(shí)用階段。各種應(yīng)用衛(wèi)星相繼投入使用，取得明顯的軍事、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。科學(xué)衛(wèi)星和技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星獲得相應(yīng)發(fā)展，取得一些重要發(fā)現(xiàn)和技術(shù)成果。衛(wèi)星的發(fā)射數(shù)量急劇上升，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。70年代以來，各種衛(wèi)星逐漸向多用途、長壽命、低成本和高可靠性的方向發(fā)展，在發(fā)射數(shù)量上有所減少，但質(zhì)量卻有顯著提高。

航天器的研制帶動(dòng)了其他工業(yè)部門的發(fā)展，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。航天技術(shù)成果的應(yīng)用對于社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。航天技術(shù)領(lǐng)域的許多新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝、高可靠性的元、器件和精密儀器逐漸推廣到其他領(lǐng)域中應(yīng)用，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。但是更主要的還是直接利用衛(wèi)星完成軍事和國民經(jīng)濟(jì)使命，起到其他手段無法起到的作用。60年代以來，應(yīng)用衛(wèi)星發(fā)射總數(shù)已超過2500顆，其中以蘇聯(lián)的數(shù)量為最多，約占總數(shù)的三分之二。應(yīng)用衛(wèi)星的種類繁多，有直接為軍事目的服務(wù)、支援地（海）面武裝力量的照相和電子偵察衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星和核爆炸探測衛(wèi)星，有攻擊敵方航天器的反衛(wèi)星系統(tǒng)，有軍用和民用通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和測地衛(wèi)星，還有民用的地球資源衛(wèi)星、天文衛(wèi)星、生物衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星（圖6）和其他科學(xué)探測衛(wèi)星。

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應(yīng)用衛(wèi)星的功能不一，使用要求也不同，但技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程大體都經(jīng)過以下3個(gè)階段：①技術(shù)試驗(yàn)階段：主要是探索實(shí)現(xiàn)途徑、發(fā)展專用設(shè)備，進(jìn)行地面和飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證工作原理和設(shè)備功能，如40年代后期開始的以月球作為對象進(jìn)行的被動(dòng)通信試驗(yàn)，直至50年代的無源中繼衛(wèi)星和1960年10月的有源通信衛(wèi)星的技術(shù)試驗(yàn)。②半實(shí)用階段：發(fā)射能在有限時(shí)間和空間內(nèi)服務(wù)的衛(wèi)星，如氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星的早期型號(hào)，它們所取得的信息和提供的服務(wù)都是局部的。③實(shí)用階段：70年代航天活動(dòng)的特點(diǎn)之一是發(fā)展各種使命的衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)，也就是陸續(xù)發(fā)射多顆衛(wèi)星，使之按一定規(guī)律運(yùn)行，組成空間衛(wèi)星網(wǎng)和地面設(shè)備配套的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間連續(xù)服務(wù)?，F(xiàn)在正在使用的衛(wèi)星通信、氣象、導(dǎo)航和軍用系統(tǒng)大約有40多個(gè)。在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中往往有多顆衛(wèi)星，有的多達(dá)24顆衛(wèi)星，而且衛(wèi)星的壽命有限，還需要不斷補(bǔ)充新的衛(wèi)星。如美國的照相偵察衛(wèi)星系統(tǒng)已發(fā)展到第5代，前4代已發(fā)射了222顆衛(wèi)星。

深空探測

人類進(jìn)入太空的前奏是對空間進(jìn)行廣泛的探測，采用的手段就是空間探測器?？臻g探測很自然地是由近及遠(yuǎn)進(jìn)行的，從地球自己的衛(wèi)星──月球開始，進(jìn)一步便是本家族──太陽系的各個(gè)行星及其衛(wèi)星，最后再飛出太陽系，深入到遙遠(yuǎn)的恒星際空間進(jìn)行探測。

月球探測 伽利略是第一位用望遠(yuǎn)鏡看到崎嶇不平月面的科學(xué)家。到19世紀(jì)末，人類對月球向著地球的一面所拍攝的照片已達(dá)到1公里的分辨率：50年代后期，蘇聯(lián)和美國都制定了用無人探測器考察月球的計(jì)劃。1959年蘇聯(lián)以拍攝月球背面圖像為目標(biāo)，先后發(fā)射了3個(gè)月球探測器。第一個(gè)探測器從月球一側(cè)約5000公里處飛過，未發(fā)回信息，進(jìn)入了太陽軌道；第二個(gè)命中月球視中心以北800公里處，在即將撞擊月球表面的瞬間向地球發(fā)回關(guān)于月球附近不存在強(qiáng)磁場和輻射帶的信息。這是第一個(gè)到達(dá)地球以外其他天體的航天器。第三個(gè)探測器從月球之南7900公里進(jìn)入繞月飛行軌道，經(jīng)過月球背面時(shí)拍攝到月球背面70％從未被人類見過的區(qū)域和30％可從地面看見的月面。探測器飛回地球時(shí)，軌道正處于地球北半球的上空，有利于蘇聯(lián)地球站跟蹤和數(shù)據(jù)接收。探測器在回程中又將所拍攝的資料重復(fù)播送。地球站收到并整理出約30張關(guān)于月球背面的圖像，月球背面的面貌第一次被揭開了。

1963～1976年是蘇聯(lián)實(shí)施月球考察計(jì)劃的第二個(gè)階段。在此期間蘇聯(lián)共發(fā)射21個(gè)“月球”號(hào)探測器（圖7）。最重要的成果是：“月球”16、20和24號(hào)分別于1970年9月、1972年2月和1976年8月在月面軟著陸并鉆孔取樣，將月球的土壤和巖石樣品帶回地球；“月球”17號(hào)和21號(hào)在1970年11月和1973年1月分別攜帶一輛重約1.8噸的月球車在月面軟著陸，由地面遙控月球車在月面自動(dòng)行駛考察。兩輛月球車分別行駛了10.5和37公里。

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美國早期的月球探測器是“先驅(qū)者”號(hào)探測器，從1958年開始發(fā)射。前3個(gè)都因未達(dá)到預(yù)定速度而失敗，第4個(gè)雖然發(fā)射成功，但時(shí)間上已晚于蘇聯(lián)，且在離月球很遠(yuǎn)處飛過，未發(fā)回重要信息。此后，美國把對月球探測的第二個(gè)階段計(jì)劃與“阿波羅”載人登月計(jì)劃（見“阿波羅”工程）結(jié)合起來，執(zhí)行了“徘徊者”號(hào)探測器、“勘測者”號(hào)探測器和“月球軌道環(huán)行器”計(jì)劃。

行星探測 太陽系的九個(gè)行星分為內(nèi)行星和外行星。4個(gè)內(nèi)行星是水星、金星、地球和火星,5個(gè)外行星是木星、土星、天王星、海王星和冥王星。行星探測可分為內(nèi)行星探測和外行星探測兩類。

內(nèi)行星探測從60年代初開始。1961年 2月12日蘇聯(lián)發(fā)射第一個(gè)金星探測器。這個(gè)探測器在需時(shí)約 3個(gè)月的旅程中只飛行了15天便與地面中斷了通信聯(lián)系。在60年代，蘇聯(lián)多次發(fā)射金星探測器，但均無重要收獲。美國在1962年8月26日發(fā)射“水手”2號(hào)金星探測器（見“水手”號(hào)探測器）,探測器在距金星35000公里的地方掠過，取得了關(guān)于金星的某些資料。當(dāng)探測器經(jīng)過金星時(shí)，科學(xué)家測量它因金星引力而產(chǎn)生的軌道偏差，首次準(zhǔn)確地計(jì)算出金星的質(zhì)量。從70年代開始蘇聯(lián)和美國的金星探測進(jìn)入第二個(gè)階段。1971年，蘇聯(lián)“金星” 7號(hào)探測器（見“金星”號(hào)探測器）的著陸艙在金星表面軟著陸成功，此后相繼發(fā)射“金星” 8號(hào)至“金星”16號(hào)探測器，發(fā)回了一批金星全景遙測照片和測量數(shù)據(jù)。測得的金星表面溫度高達(dá) 470±8°C，壓力為9±0.15兆帕（約90±1.5大氣壓）。美國在 1978年金星大沖期間發(fā)射了“先驅(qū)者-金星”1號(hào)和 2號(hào)探測器(見“先驅(qū)者”號(hào)探測器)，在金星表面軟著陸成功，對金星進(jìn)行了綜合考察。

人類對火星上可能存在生命的問題一直懷有希望。蘇聯(lián)在1962～1973年間發(fā)射了7個(gè)“火星”號(hào)探測器,其中1個(gè)飛越火星，2個(gè)出了故障，2個(gè)軟著陸失敗，2個(gè)軟著陸后不久通信中斷。美國在1964～1975年間共發(fā)射 6個(gè)“水手”號(hào)探測器和2個(gè)“海盜”號(hào)探測器（圖8）。前者拍攝了火星的照片，后者拋出著陸艙在火星表面軟著陸(見彩圖)。蘇、美兩國對火星探測的結(jié)果表明，在著陸點(diǎn)附近未發(fā)現(xiàn)地球類型的生命形式（見地外生命探索）。

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人類第一次用逼近方式取得關(guān)于水星表面狀態(tài)的信息是 1973年美國發(fā)射的“水手” 10號(hào)探測器在距水星690 公里處發(fā)回的。水星是太陽系內(nèi)距太陽最近的行星。從地球上觀察只能在它接近地平線處才有可能。但它這時(shí)的形象又因大氣和渦流的遮攔而十分模糊。“水手”10號(hào)發(fā)回的水星照片十分清晰，可分辨約150米大小的物體。測得的數(shù)據(jù)表明水星表面很像月球，布滿大大小小的環(huán)形山，有很稀薄的大氣，大氣壓力小于2×10-11帕，晝夜溫差極大，白天溫度達(dá)700K，夜間冷到100K。

外行星探測是從70年代初開始的。它比內(nèi)行星探測的距離遠(yuǎn)，探測器飛行時(shí)間長達(dá)數(shù)年，必須有大功率無線電發(fā)射機(jī)和大的發(fā)射天線才能使發(fā)回的信號(hào)在達(dá)到地球表面時(shí)仍有一定的強(qiáng)度。其次，在離太陽遙遠(yuǎn)的空間已不可能利用太陽電池，只能用核電源。1972年3月美國發(fā)射了第一個(gè)探測外行星的“先驅(qū)者”10號(hào)探測器。1973年12月，這個(gè)探測器飛近木星，向地球發(fā)回300張中等分辨率的木星照片，然后利用木星的引力場加速飛向土星，再利用土星的引力場加速飛行，折向海王星，1983年飛過海王星的軌道，預(yù)計(jì)到1986年將越過冥王星的平均軌道，成為脫離太陽系的第一個(gè)航天器。1973年4月發(fā)射的“先驅(qū)者”11號(hào)探測器在1974年12月經(jīng)過木星，1979年9月在離土星34000公里處掠過，拍攝了土星的照片，發(fā)回有關(guān)土星光環(huán)成分的資料。1977年8月和9月，美國發(fā)射“旅行者”2號(hào)和1號(hào)探測器(見“旅行者”號(hào)探測器)。1979年以后，它們陸續(xù)發(fā)回木星和土星的照片，清楚地顯示出木星的光環(huán)、極光和 3顆新衛(wèi)星以及木星的大紅斑結(jié)構(gòu)和磁尾形狀，土星的光環(huán)構(gòu)造、新的土星衛(wèi)星、奇異的電磁環(huán)境等信息(見彩圖)。70～80年代的空間探測成果無論從航天技術(shù)水平，或是從空間天文觀測成果來看，都是重大的歷史性成就。

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人進(jìn)入太空

載人航天是航天技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新階段。實(shí)現(xiàn)載人航天需要解決的主要問題是：研制出高度可靠而推力又足夠大的運(yùn)載工具；獲得關(guān)于空間飛行環(huán)境的足夠信息，對人所能承受的極限環(huán)境條件作出正確的判斷；研制出能確保航天員生活、工作和安全飛行的生命保障系統(tǒng)和救生系統(tǒng)；能對飛行中的航天員的器官功能和健康進(jìn)行監(jiān)測；研制出航天器的人工駕駛和自動(dòng)控制系統(tǒng)；使地面與航天員之間保持可靠的不間斷的通信聯(lián)系；掌握航天器再入大氣層和安全返回的技術(shù)。

第一個(gè)航天員 早在40年代末，人們就把一些生物裝入探空火箭進(jìn)行試驗(yàn)。50年代后期，出現(xiàn)了攜帶動(dòng)物的人造衛(wèi)星，對生命保障系統(tǒng)、回收技術(shù)、遙測、遙控、通信技術(shù)等進(jìn)行了全面試驗(yàn)。科學(xué)家們對獲得的空間環(huán)境數(shù)據(jù)加以處理后發(fā)現(xiàn)過去對微流星的危害估計(jì)偏高，存在輻射帶的空間也是有限的，從而肯定了人進(jìn)入太空的可行性。蘇聯(lián)在發(fā)射了5艘不載人的衛(wèi)星式飛船后，于1961年4月12日用“東方”號(hào)運(yùn)載火箭(見彩圖)成功地發(fā)射了世界上第一艘載人飛船“東方”1號(hào)(見“東方”號(hào)飛船)，使Ю.А.加加林成為世界上第一個(gè)進(jìn)入太空的人，從而開辟了人類航天的道路。

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登月 人踏上月球是載人航天活動(dòng)的新高峰。美國為了加強(qiáng)航天活動(dòng)，于1958年采取了一項(xiàng)重要措施，將航空咨詢委員會(huì)改組為美國國家航空航天局，并作出兩項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的決定：一個(gè)是立即為載人的“水星”計(jì)劃選調(diào)航天員；第二是優(yōu)先發(fā)展巨大推力的F-1發(fā)動(dòng)機(jī)。1961年 5月25日，美國總統(tǒng)J.F.肯尼迪向國會(huì)提出在60年代末將人送上月球的“阿波羅”工程。在國家航空航天局嚴(yán)格而科學(xué)的管理下，經(jīng)過幾十萬人8年多的工作，1969年 7月20日由航天員N.A.阿姆斯特朗和E.E.奧爾德林駕駛的“阿波羅”11號(hào)飛船的登月艙降落在月球赤道附近的靜海區(qū)。這是一次震動(dòng)全球的壯舉，也是世界航天史上具有重大歷史意義的成就。此后，“阿波羅”12、14、15、16、17號(hào)相繼登月成功，對月球進(jìn)行了廣泛的考察?！鞍⒉_”工程集中體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的水平，推動(dòng)了航天技術(shù)的迅速發(fā)展。

飛船空間對接 1975年蘇、美兩國的載人飛船在地球軌道上交會(huì)和對接并進(jìn)行聯(lián)合飛行，這是載人航天活動(dòng)的一個(gè)重要事件。整個(gè)60年代，蘇聯(lián)和美國雖然在氣象衛(wèi)星信息交換、被動(dòng)通信衛(wèi)星試驗(yàn)以及生物醫(yī)學(xué)等方面有過合作，但深度和廣度十分有限。1969年，蘇、美兩國商定在載人航天方面進(jìn)行一次有效的合作。由蘇聯(lián)的“聯(lián)盟”號(hào)飛船和美國的“阿波羅”號(hào)飛船進(jìn)行一次聯(lián)合飛行。經(jīng)過幾年的努力，為實(shí)現(xiàn)飛船對接和聯(lián)合飛行所需要解決的測距方法與交會(huì)系統(tǒng)、對接機(jī)構(gòu)、通信與飛行控制、生命保障和艙內(nèi)環(huán)境條件等問題都獲得解決。1975年7月15日，蘇聯(lián)發(fā)射“聯(lián)盟”19號(hào)飛船。飛船在第4和第17圈作了兩次機(jī)動(dòng)變軌，最后進(jìn)入225公里高的圓形軌道。在“聯(lián)盟”號(hào)飛船起飛后7小時(shí)30分，美國發(fā)射“阿波羅”18號(hào)飛船進(jìn)入與“聯(lián)盟”號(hào)飛船相同的軌道。兩艘飛船的發(fā)射和入軌都很成功。在“阿波羅”號(hào)飛船飛行到29圈,“聯(lián)盟”號(hào)飛船飛行到36圈時(shí)，兩船開始對接并聯(lián)合飛行2天（圖9）。兩國航天員經(jīng)由過渡段進(jìn)行了互訪，共同表演科學(xué)試驗(yàn)，聯(lián)合舉行答記者問，完成了合作計(jì)劃。

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在空間建立基地

在空間建立適合人們長期生活和工作的基地既是航天先驅(qū)者的理想，也是進(jìn)一步開發(fā)和利用太空的需要。第一步是建立可長期工作的航天站。到1984年年中，進(jìn)入近地軌道的航天站有3種：美國的“天空實(shí)驗(yàn)室”、蘇聯(lián)的“禮炮”號(hào)航天站和歐洲空間局的“空間實(shí)驗(yàn)室”。

“天空實(shí)驗(yàn)室”美國國家航空航天局利用“阿波羅”工程節(jié)余的“土星” 5號(hào)運(yùn)載火箭的末級(jí)，將它改造成為試驗(yàn)型航天站，即“天空實(shí)驗(yàn)室”。“天空實(shí)驗(yàn)室”于1973年5月14日發(fā)射進(jìn)入435公里高的軌道。先后有3批共9名航天員登上“天空實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行生物學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、太陽物理、天文觀測、對地觀測和工程技術(shù)試驗(yàn)，拍攝了約1000萬平方公里地球表面的 4萬多張照片(見彩圖)?！疤炜諏?shí)驗(yàn)室”取得的另一重大成果是觀察到一次中等程度的太陽耀斑爆發(fā)的全過程，并進(jìn)行了錄像，這是研究太陽耀斑的極可貴的資料。根據(jù)原來的設(shè)計(jì)，“天空實(shí)驗(yàn)室”應(yīng)在軌道上運(yùn)行到80年代初，待航天飛機(jī)研制成功后由航天飛機(jī)將其回收，但由于1978～1979年間太陽黑子活動(dòng)加劇，大氣層略有擴(kuò)張，致使“天空實(shí)驗(yàn)室”在軌道上的阻力增加，于1979年7月11日提前墜入大氣層燒毀。

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“禮炮”號(hào)航天站 蘇聯(lián)從60年代以來發(fā)射了 6艘“東方”號(hào)飛船和2艘“上升”號(hào)飛船,完成了第一階段的載人航天任務(wù)。蘇聯(lián)根據(jù)這些航天實(shí)踐得出結(jié)論，在軌道上建立可長時(shí)間工作的航天站，比每次攜帶一套電源、生命保障系統(tǒng)和通用設(shè)備的單個(gè)飛船更為經(jīng)濟(jì)有效。因此決定發(fā)展能為軍用和民用較大規(guī)?？茖W(xué)試驗(yàn)服務(wù)的“禮炮”號(hào)航天站，并用“聯(lián)盟”號(hào)飛船作為接送航天員的工具。同時(shí)研制專為“禮炮”號(hào)航天站運(yùn)送物資的不回收的“進(jìn)步”號(hào)飛船。蘇聯(lián)從1971年4月19日到1984年11月共發(fā)射7個(gè)“禮炮”號(hào)航天站,以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，進(jìn)一步完善航天設(shè)備，并從事許多與科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)、軍事有關(guān)的探測、偵察、試驗(yàn)活動(dòng)。自1979年 9月29日“禮炮”6號(hào)航天站上天以來，蘇聯(lián)共進(jìn)行33次與此有關(guān)的發(fā)射活動(dòng)，先后有19批航天員到航天站上工作?！岸Y炮”6號(hào)航天站有兩個(gè)對接艙口，借以進(jìn)行不定期的加油、補(bǔ)給、輪換航天員。1982年4月19日蘇聯(lián)發(fā)射“禮炮”7號(hào)航天站，以“禮炮”7號(hào)航天站為中心的載人航天活動(dòng)正在進(jìn)行中。3名航天員在“禮炮”7號(hào)航天站上創(chuàng)造了持續(xù)飛行236天22小時(shí)50分的新紀(jì)錄，完成了多項(xiàng)需要長期工作的科學(xué)研究課題，包括植物在太空環(huán)境下從播種、發(fā)芽、生長、開花到結(jié)果的全過程的研究。

“空間實(shí)驗(yàn)室” 70年代初，美國曾計(jì)劃在航天飛機(jī)上裝備一個(gè)能進(jìn)行精密加工、制造高強(qiáng)度材料、提煉高純度單晶體和某些生物制品的航天器。后因經(jīng)費(fèi)不足，遂與歐洲空間局達(dá)成協(xié)議，由西歐國家按照美國航天飛機(jī)貨艙的尺寸和承載能力研制“空間實(shí)驗(yàn)室”?！翱臻g實(shí)驗(yàn)室”由一個(gè)圓柱形增壓艙和一個(gè)敞開的儀器艙組成。前者是航天員的生活和工作場所，裝有生命保障系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備和小型專用儀器設(shè)備。1983年11月28日“空間實(shí)驗(yàn)室”1號(hào)由“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)運(yùn)送入軌(圖10)。聯(lián)邦德國專家也參加了實(shí)驗(yàn)室的工作?！翱臻g實(shí)驗(yàn)室”的研制成功為美國國家航空航天局提供了一個(gè)重要的航天器，也使西歐開始直接參加載人航天活動(dòng)。

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航天飛機(jī)出現(xiàn)

運(yùn)載火箭將人造衛(wèi)星、空間探測器、載人飛船、航天站等航天器送入軌道后，就被遺棄在太空直至墜入大氣層焚毀，這是航天活動(dòng)耗費(fèi)巨大的一個(gè)重要原因。60年代各種航天器發(fā)射頻繁，降低單位有效載荷的發(fā)射費(fèi)用就顯得日益重要，為了降低費(fèi)用，提高效益，一些科學(xué)家提出了研制能多次使用的航天飛機(jī)的設(shè)想。美國、蘇聯(lián)、法國、日本、英國等國都曾對航天飛機(jī)的方案作過探索性研究工作。在這些國家中，美國最早開始研制航天飛機(jī)并將其投入商業(yè)性飛行（見美國航天飛機(jī)工程）。美國航天飛機(jī)的論證工作始于1969年。1972年 1月美國政府批準(zhǔn)航天飛機(jī)為正式工程項(xiàng)目。最后確定的方案是整個(gè)飛行器由可回收重復(fù)使用的固體助推器、不回收的外貯箱和可多次使用的軌道器三個(gè)部分組成。方案要求能乘載7名航天員，但對乘員體質(zhì)要求并不十分嚴(yán)格。航天飛機(jī)起飛時(shí)加速度不超過3g，正常降落時(shí)不大于1.5g。對于這樣的過載環(huán)境，身體健康的人稍加訓(xùn)練就可以承受。1981～1982年10月，航天飛機(jī)進(jìn)行研制性飛行試驗(yàn)。1982年11月11日，美國航天飛機(jī)首次進(jìn)行商業(yè)性飛行，從近地軌道將兩顆通信衛(wèi)星送入地球靜止軌道。截至1984年，又有“挑戰(zhàn)者”號(hào)和“發(fā)現(xiàn)”號(hào)兩架航天飛機(jī)投入使用。美國航天飛機(jī)先后飛行了14次，共將14顆衛(wèi)星運(yùn)送入軌，還從軌道上捕捉了三顆不能工作的衛(wèi)星，其中一顆經(jīng)修復(fù)后重新放入軌道，另外兩顆被帶回。地面(見彩圖)“蘇聯(lián)研制的航天飛機(jī)也進(jìn)入了試驗(yàn)階段，到1984年年底，蘇聯(lián)航天飛機(jī)已作過多次研制性飛行試驗(yàn)。航天飛機(jī)兼有運(yùn)載火箭、載人航天器和高性能飛機(jī)的多重特性。它提高了航天活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益，使航天技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)更高的階段。

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人類最早產(chǎn)生太空飛行理想的年代已難以查證，但有效的航天活動(dòng)只是近30年的事。在不到一代人的時(shí)間里，航天事業(yè)取得了巨大的成就，它極大地豐富了人類的知識(shí)寶庫，典型地反映了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏，甚至正在改變現(xiàn)代文明社會(huì)的面貌。正是在這一領(lǐng)域，人們所要征服的對象──宇宙是無窮盡的，人類社會(huì)也必將從人類征服太空的活動(dòng)中吸取不斷前進(jìn)的力量。