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盘点美国宇航局的十大发明

2014-06-23  笑熬浆糊糊

 

盘点美国宇航局的十大发明

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土星五号运载火箭
 
  据国外媒体报道,美国宇航局史上最强大的发明要数土星五号运载火箭。土星5号运载火箭(Saturn V),又译神农五号,亦称为月球火箭,是美国国家航空航天局(NASA)在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭,是仅次于苏联能源号运载火箭的推力第二大运载火箭。
 
  土星五号运载火箭,其重量相当于美国二战的一艘驱逐舰,起飞质量超过了3000吨,这意味着该火箭需要最强大的发动机。工程师为其配备了5台F-1火箭发动机,可产生750万磅的推力,相当于1.6亿马力,当土星五号火箭升空时整个发射场如同遭遇一颗小型原子弹爆炸,美国人正是凭借着土星五号火箭的成功实现了登月:1969年7月20日,阿波罗11号飞船成功降落月球静海基地。
 
  1967年-1973年间NASA共发射了13枚“土星5号”运载火箭,它们保持着完美的发射记录。共有9枚“土星5号”运载火箭将载人的“阿波罗”号宇宙飞船送上月球轨道。土星5号”运载火箭的生产线于1970年关闭,1973年,“土星5号”最后一次将“天空实验室”空间站送入了近地轨道。
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装载土星5号的阿波罗11号火箭即将发射
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国际空间站
 
  国际空间站造价达到了1500亿美元:除了土星五号外,国际空间站要数美国宇航局第二大创造,虽然空间站来自许多国家的联合投入,但美国宇航局在其中扮演中最重要的角色,造价达到了1500亿美元,也是地球轨道上最庞大的结构,同时也跻身人类制造的最大、最昂贵机器。
 
  国际空间站至少要服役到2024年,后续可能还会继续延长服役年限。目前空间站已经运转了近14年,许多地方的设计需要重新维修。
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国际空间站
 
  国际空间站(International Space Station,ISS)是一项由六个太空机构联合推进的国际合作计划,也指运行于距离地面400公里的地球轨道上的该计划发射的航天器。
 
  国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的,经过近十余年的探索和多次重新设计,直到苏联解体、俄罗斯加盟,国际空间站才于1993年完成设计,开始实施。
 
  2014年3月9日日本宇航员若田光一正式就任国际空间站站长。若田光一是第39位站长,同时也是第一位日本籍站长。
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格鲁曼公司制造的登月舱
 
  登月舱是用来载送宇航员在月球轨道上的飞船和月球表面之间往返的交通工具。由于月球上没有空气,登月舱只能用火箭引擎推送,并可像直升机一样作垂直升降。
 
  美国宇航局的登月舱排名第三,由格鲁曼公司制造,该公司是著名的战斗机制造商,虽然其主打的战斗机,但是生产飞船还是较为罕见的,因为太空中没有空气,空气动力学几乎用不上。因此格鲁曼公司工程师开始新的创新方式,打造出人类历史上第一种登月舱。
 
  登月舱分上升段和下降段:上升段有乘员室,气温24度,室内充满1/3大气压的纯氧。下降段装有登月舱向月面降落减速使用的逆喷射火箭,备有火箭的燃料、氧化剂槽、水和氧气槽,还有调查月面的科学仪器。登月舱在月面时,上升、下降段合二而一,但从月球表面再度起飞时,保有上升段起飞,下降段则是发射架,发射完毕后置留于月球表面。
 
  现在许多私人航天企业都具备了制造宇宙飞船的能力,登月的门槛正在逐渐降低。
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“天空起重机”和“好奇”号组合降落体
 
  好奇(Curiosity)号火星探测器是一个汽车大小的火星遥控设备,是美国第五个火星着陆探测器,也是第一辆采用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。项目总投资25亿美元,是截至2012年最昂贵的火星探测项目。
 
  好奇号火星车的降落极具冒险:好奇号火星车的安全着陆使得美国宇航局成功将近1吨的载荷送上火星表面,花费达到了25亿美元,相当于一辆mini Cooper,当然要想使这辆火星车安全着陆,需要涉及到许多关键技术,而且还需要运气。于是美国宇航局的工程师想出了一个新的方法,使用一种称为天空起重机的装置,可将火星车安全吊放到地面,这是全新的行星登陆方案,有别于以往的缓冲气囊等方式。
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好奇号首次获取火星岩石样本照片
 
  1996年,美国宇航局发射了火星全球勘探者号探测器。这开启了新的探索火星的时期,一系列的轨道器和着陆器被送往火星。探测的结果让科学家了解到,火星其实蕴藏着活力。
 
  2004年登陆火星的勇气号和机遇号火星车已经发现,火星在过去曾经是温暖和湿润的,甚至可能存在过海洋。但是后来它的环境发生了巨大的转变。自那时起,美国宇航局火星探测任务的科学目标就围绕考察火星是否曾经支持生命存在而进行,好奇号火星车亦进一步推进美国宇航局“跟着水走”的战略。
 
  2008年11月18日,一项面向全美五岁至十八岁学生的为火星车命名的比赛开始。
 
  2009年03月23日至29日,普通公众有机会为九个进入决赛的名字进行投票,为火星车的最终名称作为参考。
 
  2009年05月27日,NASA宣布六年级的华裔女生马天琪所起的“好奇”这个名称最终赢得了胜利。
 
  美国“好奇”号火星车于2011年11月26日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地41号发射台发射升空。美国航天局电视台画面显示,“好奇”号的升空时间为美国东部时间10时02分00秒211毫秒(北京时间23时2分)。
 
  美国东部时间2012年8月6日凌晨1时30分(北京时间6日13时30分),新型火星探测器“好奇”号着陆火星表面,展开为期两年的火星探测任务。作为一个星际间太空飞行器,“好奇”号的能量来自钚 ,大小只有一辆小型机动车大小它已经从地球出发,旅行了八个半月。
  
  2012年8月19日,美国“好奇”号火星探测车首次使用高能激光枪击打火星岩石,以期分析火星岩石矿物成分。好奇号火星漫游车利用机械臂末端的钻头钻取了火星表面一块基岩的样品,这是首次通过钻探获取火星岩石样本。NASA称这是好奇号自抵达火星以来所取得的最大的具有里程碑意义的成就。着陆后,地面控制人员将指示好奇号利用携带的科学设备分析样品,分析其矿物和化学成分,以确定火星上是否有水,是否有或曾经有适合生命存在的环境。
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好奇号火星车
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NASA好奇号火星车
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NASA好奇号火星漫游车

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阿波罗导航计算机
 
  导航计算机让宇航员成功飞往月球:阿波罗计划中涌现了大量创新和发明,除了阿波罗登月舱外,还有导航计算机,有了这台机器就可以让宇航员飞往月球,要知道这可是20世纪60年代的技术,仅仅在数年前人类才发射了第一颗人造卫星。麻省理工学院的仪器实验室参与了阿波罗导航计算机的研制,其智能程度甚至比不上现代的洗衣机,但其功能确实强大,也是现代数字式计算机的基础。
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美国企业号航天飞机
 
  美国宇航局制造了5架航天飞机:航天飞机是人类史上最大的航天器之一,也是唯一一种成功服役的可重复使用载人航天器,其外部携带了两个巨大的捆绑式助推器和橙色大型燃料箱。而苏联的宇宙飞船属于一次性产品,还需要重新制造。
 
  NASA航天飞机设计重复使用次数可达到100次,但美国宇航局5架航天飞机只执行了不到140次任务,同时出现了两次致命的飞行事故。
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美国挑战者号航天飞机失事照片
 
  1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难。直接造成经济损失12亿美元,NASA航天飞机停飞近3年。挑战者号航天飞机爆炸成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。
 
  “挑战者”号遇难宇航员为:斯科比、史密斯、麦克奈尔、杰维斯、鬼冢(夏威夷出生,日裔)、朱迪恩?雷斯尼克(女)、麦考利芙(女教师)。
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美国哥伦比亚号航天飞机返航途中解体
 
  美国当地时间2003年2月1日上午九9点(北京时间22:00),载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后,返回地球,但在着陆前发生意外,航天飞机解体坠毁。哥伦比亚号发生意外时的飞行高度为203,000英尺,时速为12,500英里。着陆前16分钟,哥伦比亚号航天飞机突然从雷达中消失。电视图像显示,解体的哥伦比亚号在德州的上空划出了数条白色的轨迹。
 
  哥伦比亚号是美国最老的航天飞机,已进行飞行任务二十八次,机上有七名乘员,其中四人为第一次飞行,包括一名首次参与航天飞机飞行任务的以色列航天员。遇难的七名宇航员分别是:里克-赫兹本德、威廉-麦克库尔、麦克尔-安德森、大卫-布朗、凯尔帕娜-乔拉、劳里尔-克拉克以及以色列人伊兰-拉蒙。
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<> 本帖最后由 赶超欧美赛光速 于 2014-6-19 04:15 编辑

 
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F-1火箭发动机
 
  F-1火箭发动机,是美国洛克达因公司设计制造的一款煤油液氧发动机,用于土星五号的第一级,F-1是投入使用的推力最大的单喷嘴液体发动机。在研制该发动机前,美国空军很羡慕前苏联的工业,因为后者总是能打造出比美国更好、更强大的发动机,因此美国宇航局开始制造F-1发动机,但测试时发生发动机出现振动,这是一个非常关键的问题,因为发动机振动会导致火箭发射失败,此后洛克达因的工程师解决了这个问题。
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F-1火箭发动机结构图
 
  F-1 engine 美国研制的单台推力最大的液体火箭发动机。“土星”5号运载火箭第一级推进系统由 5台F-1发动机组成。 中心一台固定安装,周围4台可以在±6°以内单向摇摆, 推进剂为液氧和RP-1煤油。力室采用直流式喷注器,喷管面积比16,分成两段:段和燃烧室是管束式结构,采用燃料再生冷却;后段单壁结构,靠引入的涡轮排气冷却,推进剂供应系统用泵压式。
 
  洛克达因最初设计F-1只是出于美国空军在1955年提出的制造超大型火箭发动机的要求。公司最后设计出两个版本,一个E-1,一个更大的F-1。E-1虽然在静态点火试验中取得成功,但很快这款发动机被视为没有前途,而且有更强大的F-1存在,E-1计划被搁浅了。然而美国空军发现没有使用如此强大的发动机的必要,F-1的研究计划也随之中止。刚刚成立的NASA看中了这款发动机,并与洛克达因签约,要求尽快完成研发。1957年,发动机进行了局部试验,而整机的静态点火试验也在1959年3月取得成功。
 
  F-1在随后七年的测试中,其燃烧不稳定性逐渐暴露出来,并可能导致灾难性事故。攻克这个技术难题的工作最初进展十分缓慢,因为这种故障的发生是不可预知的。最终,工程师们想出了解决办法,他们将少量的爆轰炸药放在燃烧室中,并在发动机运转时引爆炸药,以此测试燃烧室在压力变化时将作何反应。设计师随后测试了几种不同的燃料喷射器,并得到了最佳匹配方案。这个问题从1959年一直拖到1961年才算告一段落。
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海盗火星探测器
 
  1975年8月20日和9月9日,美国发射了两个海盗号火星探测器,用于探索火星上有无生物。这两个探测器由轨道飞行器和登陆舱组成,长为5.08米,重3530千克,其中轨道飞行器重2330千克,登陆舱重1200千克,用三脚支撑,装有生物化学实验箱、测量挖掘设备、两台电视摄像机、机械手和电源。
 
  设计90天寿命的海盗探测器工作了数年:海盗号火星着陆器是50年代末的一项大工程,美国宇航局喷气推进实验室试图送两艘火星探测器登陆火星表面,不仅要探测火星上的大气、地质参数,也要寻找火星生命。但探测生命的科学家实验室质量庞大,美国宇航局的工程师通过创新成功将其缩小到一个洗衣机的大小,原本设计90天寿命的海盗探测器从1976年工作到1982年,最新的评估显示,火星可能有微生物,至少存在有机物质。
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海盗号火星着陆器
 
  1975年9月9日,美国发射了“海盗2号”火星探测器, 在绕火星进行了长时间的探测之后,它又放出火星着陆器于1976年9月30日在火星表面软着陆。在这之前,1975年8月20曰,美国已发射了“海盗1号”火星探测器环绕火星探测,该探测器于1976年7月20日放出火星着陆器在火星表面软着陆。
 
  “海盗1号”和“海盗2号”像一对孪生兄弟,各方面都极为相似,甚至它们降落在火星表面的着陆器的结构几乎完全相同。两艘“海盗号”在绕火星探测期间,发回了数万张火星表面图像的传真照片,它们所放出的着陆器在火星表面着陆后,又发回了着陆地附近火星表面的大量近距传真照片。
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海盗号探测器拍摄的火星影像
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登月宇航服
 
  登月宇航服的设计是个创新亮点:阿波罗任务中还有一个创新亮点,这就是宇航服,美国宇航局首先要证明月球表面适合人类行走,其次是要研制可在月球表面行走的宇航服,这个问题在1960年代是个棘手活儿,工程师通过X-15和双子座任务积累了飞行经验,并研制出穿戴稍微舒服的宇航服,至少没有早期太空服那样僵硬、笨重。


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旅行者1号探测器
 
  美国宇航局制造了2艘旅行者探测器:旅行者探测器必然要跻身美国宇航局10大发明创新。在20世纪60年代,美国宇航局开始酝酿全面探索太阳系的计划,包括了木星、土星、天王星和海王星,因为在70年代这些天体正好“对齐”,可以一次性完成飞掠,如果错过那就要等180年后,即便经费紧张的情况下,美国宇航局仍然完成了2艘旅行者飞船的研制。
 
  旅行者号探测器,是美国研制并建造的外层星系空间探测器,共发射两颗。原名“水手11号”和“水手12号”。旅行者2号和旅行者1号分别于1977年8月20日和9月5日发射升空。这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务。旅行者1号与其姊妹船旅行者2号携带的钚电池(核动力电池)将持续到2025年左右。当电池耗尽之后,他们会停止工作,将继续向着银河系的中心前进。
 
  2012年8月中旬,研究学者表明“旅行者1号”将进入星际空间,35年共飞行178亿公里。2013年9月12日,美国宇航局NASA在本周四确认,“旅行者1号”探测器已经离开太阳系,到达太阳系外空旷的恒星际空间超过一年时间。
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旅行者探测器发射
 
  旅行者号探测器是1977年美国发射的两颗行星探测器。两颗探测器原来名称为“水手计划”的“水手11号”和“水手12号”。它们巧妙地利用巨行星的引力作用,使它们适时改变轨道,从而达到同时探测多颗行星及其卫星的目的。两探测器各重815千克,结构大体相同,带有宇宙射线传感器、等离子体传感器、磁强计、广角、窄角电视摄像仪、红外干涉仪等11种科学仪器,耗资3.5亿美元。1号发射前出现故障而延期,结果延至1977年9月5日发射,2号按预定计划在1977年8月20日发射。
 
  旅行者1号探测器探测了木星和土星,2号则探测了木星、土星、天王星和海王星,取得了巨大的成功,发回约5亿个数据。提供了有关木星磁场、磁层、大气、内部结构的可靠资料,发现了木星极光、木星环和5颗新木卫,详细考察了伽利略卫星;经过土星时,发现土星环的细节结构和众多新的动力现象,22个土卫构成复杂的运动系统,证实了巨行星有自己的能源,表面是液态氢的海洋,导致人们对行星观念发生深刻的改变。
 
  旅行者2号探测器还探明天王星的大气、磁场情况,修订了其自转周期值,提出其独特的内部结构模型,发现10颗新天卫和11条新天王环;有关海王星的重大发现有:探明其大气组成及剧烈的大气活动,发现表面上的黑斑和亮斑,探明其磁场、磁层和内部结构,确证了的5条环带和6颗新海卫,尤其海卫一的成果更有重大价值。
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旅行者1号携带的铜质镀金唱片
 
  2颗探测器将从不同方向飞出太阳系。它们都携带有一张特殊的镀金唱片“地球之音”,上面录制了有关人类的各种音像信息:60个语种向“宇宙人”的问候语、35种自然界的声音、27首古典名曲、115帧照片。预计唱片可在宇宙间保存10亿年之久。
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