漫话空间科学技术（1）
胡经国
一、航天学概述
航天学 (Astronautics），又称为星际航行学，是研究航天基本原理、指导航天工程实践的一门自成体系的综合性技术科学，是航天系统，特别是航天器和航天运输系统设计、制造、试验、发射、运行、返回、控制、管理和使用等航天技术的理论基础。
航天学是多种基础科学和技术科学在航天工程实践应用中发展起来的。
航天学的主要分支学科有：航天动力学、空气动力学、火箭结构分析、航天器结构分析、航天热物理学、火箭推进原理、燃烧学、航天材料学、火箭制造工艺学、航天器制造工艺学、飞行控制和导航理论、空间电子学、飞行器环境模拟理论、航天医学、航天系统工程学等。
二、航天工程概述
航天工程（Astronautical Engineering），是指探索、开发、利用太空和天体的综合性工程，即综合实施航天系统，特别是航天器和航天运输系统的设计、制造、试验、发射、运行、返回、控制、管理和使用的工程。航天工程有时还指某项大型航天活动、研制任务或建设项目。
航天工程通常采用系统工程的理论和方法来组织实施。
航天工程与航天学、航天技术（又称空间技术）的关系是：航天学是航天工程实践的理论指导，航天技术是航天工程的技术手段；航天工程在航天学的指导下，充分利用航天技术，并且在实践中使航天学和航天技术的内容不断丰富和发展。
三、空间技术
1、空间技术概述
空间技术（Space Technology），又叫做航天技术（Astronautical Technology）、太空技术，是探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术。
1957年10月4日，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星，标志着人类跨入了航天时代。由此兴起的空间技术在以后的近半个世纪里获得了迅速发展。空间技术的发展使人类挣脱了地球引力的羁绊、进入广袤无垠的外层空间成为现实，同时也为军事活动提供了新的场所。外层空间已成为一个“新战场”。
2、“天”的定义
如上所述，空间技术是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称为航天技术和太空技术。那么，什么是“天”？
“天”有以下两种定义。一种定义认为，天是指地球大气层以外无限遥远的空间。另一种定义认为，天是指地球大气层以外至太阳系以内的空间。
按照后一种定义，在大气层以外太阳系以内的航行活动称为“航天”，而在太阳系以外的航行活动则称为“航宇”。
在相当长的历史阶段内，人类只能实现航天活动。因为任何一种航行活动都是与其推进技术密切联系的；只有当推进技术进步到一定程度，使运动物体速度提高到一定水平，才具有某种特定的航行活动。当飞行器达到第一宇宙速度（7.9公里/秒）时才能克服地球引力而环绕地球飞行，不会落回地球表面；当提高到第二宇宙速度（11.2公里/秒）时，可以脱离地球飞向太阳系的其它行星；当提高到第三宇宙速度（16.7公里/秒）时，就可以飞离太阳系。
虽然第三宇宙速度在理论上可以实现太阳系以外的航行活动，但是太阳系太大，现代航天器以第三宇宙速度来飞行，需要飞行万年以上才能够离开太阳系。进行太阳系之外的通讯，信号来回一次需要1年以上时间。
所以，讨论太阳系以外的航行活动，还为时尚早；当今技术远远做不到。发展空间技术的最终目的就是要实现空间转移。所以，当代把航天定义为地球大气层以外至太阳系以内的航行活动更为确切。当代研究的空间技术所涉及的范围也是指在太阳系以内。
3、空间资源
在相当长的时期内，人类主要开展以地球为中心的航天活动。要实现航天活动，就需要建立庞大的以航天器为核心的航天系统。它由特定的航天器（卫星、空间站、探测器），运载工具（火箭、航天飞机），航天发射场，地面测控网（地面站、船），地面应用站网及其它有关系统组成。它是一个庞大的系统工程。
⑴、运载工具
运载工具，将航天器加速至宇宙速度，并且送入预定的运行轨道。现代航天运载工具分为运载火箭和航天飞机两种；前者为一次性使用，后者可多次使用。
运载火箭最早发展，已普遍使用。各航天大国均拥有自己的运载火箭及发射场。运载火箭一般由2～3级组成，每级火箭均有推进系统，末级火箭内装有火箭的制导与控制、跟踪、遥测、电源等系统。同时，末级火箭顶部安装被运送的航天器。
⑵、航天器
航天器，是指在地球大气层以外按天体力学规律运行的飞行器，包括各种人造卫星、载人飞船、空间站、行星探测器等。
其中，人造卫星发射数量最多，并且已广泛应用，产生了巨大的效益。人造卫星种类很多，有通信卫星、遥感卫星、导航定位卫星、科学卫星等。
通信卫星是作为无线电通信中继站的人造卫星。在通信卫星上有通信转发器和天线。经过通信卫星可以实现远距离的电话通讯、数据交换，也可以转播电视节目。
遥感卫星在空间对地球表面进行拍照，获取气象、海洋、环境、资源、军事目标等各种信息，为经济建设、科学研究和军事活动服务。遥感卫星视其用途不同，又分为气象卫星、海洋卫星、资源卫星、军事侦察卫星等。
导航定位卫星是为地面、海洋、空中和空间用户提供导航定位的卫星。它由若干颗卫星组成，分布在不同轨道上运行。每颗卫星在空间的坐标位置是严格确定的，它发射特定的无线电信号，用户接收该信号，加以处理，确定自己所在的位置。
⑶、航天地面站
航天地面站，包括跟踪测控站（网）和卫星应用业务站。前者对航天器发射和运行的轨道进行跟踪，监测航天器的工作状态，发送各种工作指令。后者接收处理卫星的遥感图像，传递、转发、接收各种信息，如气象云图接收站，地球资源接收站，通信站，电视接收站等。
（未完待续）
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