基本介紹
- 中文名：太空航行
- 外文名：space flight
- 定義：載/不載人太空飛行器在太空航行活動
- 航行範圍：地球大氣層以外的宇宙空間
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太空航行速度
第一宇宙速度
以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的近地衛星?
地球質量M=
kg，地球R=6400km，G=
地表 g=
（離地高度忽略不計）
推導方法一：萬有引力提供向心力
推導方法二：重力提高向心力（重力近似等於萬有引力）
在地球表現萬有引力近似等於重力，所以這兩種推導方法都是正確的。人們把7.9km/s這個速度叫做第一宇宙速度，它是近地衛星的環繞速度，也是近地衛星的發射速度。
概念辨析：發射速度與環繞速度 發射速度：衛星在地面附近離開發射裝置的初速度，一旦發射後再無能量補充，被發射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升。21cnjy.com 環繞速度：衛星在進入運行軌道後繞地球做圓周運動的線速度。
第二宇宙速度
當人造衛星進入地球附近的軌道速度大於skm/9.7而小於skm/2.11時，它繞地球運動的軌跡就不再是圓，而是橢圓，且衛星做變速率的運動，發射速度越大，橢圓軌道越“扁”，離地面的高度越高。
第三宇宙速度
如果物體發射的速度更大，達到或超過skm/2.11時，物體將擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動的人造小行星。我們把skm/2.11這個速度稱為第二宇宙速度，又叫脫離速度。 如果物體的發射速度再大，達到或超過skm/7.16時，物體將能夠擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外。我們把skm/7.16這個速度稱為第三宇宙速度，也叫逃逸速度。
星軌道越高所需發射速度越大，而到軌道後的環繞速度越小。
第一宇宙速度是人造衛星的最小發射速度，也是人造衛星最大運行速度。
太空航行三階段發展史
從人類航天活動的歷史來看，我們可以把人類探索太空的活動大致分為三個階段。
第一階段
初步的探索時期。大體從萬戶到哥白尼開始至19世紀末。14世紀末我國的萬戶進行飛行試驗。16世紀，波蘭天文學家哥白尼在《論天球的運轉》的著作中提出“日心說”；義大利科學家伽利略對重心、速度、家速度等運動概念進行了詳盡研究。19世紀，德國天文學家克卜勒發現的行星運動的三大定律，揭示了天體運行的自然規律。英國科學家牛頓提出了著名的“萬有引力定律”，解決了天體運動的動力學問題。至此，經典力學和早期天體理論為開展宇宙航天奠定了堅實的基礎。
第二階段
現代航天理論形成和現代航天飛行初創時期。現代航天理論的形成始於20世紀初。俄羅斯航天先驅齊奧爾科夫斯基於1903年發表的論文提出了著名的齊奧爾科夫斯基公式，隨後又相繼發表了兩篇重要論文，奠定了火箭和液體火箭發動機的理論基礎，他提出了用火箭自帶氧化劑和燃燒劑作為飛行動力並採用多級火箭
第三階段
人類航天活動現代化時期。主要指1957年至今人類航天活動五十年來的發展歷程。1957年10月4日，前蘇聯利用彈道飛彈改裝而成的運載火箭，成功發射了人類首顆人造地球衛星，開闢了人類探索外層空間活動的新時代。半個世紀以來，人類航天活動可謂由近至遠、從無人飛行到載人飛行，取得了突飛猛進的發展。1961年4月2日，前蘇聯航天員加加林完成的人類有史以來的首次太空飛行，人類實現了載人航天的歷史性突破。1969—1972年，美國的6批12名航天員登上了月球，創造了人類踏上地外天體的記錄；他們在月球的不同區域累計停留305小時，取回了381.7千克月球樣品。
成績
至今，全球已有400多位航天員進行了太空飛行，其中在太空一次生活最長時間達438天，累計時間最長的達748天。人類建造了可部分重複使用的太空梭，至今太空梭進行了117次發射，成為20世紀人類科技進步的象徵。截止目前，全球已研製80多種航天運載器，形成了30多個系列，可將重型飛行和飛船送往太空，巨型運載火箭可以將100多噸的太空飛行器送入近地軌道；不僅可以從抵免發射場進行航天發射，而且還能夠從海上平台、空中飛機上發射不同的衛星。先後建造了禮炮號、和平號等多個空間站，目前由16個國家聯合建造的大型國際空間站已經完成了多個艙段對接，國際空間站縱質量達450噸，主結構長110米、寬88米，由36個艙段和構建組成，將用於開展各種空間試驗。
九十年代發射的哈勃望遠鏡延伸了人類的“視線”，讓人類看到了200多萬光年以外的深空。迄今，人類已經完成了120次成功或基本成功的深空探測活動，發射的探測器拜訪了太陽系的7顆行星、太陽、慧星和小行星，實現了在火星、金星、土衛六等天體上的軟著陸，2005年成功執行了撞擊慧星的任務。目前人類製造的太空飛行器已經飛到了太陽系的邊緣。50年來，各國發射了大約6000個太空飛行器，包括通信、遙感、導航、科學實驗等不同用途、運行在不同軌道的衛星，以及各種深空探測器。目前有800多顆衛星正在軌運行。人造衛星已經發展成為集成各種高、精、尖新技術的先進、複雜的衛星系統或衛星星座。
伴隨著人類航天事業的巨大進步，我國的航天事業也取得了輝煌成就。我們中國在1970年4月24日用自己研製的長征一號運載火箭成功發射了自己研究的東方紅一號人造地球衛星，在那個年代中國成為世界上第五個能夠研製火箭和衛星的國家這是非常了不起的事件。
目標
達到太陽系內翱翔、近距離考察木星紅斑衛星、建立月球火星宇航基地、星際移民、飛行器遠達太陽系以外的能力。
國際合作
從太空時代開始時起，美國在空間領域的投入就處於領先地位，這個趨勢在可預見的未來還會繼續。即使如此，NASA（National Aeronautics and Space Administration，美國航空航天局）163億美元的年度預算和20世紀60年代的全盛時期比起來也是相當有節制的。當時阿波羅計畫花費了聯邦預算的4%，同時美國每年大約要在太空軍事行動上花費200億美元。
在空領域面投入占第二位的是17國聯合組成的ESA（European Space Agency，歐洲航天局）但投入要大大少於占第一位的美國。歐洲在20世紀70年代應NASA的邀請參載入人太空梭計畫時，開始涉足人類的空間探索。歐洲國家決定開發一個模組化的研究設備，叫做空間實驗室（Spacelab），在衛星的有效載重倉中運行。
1983年，在空間實驗室的處女航中，德國人Ulf Merbold作為第一個ESA太空人和第一個搭乘美國太空飛行器的非美國人創造了歷史。從1978年起，30多名來自ESA成員國的太空人在48次任務中參與了飛行。其中27次是和NASA的合作計畫，21次是與前蘇聯的合作。
隨著冷戰時敵對態勢的消散，近年來這種國際合作已經成為主旋律。更引人矚目的是16個國家開始共同協作，建立國際空間站International Space Station（ISS）——迄今為止繞地球軌道運行的最大、最複雜、最昂貴的飛行器。
歐洲對國際空間站的貢獻包括哥倫布實驗室、至少6個自動轉移飛行器（Automated TransferVehicle，ATV）、歐洲機械手、3個多功能後勤艙、兩個國際空間站節點、俄羅斯部分的數據管理系統、一個稱為“炮塔cupola”的歐制觀測艙。除此之外，歐洲還提供專業科學設備，包括微重力手套箱、各種冷藏和冷凍設備。國際空間站的另一個主要貢獻者是俄羅斯，它提供了幾個艙，其中一個是美國建造的，和一個可靠的低成本空間運輸系統包括它的Soyuz（聯盟號）宇宙飛船和“進步號Progress”宇宙飛船。和歐洲一樣，日本也依靠美國和俄羅斯來講他們的太空人送上軌道，但他們的科學家希望在新建的Kibo實驗室做出一些微重力方面的突破性的研究。日本的HTV貨運飛船也在開發當中。義大利也在研究一系列的機械手和操作器，確立了在這方面的專業地位。
與此同時，美國、俄羅斯、歐洲、日本、中國和印度都自主研發了進入太空的技術，巴西在這方面也十分積極。自1979年12月第一枚“阿里亞娜Ariane” 火箭發射以來，歐洲運載火箭家族就成為了整個歐洲空間套用技術發展的戰略關鍵，並在以後很多年間主導了全球商業空間發射市場。
今天，阿里亞娜5 重型火箭能夠將兩顆大型商業衛星送入地球同步轉移軌道，而它的改良型即將在與國際空間站的交會對接任務中發射第一個ATV。小型運載火箭Vega的採用和法屬蓋亞那發射基地建立的俄羅斯“聯盟號”火箭發射架也使歐洲的發射能力得到了提升。
即使中國高可靠性的長征運載火箭和印度的PSLV、GSLV在很大程度上被美國的限制性技術轉讓規則排除在外，在目前有限的發射市場中對發射契約的競爭也還是十分激烈的。除此以外，一些退役的飛彈也可以用來將小型負載送入地球的低軌道，尤其是俄羅斯保存著冷戰時遺留下來的大量運載火箭和改良型飛彈。
不過，由於太空時代的出現，當今社會已經被不可逆轉地改變了。空間技術和變革已經觸及已開發國家人們的日常生活——無論是氣象衛星、地球成像飛船、手持導航系統和行動電話、衛星電視轉播還是寬頻Internet連線都是如此。甚至在欠已開發國家，宇宙空間也被視為高技術產業的原動力和年輕科學家、工程師的靈感來源。幾乎可以肯定地說，與今後50年所能發生的變革相比，這50年來所取得的進步要大得多。
太空航行圖書
《太空航行》是2009年5月湖北教育出版社出版的圖書，作者（德）埃里希·于波拉克 文，（德）約翰·布勒丁格。
內容簡介
接著介紹對於了解太空航行所必要的概念，如航天火箭，逃逸速度，太空飛行器和同步軌道等。文章中間也會介紹行星及其衛星的探索知識。因為有了太空航行，在從1960年到今天這個很短的時間內，我們了解的航天知識比前幾代研究人員觀察到的所有的加起來還要多。而在本書的最後，我們要對太空航行的未來進行一次簡要的分析。
這本書首先介紹了我們的太陽系最重要的成員，雖然對太陽和月亮介紹的有點太短，但會在叢書中單獨分章介紹。
目錄
太陽系，我們的故鄉
什麼是行星？
太陽是宇宙的中心嗎？
人類從何時開始觀察行星的？
為什麼行星圍繞著太陽旋轉？
我們的地球是如何轉動的呢？
是誰發現了天王星，海王星和冥王星？
為什麼地球上會有生命？
生命是如何產生的？
其他行星上也有空氣嗎？
什麼是衛星？
小型天體包括哪些？
什麼是彗星？
通過望遠鏡和雙筒望遠鏡可以看到什麼呢？
火箭和衛星
火箭是如何工作的？
為什麼火箭適合太空航行？
我們為什麼需要多級火箭？
什麼是人造衛星？
為什麼人造衛星會繞地球公轉？
如何理解逃逸速度？
地球表面附近有特別適合的衛星軌道嗎？
什麼是空間探測器？
什麼是空間站？
太空航行有經濟效益嗎？
太空航行是如何幫助天文學家的？
什麼是太空梭？
人可以在太空中存活多久？
空間碎片將會使太空航行成為不可能嗎？
太空探測器探索太陽系
人類能飛到太陽上去嗎？
水星上是什麼樣子？
金星上有生命嗎？
金星上是什麼樣子？
月球的年齡有多大？
火星上曾有人居住嗎？
是空間站圍繞著火星旋轉嗎？
飛往木星需要多久？
木星有多少顆衛星？
土星環是消亡天體的碎片嗎？
土星衛星上也會有大氣層嗎？
為什麼天王星是綠色的？
“旅行者”2號在海王星上發現了什麼？
人類能飛往冥王星嗎？
太陽系是否還有其他行星存在？
彗星是什麼物質組成的？
太空航行的未來
人類將來也能飛往火星嗎？
其他的恆星也有行星嗎？
人類將來能飛往天王星嗎？
飛往仙女座星雲是否能成為可能？
人類能與其他文明取得聯繫嗎？
真的有飛碟存在嗎？
名詞索引
