空間技術

空間技術就是探索、開發和利用宇宙空間的技術，又稱太空技術和航天技術。討論航天，那什麼是天？有兩種定義。一種定義認為，天是指地球大氣層以外無限遙遠的空間。另一種定義認為，天是指地球大氣層以外至太陽系內的空間。按后一種定義，大氣層以外太陽系以內的航行活動則稱之為航天，而太陽系以外的航行活動稱之為航宇。相當長的歷史階段內，人類只能實現航天活動。

因為任何一種航行活動都是與其推進技術密切聯繫的，只有當推進技術進步到一定程度，使運動物體速度提高到一定水平，才具有某種特定的航行活動。當飛行器達到第一宇宙速度（7．9公里/秒）才能克服地球引力而環繞地球飛行，不落回地球表面；提高到第二宇宙速度（11．2公里/秒）可以脫離地球飛向太陽系的其他行星；提高到第三宇宙速度（16．7公里/秒）就可以飛離太陽系。雖然第三宇宙速度理論上可以實現太陽系以外的航行活動，但是太陽系太大，現代航天器以第三宇宙速度來飛行，需飛行萬年以上才能離開太陽系。

進行太陽系之外的通訊，信號來回一次需要一年以上時間。所以討論太陽系以外的航行活動，為時尚早，當今技術遠遠做不到。發展空間技術，最終目的就是要實現空間轉移。所以，把航天定義為地球大氣層以外至太陽系之內的航行活動更為確切。當代研究的空間技術所涉及的範圍也是指太陽系之內。

相當長的時期內，人類主要開展以地球為中心的航天活動。要實現航天活動，就要建立龐大的以航天器為核心的航天系統。它由特定的航天器（衛星、空間站、探測器），運載工具（火箭、太空梭），航天發射場，地面測控網（地面站、船），地面應用站網及其他有關係統組成，它是一個大系統工程。

1．運載工具將航天器加速至宇宙速度，並送入預定的運行軌道。現代航天運載工具分運載火箭和太空梭兩種，前者為一次性使用，後者可多次使用。運載火箭最早發展，已普遍使用。各航天大國均擁有自己的運載火箭及發射場。運載火箭一般由2—3級組成，每級火箭均有推進系統，末級內裝有火箭的制導與控制、跟蹤、遙測、電源等系統。同時，末級頂部安裝被運送的航天器。

2．航天器指的是在地球大氣層以外按天體力學規律運行的飛行器，包括各種人造衛星、載人飛船、空間站、行星探測器等。其中人造衛星發射數量最多，並已廣泛應用，產生了巨大的效益。人造衛星種類很多，有通信衛星、遙感衛星、導航定位衛星、科學衛星等。

通信衛星是作為無線電通信中繼站的人造衛星，衛星上有通信轉發器和天線。經過通信衛星可以實現遠距離的電話通訊、數據交換，也可以轉播電視節目。

遙感衛星在空間對地球表面進行拍照，獲取氣象、海洋、環境、資源、軍事目標等各種信息，為經濟建設、科學研究和軍事活動服務。遙感衛星視用途不同，又分為氣象衛星、海洋衛星、資源衛星、軍事偵察衛星等。

導航定位衛星是為地面、海洋、空中和空間用戶提供導航定位的衛星。它由若干顆衛星組成，分佈在不同軌道上運行。每顆衛星在空間的坐標位置是嚴格確定的，它發射特定的無線電信號，用戶接收該信號，加以處理，確定自己所在的位置。

3．航天地面站包括跟蹤測控站（網）和衛星應用業務站。前者對航天器發射和運行的軌道進行跟蹤，監測航天器的工作狀態，發送各種工作指令。後者接收處理衛星的遙感圖像，傳遞、轉發、接收各種信息，如氣象雲圖接收站，地球資源接收站，通信站，電視接收站等等。

空間技術屬於高技術，但技術更新進步極快，所以也是一門新技術。那麼空間技術有什麼特點？

近40年來，空間技術發展很快，它有許多特點，這裡強調三個突出特點。其一，空間技術是高度綜合的現代科學技術，它是許多科技最新成就的集成，其中包括噴氣技術、電子技術、自動化技術、遙感技術、材料科學、計算科學、數學、物理、化學等等。其二，空間技術是對國家現代化、社會進步具有宏觀作用的科學技術。由於航天器飛行速度快，運行高度高，所以可快速地大範圍覆蓋地球表面。例如，通過衛星使電視網路覆蓋全國及至全球；氣象衛星可以進行全球天氣預報，包括長期天氣預報；偵察衛星可以及時發現世界各個地區的軍事活動等。這許多都是常規手段無法做到的。其三，空間活動是高投入、高效益、高風險的事業。儘管風險很大，但是空間技術的發展對人類的貢獻是巨大的，因此它必將持續發展。

概括說有四個方面：在經濟上，太空活動具有很高的經濟和社會效益。多種應用衛星在通信廣播、資源調查、環境監視、氣象預報、導航定位等方面，已為人類做出了巨大的貢獻。根據一些國家研究分析，空間技術投資效益比達1：10以上。更為深遠的意義是太空活動將為人類提供無限寶貴的種種資源。在軍事上，許多軍事專家認為誰佔有空間優勢，誰就具有軍事戰略優勢。多年來，超級大國都在發展戰略核武器，為選擇打擊目標，提高命中精度及了解敵方軍事部署，競相發展偵察衛星，它是洲際導彈的耳目，並已成為戰略核武器的配套項目。通訊、導航等衛星的發展，同樣大大增強了國家的軍事力量。航天技術的繼續發展，對軍事的影響將是革命性的。在科學技術上，空間活動帶動和促進了眾多學科的發展。首先，空間活動帶動了技術發展，如電子技術，遙感技術，噴氣技術，自動控制技術等；其次，對基礎科學將有很大推動，包括對生命科學、宇宙的形成和發展等都將有重要的新發現；第三是形成了許多邊緣學科，如空間工藝學、空間材料學、空間生物學、衛星測地學、衛星氣象學、衛星海洋學等等。在政治上，空間技術極大地提高國家在綜合國力及其在國際活動中的地位，國際上討論的許多重大問題都與空間有關，世界大國首腦會談也離不開這個問題。由於空間技術有如此重要的意義，當今參加開發空間的國家越來越多，已達60多個，而應用空間技術成果的國家幾乎遍及世界各個角落。

包括噴氣技術、電子技術、自動化技術、遙感技術、材料科學、計算科學、數學、物理、化學等等。

人類探空活動的歷史，大致經歷了氣球、火箭、人造衛星等幾個階段.18世紀80年代，就有科學家利用氣球升空進行科學考察。到了20世紀20年代，各種氣球(主要是氫氣球和氮氣球）已在科學考察、交通運輸、軍事偵察等方面發揮了不小的作用。然而，氣球的結構決定了它只能上升到50千米左右，大氣密度的降低使氣球對更高的空間只能望"空"興嘆。要到更高的空間進行科學探索，必須依靠另外的運載工具，這種運載工具就是火箭。火箭是中國首先發明的。中國在元、明朝期間應用的火箭武器是現代火箭的始祖。

1903年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基發表了題為《利用噴氣儀器研究宇窗空間》的論文，提出了利用火箭探索宇宙空間的思想，建立了著名的齊奧爾科夫斯基公式.1926年3月，美國物理學家戈達德獨立地研究了火箭的推進原理，設計、製造併發射了世界上第一枚液體火箭。此後，許多國家的科學家在政府的支持下，開展了對火箭製造和發射的研究。1942年10月，德國製造並成功地發射了第一枚軍用液體火箭V-2。戰後，科學家們利用V-2和它的改進型作為新的工具來探測50千米以上的空間，獲得了許多關於高層空間的資料。

到了50年代後期，火箭的運載能力已達到發射人造衛星的水平。為了實施地球物理年的計劃，美國和前蘇聯積極籌劃發射科學衛星.1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了世界上第一顆人造地球衛星，他標誌著“空間時代”的真正開始。1958年美國發射了人造地球衛星。1970年中國也發射了人造地球衛星。從此以後，各種人造衛星陸續升天，至今已有4800多顆，其中我國有50多顆。

人類進入宇宙空間主要是由載人宇宙飛船和地球軌道空間站實現的。1961年4月12日，前蘇聯第一個發射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道，運行108分鐘后安全返回地面，開闢了人類航天的新紀元，標誌著人類空間技術進入了新的時代。1969年7月16日，美國成功地利用"土星-V"運載火箭發射阿波羅飛船，把宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球，並於7月25日返回地球。

1973年5月14日，美國又利用"土星-V"火箭將82噸重的"天空實驗室1號"送入太空，並以阿波羅飛船為交通工具，先後把3批共9名宇航員送進實驗室，進行了20多項科學研究。在此期間，前蘇聯則以建立空間站為重點開展一系列的探空活動。從1971年到1986年，先後發射了"禮炮"1至7號空間站、"和平號"宇宙軌道站。並分期分批發射"聯盟號"、"進步號"、"宇宙號"等飛船，與"禮炮號"空間站對接，為空間站輸送各種儀器、燃料、生活用品以及更換宇航員和研究人員。1982年，前蘇聯有兩名宇航員在"禮炮7號"上度過了211天，創造了宇航員空間飛行時間的紀錄。除了美國和前蘇聯之外，由前聯邦德國、英國、法國、比利時等10個西歐國家參加的歐洲空間局，也於1983年11月28日成功地發射了"太空實驗室1號"空間站。

第47屆宇航聯的大會於1996年10月在北京召開，大會的主題是擴大空間的應用範圍。與會者公認，下個世紀將是太空世紀，航空航天產業將是經濟增長的切入點。許多國家和地區，如美國、俄羅斯、歐洲、日本等，都計劃投入大量人力物力，發展太空梭、空間站、太空車等，進一步開發和利用太空資源。

空間技術的理論基礎包括"三個宇宙速度"理論、火箭推進原理、航天器返回技術等。

1.“三個宇宙速度”理論

要使飛行器成為人造地球衛星，必須使飛行器獲得一定的速度。利用物理學的公式算得它的最小速度V1=7.91千米/秒。這個速度就是所謂的"第一宇宙速度"。要使飛行器成為飛往月球或太陽系其他行星的空間探測器，也必須使飛行器獲得一定的速度，利用物理學的公式算得它的最小速度V2=11.18千米/秒。這個速度就是所謂的"第二宇宙速度"。所謂"第三宇宙速度",是指飛行器越出太陽系的引力作用範圍所需要的最小速度，其數值V3=16.7千米/秒。

2.火箭推進原理

火箭飛行的依據是動量守恆定律。火箭發射和飛行時，火箭內部的推進劑(燃料和氧化劑）在極短時間裡發生爆炸性燃燒，產生大量高溫、高壓的氣體從尾部噴出。噴出的氣體具有很大的動量，根據動量守恆定律可知，火箭必獲得數值相等、方向相反的動量，因而出現連續的反衝運動，快速前進。隨著燃料的減少，火箭的速度越來越快，當燃料燃盡時，火箭就以最後獲得的速度繼續飛行。

著名的齊奧爾科夫斯基公式告訴人們，在忽略重力和空氣阻力的情況下，火箭的最大速度V、火箭的噴氣速度C、火箭起飛時的質量M1、推進劑耗完以後火箭的質量M2,具有如下關係

v=C㏑M1/M2

其中M1/M2稱為火箭的質量比。由此可見，要提高火箭的速度，必須提高火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比，也就是要採用高性能的推進劑、研製先進的發動機，以及盡量減輕火箭的結構量。

空間技術也稱航天技術，它包括運載器、航天器和地面測控技術三個重要組成部分。

1.運載器

運載器主要是運載火箭。運載火箭有箭體結構、推進系統和控制系統等幾個部分。由於採用的推進劑是化學推進劑，單級火箭無法把衛星和飛船送入軌道。使用的多級火箭由2-4級組成，前一級火箭的燃料用完后自動脫落，同時后一級火箭點火繼續工作。火箭所運載的航天器裝在最後一級火箭里。世界上最大的運載火箭是美國的"土星5號"火箭。它由三級組成，起飛時的重量近3000噸，起飛推力達35711千牛頓。中國的運載火箭技術處於世界先進行列，已具備發射載人航天器的能力，除了滿足國內發射衛星的需要外，還進入國際商業衛星發射服務市場。

世界上的火箭發射場地(又稱航天港)主要有如下12個：前蘇聯的拜科努爾發射場、普列謝茨克發射場、卡普斯汀耶發射場；美國的肯尼迪航天中心、范登堡空軍基地；法國在海外的蓋亞那航天中心$中國的酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心、西昌衛星發射中心；日本的鹿兒島航天中心、種子島航天中心；義大利在國外的聖馬科航天發射場。

2.航天器

航天器的種類很多，主要是人造地球衛星，還有空間站、宇宙飛船、太空梭、空間探測器等。

宇宙飛船是來往於地球和空間站之間的重要交通工具。例如美國的阿波羅號飛船就來往於地球和太空實驗室之間；前蘇聯的聯盟號、進步號、宇宙號等飛船就來往於地球和禮炮號空間站之間。由於宇宙飛船有不夠理想之處，人們就研究更先進的工具——太空梭。太空梭將通常的火箭、宇宙飛船和飛機的技術結合起來，具有運載、航天、返回三種功能，能多次重複使用。美國於1981年首先試製成功太空梭，並於當年正式投入使用，至今已飛行數十次。

除了美國之外，前蘇聯、西歐、日本、法國也進行太空梭的研製。人們又研製另一種先進交通工具——空天飛機。這種飛機在某些方面更接近於普通飛機，同時能像太空梭那樣執行太空任務，發射費用只有太空梭所需費用的10%至20%。

空間探測器是脫離了地球的束縛，飛往月球及其他行星，或在星際間航行的航天器。首次發射空間探測器是60年代初，它飛往金星。60年代和70年代中期，主要探測金星、火星和水星；對於遙遠的大型行星木星、土星等的考察，是從70年代開始的。

3.地面測控技術

地面測控系統在地面對航天器進行跟蹤、遙測、遙控和保持通訊聯繫。通過地面測控系統，人們可以獲得航天器運行的各種信息，並可以對航天器進行控制，調節它的運行狀態，以達到人們的預期目的。

外層空間有豐富的資源，包括位置資源、環境資源和物質資源等。對這些資源的開發利用已給人類帶來很多好處，今後的進一步開發，將使人類獲得更多的利益。

(一)空間位置資源的開發

航天器位於高空，可以全面地觀察地球表面及附近的情況，可以輕鬆地完成在地面上難以完成的任務。例如通信衛星的出現和廣泛應用，已帶來了世界通信體制的根本性變革。作為一種產業，已取得巨大的經濟效益和社會效益。通信衛星中最重要的是同步通信衛星。同步通信衛星位於赤道上空35786千米高處，它繞地心轉動一周的時間與地球自轉一周的時間相同。從地面看去，這顆衛星好像掛在高空靜止不動。從某地區的衛星地面站把微波信號發送到同步通信衛星上去，再由衛星上的轉發器把信號放大併發送回另一地區的衛星地面站，這樣就構成了兩地之間的通信。只要在赤道上空的同步軌道上，等距離地分佈三顆通信衛星，就可以實現全球通信和傳播美國於1958年發射世界上第一顆實驗通信衛星,1963年發射第一顆同步通信衛星。此後，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統。的通信衛星種類很多，有固定通信衛星、移動通信衛星、電視直播衛星、跟蹤與數據中繼衛星，並擬建太空信息高速公路。通信衛星軌道也由單一的靜止軌道向中低軌道拓展。國際通信衛星組織的國際通信衛星已發展到第八代，其總容量為22500條模擬話路,112500條數字話路和3個電視頻道。它承擔了全球商業通信業務的85%以上。我國使用的"東方紅3號"同步通信衛星，有24台轉發器，能夠同時傳送8100路電話和6路彩色電視，基本上滿足了國內電視、廣播、通信的需要。

又如民用遙感衛星(包括氣象衛星和地球資源衛星)已在氣象、資源、測繪等領域發揮了重要的作用。氣象衛星的出現，使氣象的觀測發生了重大的變革。它可以利用各種氣象探測儀器，拍攝全球的雲圖，精確地測量全球各處的氣溫、降水量，監視颱風、暴雨等災害性天氣的變化，從而可以提高氣象預報的準確性，減少自然災害給人們帶來的損失。地球資源衛星上裝有高解析度的電視攝像機、多光譜掃描儀、微波輻射儀和其他遙感儀器，可用來完成多種任務，如勘測地球表面的森林、水力和海洋資源，調查地下礦藏和地下水源，觀察農作物的長勢和估計農作物的產量，監視農作物的病蟲害和環境的污染情況，以及進行地理測量等。

應用衛星的大家族中還有導航衛星、軍事衛星、科學衛星、技術試驗衛星等，它們各有其特殊的用途。

(二)空間環境資源的開發

宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強輻射、超低溫等條件。具有這些特殊條件的環境雖然不適合於人類生活，但卻可以帶來一些難得的機會。例如，外層空間沒有大氣層，高真空，將天文觀測站架設在這種空間里，可以獲得清晰的天體圖像，有利於揭示天體的真實面貌。已在預定軌道上運行多年的哈勃太空望遠鏡，具有極高的分辨能力和靈敏度，能觀測到140億光年遠處的天體，用它觀察物體所得圖像的清晰度比地面上最好的望遠鏡高10倍。又如，利用外層空間高真空、高潔凈等條件，可以製造人類需要的新材料和太空葯，它既能保證產品的高質量，又能保證生產安全和方便。

(三）空間物質資源的開發

宇宙空間中的物質資源主要是太陽能資源、月球資源以及其他行星資源。太陽內部進行著劇烈的聚變反應，放出大量的能量。在外層空間設置太陽能電站，能充分地吸收太陽能，有效利用太陽能。其主要優勢在於：設置在地球同步軌道上的發電站，日照時間高達99.98%,可以連續發電；沒有大氣的干擾，太陽能的利用率比地面上高10多倍；不用擔心風雨的襲擊和雲霧的遮擋，一年四季可以天天發電。人們的設想是：用太陽能電池板把太陽能轉變為電能，再將電能轉變為微波能發送至地面接收站，地面接收站將微波能轉變為電能供給用戶使用。如果太陽能衛星發電站能夠建成並投入使用，人類將獲得清潔、安全和極為豐富的電力資源。月球離地球Recently,它上面雖然沒有生命，卻蘊藏著大量的金屬原料和其他原料。鐵、鎳、鋁、錳、鈷、鈾、釷等重要金屬原料樣樣都有，氦一3的儲量相當豐富。據探測，如果僅將月球上的資源開發出來，人類可使用1000年以上。月球的開發，不僅可以成為人類新的生產基地，還可以成為宇宙航行的中繼站。有的國家已計劃在若干年之後在月球上建立太空基地。

1、軌道參數：這是決定衛星軌道形狀、大小、空間方位以及特定時刻它所處的位置的基本量。確定衛星在空間的位置，通常採用三個軌道參數：

（1）衛星高度（h）（衛星到地球表面的垂直距離。一般用公里計算。在軌道上離地球Recently位置的高度，稱近地點高度。離地球最遠位置的高度，稱遠地點高度。）

（2）運行周期（T）（衛星沿軌道繞地球飛行一圈所需的時間，一般用分鐘計算。衛星運行周期要≥84分鐘。）

（3）軌道傾角（i）（衛星軌道平面與地球赤道平面之間的夾角。傾角越大，衛星覆蓋區越大；反之，覆蓋區越小。）按照傾角大小，衛星軌道可分為三種：赤道軌道、極地軌道、傾斜軌道。

2、衛星常用軌道

（1）地球同步軌道

地球同步軌道即運行周期與地球自轉周期（23小時56分4秒）相同的人造地球衛星軌道。在這一軌道上，衛星幾乎每天在相同時刻經過相同地方的上空，也有人把運行周期整數倍等於地球自轉周期的衛星軌道稱為地球同步軌道。

地球靜止軌道指運行周期與地球自轉周期相等、傾角為0°的圓形地球同步軌道（該軌道上，衛星距離地面高度為35786千米，運行速度為3.07千米/秒。由於它繞地軸的角速度與地球自轉角速度大小相等、方向相同，衛星相對於地面是靜止的。該軌道上的一顆衛星可覆蓋地球40%的表面，3顆等間距配置在赤道上空的靜止衛星，可以覆蓋除兩極以外的全球，這是通信、氣象、廣播電視、預警等衛星的理想軌道）。

（2）太陽同步軌道

太陽同步軌道指衛星軌道平面繞地軸的旋轉方向和周期，與地球繞太陽的公轉方向和周期相同（該軌道是逆行傾斜軌道的一種，傾角在90°～100°之間，軌道高度在500～1000公里之間。其特點是，軌道平面與太陽光的夾角保持不變。衛星沿此軌道運行，每次通過同一緯度的地面目標上空，都保持同一地方時、同一運行方向，具有相同的光照條件），這對於空中對比觀察，掌握目標的動態變化，合理部署和利用衛星上太陽能電池均有無可比擬的優點。美國的近地偵察衛星、資源衛星和軍事氣象衛星大多採用這一軌道。）

（3）極地軌道

極地軌道是軌道傾角為90°、通過地球南、北極的一種軌道。它的特點是，衛星星下點軌跡可覆蓋全球。它是觀察整個地球的最合適的軌道，是導航、氣象、資源、偵察衛星常用軌道。

航天技術的組成

航天技術由運載器技術、航天器技術和航天測控技術三大部分組成。

（一）運載器技術（運載火箭技術）

運載器技術，是指克服地球引力，將航天器送到外層空間的運載工具技術。航天運載器僅有火箭，所以，航天運載器技術亦稱火箭技術。

火箭，是攜帶氧化劑和燃燒劑，經過燃燒、噴射的燃氣產生反作用力推進的飛行器。它由動力裝置、制導系統和箭體組成。按發動機工質形態的不同，火箭可分為液體火箭（用液態物質作為推進劑的火箭，稱為液體火箭。液體火箭發動機通常由推力室、推進劑供應系統和發動機控制系統等組成。液體火箭發動機比推力較高，工作時間長，調節推力、關機和再啟動較容易，易於實現多發動機並聯使用）和固體火箭（用固態物質作為推進劑的火箭，稱為固體火箭。固體火箭發動機通常由殼體（燃燒室）、固體推進劑、噴管、點火裝置和推力終止裝置等組成。固體火箭發動機的結構簡單緊湊，使用方便，發射準備時間短，可靠性高。但比推力較低，推力終止精度低，重複啟動困難）兩種。

世界各國研製較為成熟的運載火箭主要有：俄羅斯（前蘇聯）的“質子”號大型運載火箭、美國的“雷神”、“大力神”系列運載火箭、中國的“長征”系列運載火箭、歐盟的“阿里亞娜”液體火箭等。

（二）航天器技術

航天器又稱空間飛行器，是在太空按照天體力學的規律運行並完成一定使命的各種飛行器的總稱或空間系統。

航天器分為無人航天器和載人航天器兩大類：

1．無人航天器

無人航天器按是否環繞地球運行又可分為人造地球衛星和空間探測器。

2．載人航天器

載人航天器是指往返地球表面和太空之間，可運送人員和有效載荷、提供宇航員居住和工作環境的航天器。載人航天器按功能的不同可分為載人飛船、空間站、太空梭等三類。

（1）載人飛船

載人飛船是一次性載人上天和返回地面的航天器。載人飛船有衛星式載人飛船和登月式載人飛船兩種。中國“神舟”號試驗飛船於已於1999年11月20日使用“長征”—2F運載運載火箭發射成功。

（2）空間站

空間站是可接納宇航員尋訪、長期工作和居住的大型航天器。空間站在距地面幾百千米的近地軌道上運行。它設有對接艙，用於停靠載人飛船或太空梭，也可與多個空間站聯接組成空間複合體（航天城）。1971年4月9日蘇聯發射第一個航天站“禮炮”—1號，1986年2月20日蘇聯又發射新一代航天站“和平”號。2002年3月由16個國家聯合投資研製的“國際”空間站已正式在太空運行。

（3）太空梭

太空梭是可重複使用的、往返於地球表面與近地軌道之間，運送有效載荷和人員的航天器。一般用固體火箭助推入軌，在軌道上象飛船一樣運行，完成多種航天任務，再入大氣層時象飛機一樣滑翔著陸。1981年4月，美國“哥倫比亞”號太空梭試飛成功。“挑戰者”號和“發現者”號太空梭也相繼投入實用性飛行。

3.航天器的組成

航天器由不同功能的若干系統和分系統組成，一般由專用系統和保障系統組成。

（1）專用系統

這是用於直接執行特定任務的系統，隨航天器所執行的任務不同而設置。

（2）通用系統（保障系統）

這是用於保障航天器正常飛行和專用系統正常工作的航天器必要設備。一般包括：溫度控制分系統、電源分系統、姿態控制分系統、軌道控制分系統、無線電測控分系統、計算機分系統、返回分系統。

（三）航天測控技術

航天測控技術是為保證航天器在軌道上正常運行，地面與航天器進行遙測、遙控、跟蹤和通信的技術。航天測控由航天器所載測控分系統和地面測控系統共同組成。

由於空間技術具有重要意義，發展極為迅速。繼1957年蘇聯發射第一顆衛星之後，美國於1958年，法國於1965年，日本、中國於1970年先後發射了自己的第一顆人造衛星，引起世界轟動。世界上航天投資最多的是前蘇聯和美國。至今發射的4000多個航天器中，前蘇聯、美國占絕大多數。此外，歐聯、中國、日本、印度、加拿大等也都有一定的規模。中國依靠自力更生，至今共成功研製和發射不同的國產人造衛星約40顆，建成了衛星陸海測控網和大量地球站，為國家建設和社會進步做出了重要貢獻。現簡要介紹世界航天的主要成就。

（一）空間技術方面

航天運載工具的發展是40年最重要成就之一。至今作為空間飛行器的運輸工具主要還是一次性的運載火箭，這方面最發達的是前蘇聯、美國，此外是法國、中國、日本和印度。世界上的典型的大型火箭，有前蘇聯的質子號，美國的大力神號，法國的阿里安娜號，中國長征號、日本的HZ火箭，它們可以把重型衛星送到遠離地點36000公里的地球同步轉移軌道。中國已經發展了長征系列運載火箭及建成了3個發射基地，不僅發射國內衛星，而且提供國際發射服務。另一種運載工具是太空梭，太空梭可以多次使用，但造價高，風險大。美國最早發展太空梭，運載能力20噸，載乘3～7名宇航員，飛行軌道高度200～400公里，傾角大約28度。

人造地球衛星對軍事和經濟建設具有重要價值，因此衛星技術發展極快。世界上除美國、前蘇聯外，歐聯、中國、日本和印度等都具有研製衛星的能力，併發射了多種應用衛星。通信衛星具有很高的經濟和社會效益。中國80年代發射了東方紅二號靜止通信衛星，90年代又發射了通信能力比前者大10倍的東方紅三號通信衛星。國際通信衛星已經發展到第八代，一顆衛星的通信能力可達幾萬條話路，可以同時轉發幾十路電視節目。衛星發射功率的增大及點波束技術的進步，使得地面站小型化成為現實。衛星技術的迅速進步，使衛星的在軌壽命長達12～15年。資源衛星的典型代表是美國陸地衛星和法國斯波特衛星，它們具有高解析度和多譜段的遙感能力，對陸地資源調查具有重要價值。氣象衛星有極地軌道和靜止軌道兩種。極地軌道氣象衛星可飛經地球所有地區，可提供長期天氣預報資料，世界上只有美國、前蘇聯、中國研製和發射了這種氣象衛星。靜止軌道氣象衛星相對地球表面固定不變，可實時連續觀察本地區的雲層分佈和變化。1997年6月我國成功發射的風雲二號衛星就是一種靜止軌道氣象衛星。導航定位方面的代表是美國GPS衛星，它由18顆衛星組成，可在全球導航與定位，精度達到米級。可返回式衛星具有重要的經濟、軍事和科學價值，至今世界上只有前蘇聯、美國、中國具有回收衛星的能力。中國的返回式衛星具有極高的成功率，其水平之高為國際所公認。

載人航天是40多年來航天成就的重要組成部分。蘇美在發射本國的第一顆人造衛星后就竟先發射載人飛船，主要是要爭奪世界第一。前蘇聯是世界第一個宇航員上天的國家，而美國宇航員首先登上月球。載人航天的經濟效益一直在爭論，但在政治上影響很大。至今已有400多人次進入太空，前蘇聯略為領先，進入太空人數和停留時間均超過美國。美蘇兩國發展道路略有不同，前蘇聯發展的順序是飛船——軌道站——空間站；而美國是飛船——太空梭——空間站。載人航天技術進步較快，不僅宇航員可出艙活動，還可以修復出故障的大型航天器，以及操作航天器交匯對接等。

深空探測主要是對太陽系各大行星及其環境進行探測。世界上已發射了100多個科學衛星和深空探測器，有許多重大發現，包括對地球周圍環境的調查，發現地球內外輻射帶，了解了地磁場分佈，發現月球冰湖等。多種深空探測器還調查了太陽系各行星及其周圍情況，如小衛星和大氣環等。

40年來空間技術的發展是迅速的。概括說，運載火箭的運送航天器的能力從幾十公斤增到 100噸；衛星獲取和傳遞信息能力大幅度提高，一顆通信衛星的電話由幾十路增至幾萬路；衛星壽命從幾十天增到幾年至十幾年；人在空間停留時間從幾個小時增到一年以上。總之，主要指標都提高了2～3個數量級，而價格大幅度下降。

（二）空間應用成就

40年來空間技術的成就是巨大的。它已迅速並廣泛應用於眾多的領域。當代航天技術的應用不僅在軍事和經濟建設方面，而且已深入到每個家庭、個人生活之中。

1．衛星通信、廣播。通信衛星技術進步，使它在通信和廣播領域迅速推廣應用，世界上跨洋通信幾乎全被通信衛星所代替。許多交通不便，通信幹線不到之處，以及海上、空中、災區通信衛星更顯出優越性。衛星通信可提供有關信息傳遞的 100多種業務。以國際通信衛星系統為例，其業務活動效益每年達100億美元。

衛星電視廣播的應用已眾所周知，不僅豐富了人民的新聞文化生活，而且為教育事業做出了重要貢獻，以我國開通的衛星電視教育頻道為例，已有5000多個衛星電視教育接收台，接受各種教育人數達2000萬以上，效果很好。

2．衛星導航定位。衛星導航定位系統由於範圍大、時效好、精度高等特點已廣泛應用於海上艦船、空中飛機、陸上車輛的行駛導航，以及各種工程建設和業務活動中的定位。美國GPS系統的定位精度可達到米級。高精度的衛星導航定位為各種交通工業提高運輸效率及安全保障做出重要貢獻。

3．資源調查和測繪。利用衛星照片調查陸地和海洋資源已廣泛應用，並被證實是有效的方法，不僅節約人力物力，而且時間快。我國已利用國內外衛星對全國的主要經濟區的資源和環境進行勘測和調查。同時，還利用衛星照片繪製了地形圖和各種專業圖。

4．氣象與災害預報。氣象衛星不僅提高了天氣預報的準確率，同時對颱風、暴風雨等的預測以及海面溫度的監測和海洋漁業的發展都起著極為有效的作用。自從有了氣象衛星以來，颱風天氣預報幾乎準確無誤。我國利用氣象衛星資料，對森林火災、洪水等多種災害進行監測發揮了積極的作用。

5．軍事應用。應用衛星中軍事衛星佔有重要地位，包括軍事偵察、導彈預警、軍事通信指揮、導航和氣象保障等。偵察衛星不僅可以實時大範圍監視敵方的軍事行動，而且可以對重要軍事目標進行詳查。各種軍事衛星不僅提供平時部隊各種需要，而且在戰時發揮重要作用。典型應用是1991年海灣戰爭中美國利用多種軍事衛星參加了作戰，發揮了極為重要的作用。

此外，空間技術在科學研究等方面也發揮了積極的作用。世界上先進國家的科研機構對生命科學、宇宙科學、日地空間環境都取得了不少的成就。中國在微重力科學實驗和太空植物育種等方面都取得了可喜的成績。

未來30年，世界航天技術將持續快速發展，航天大國的投資主要將集中在下列幾個方面，投資的重點是具有明顯經濟效益的航天運輸系統和各種應用衛星。

（一）航天運輸系統

降低航天器發射價格是主要努力方向。現有的低軌道運輸價格大約為每公斤1萬～2萬美元，距離每公斤1千美元的奮鬥目標相差甚遠。因此，航天大國都在研究發展新的天地運輸系統。提出了多種新的航天運輸方案。其主要的一點是研製可多次重複使用的運輸工具。按其起降方式，大致分為三類：

1．垂直起飛、垂直降落。美國麥道公司研究的三角快帆是一種典型的代表。它是單級火箭，共有8台主發動機，起飛時8台全部工作，返回降落時利用其中的4台工作減速，回收再用。起飛重量463噸，載荷重量4．5噸，箭體總高度38．7米。

2．垂直起飛、水平降落。典型的代表是美國現有的太空梭。但太空梭由於維修等費用高昂，所以每公斤運載費用仍然大幹1萬美元，比設計的350美元超出很多。為了降低運價，馬丁公司正研究新的代號為X—33的“冒險星”計劃，它起飛重量1000噸，載荷重量20噸，其運輸價格有希望大幅度降低。

3．水平起飛、水平降落。典型代表是國外正在研究的空天飛機。採用吸氣式發動機，利用大氣層中的氧氣與自帶的液氫作為推進劑。分單級（美國NASP計劃）和兩級（德國Sanger計劃）入軌兩種。空天飛機可以多次使用，把衛星送入空間后，像飛機一樣返回地面，以備再用。由於技術難度大，要求投資多，尚處於研究階段。

雖然多種可重複使用的運輸系統都在開展研究，但相當長一段時間內航天發射仍然離不開一次性的運載火箭，因此無污染、大推力、低成本的新型運載火箭的研製仍是航天大國努力的方向。我國863高技術計劃中，對先進的天地往返運輸系統和新一代大型運載火箭，均安排了跟蹤研究、概念研究和部分關鍵技術先期預研。

（二）人造衛星

應用衛星由於具有很高的經濟效益，將更多地進入商業化。今後10年，預計發射1700顆衛星，價值1200億美元，其中70%是商用衛星，效益大。因此開發航天技術的國家和公司，首先把資金集中於研製各種人造衛星。各種應用衛星將繼續提高水平，降低造價，擴大應用範圍。在遙感方面，除發展陸地、海洋資源衛星外，將加強對地球環境監測、減災活動等內容。美國地球使命計劃以及日本、歐洲設想的地球環境監測計劃，旨在對全球或區域環境變化進行監視，並對可能出現的多種災害做出預報。在衛星通信方面，除了繼續發展大容量、多譜段、大功率、長壽命的靜止軌道通信衛星外，研製和發射中、低軌道由小衛星組網的個人移動通信系統是當今的重要方向。例如，美國摩托羅拉公司將建成的小衛星群通信系統。它由66顆衛星組成全球網路，可在全球範圍內進行個人行動電話直接通信。

值得注意的一個趨勢，為了能在全球範圍任意地點實時獲取多種遙感信息和導航定位，並實現高速傳輸，航天大國正在研究建立天基綜合信息網。它的出現必將為經濟建設和軍事應用產生重大的影響。天基信息網將成為信息高速公路的重要組成部分。一些未來學家預測，到2010年衛星饋送信息將成為全世界最普遍的傳輸方式。它的成本低，發展中國家不必建造費用高昂的硬體基礎設施。

人造衛星中的各項技術將持續革新，除了發展綜合性的大型應用衛星外，微小衛星的研製是未來的一個重要發展趨勢。它質量小，成本低，研製快等特點已引起有關單位的重視。

在未來15年內中國的應用衛星將跨上一個大的台階。正在研製的大型通信衛星不僅容量大、壽命長，而且將有多種頻段以適應不同用途。計劃中的不同遙感衛星包括資源、氣象、海洋、環境與災害多種用途，它不僅提供國內服務，還將為全世界做出貢獻。關於利用衛星進行微重力科學研究，中國已在世界先進行列之中，充分利用地面及太空有利條件，在有關方面共同支持下，發展前景極好，有可能在微生物、植物育種、半導體材料等方面取得重大進展。

（三）大型空間站

載人航天是人類開發宇宙大空的必然發展。與60年代不同，當今世界載人航天計劃的核心，是在靠近地球的軌道上建立長壽命大型空間站。空間站主要有如下功能：（1）遙感及微重力等科學研究；（2）停靠、維修並為人造衛星補充燃料；（3）在空間站進行部件或整機組裝工作；（4）物資、宇航員及航天器轉運基地。

80年代美國決定研製重約200噸的自由號永久性空間站。該空間站承載6～8名字航員。歐洲、加拿大和日本等參加了這個計劃。前蘇聯於80年代後期建成和平1號空間站，並決定90年代建造和平2號空間站，重115噸，有6名宇航員。但是，美、蘇兩國都由於投資太大，進展緩慢，並一再修改和縮小原來規模。蘇聯解體后，冷戰結束。兩國探討合作聯建大型空間站的計劃（國際空間站），以節約經費。包括歐洲、日本、加拿大等共有16個國家參加。國際空間站的重量為423噸，電功率為110千瓦，框架式結構，長寬為 108米 X 88米，實驗艙 6個，密封艙容積 1202立方米。宇航員6名。運行軌道高度約400公里，軌道傾角5l．6。。

在軌壽命10～15年。原計劃2002年建成，後由於經費和技術上的困難，預計建成計劃推遲2～3年。另外，空間站的運行費用及效益仍然是一個大難題。

在空間失重環境及其他空間環境作用下，製造半導體材料、特種合金、藥品、光學材料和植物育種等，其產品性能要比地面生產的質量好得多，價值很高，它將是未來空間應用的新領域，有關國家正積極開展研究工作。

為了適應我國21世紀航天事業的發展，國家863計劃中安排了我國未來空間站的研究課題，除了空間站概念研究外，還支持開展空間站系統的關鍵技術及空間站應用的預先研究工作。

應當提及的是為使空間站更有效地應用，正研究發展空間機器人及虛擬現實技術。這樣，科學家、工程師就可以在地面工作以完成一部分人在天上進行的各種動作，這是一個極為重要的領域，世界不少國家都在開展研究。

（四）深空探測

過去40年在深空探測方面雖已做出了比較大的成績，但還只是初步的。未來美、俄、歐、日都將繼續對深空進行深入探測。主要是兩大方面，一是太陽系行星探測，二是天文觀察。太陽系內探測包括太陽和日地空間環境，以及對金星、木星、火星、水星等及其周圍環境的探測。21世紀初探測重點是月球與火星。除發射環繞飛行器對星球表面進行拍照外，還將有著陸器、行走機器人，以及建造月球和火星的載人活動基地計劃。美國於2005年以前將多次發射火星全球勘測器。至於天文觀察，預計今後將有數座軌道天文台在太空工作。美、歐的哈勃號望遠鏡未來計劃，有希望解開銀河系奧秘，將使天文觀察進入一個新紀元。還有將發射的紅外天文台、宇宙背景輻射探測者等都是本世紀末有重要意義的項目。

未來的30年世界上將形成比較複雜的國際航天關係，空間由超級大國壟斷的時代將變為多極集團競爭開發。繼美蘇之後，歐洲將逐步形成一個比較大的空間體系；其次，日本已加快成為世界空間大國的步伐，其空間投資年增幅很大；還有不少發展中國家也將積極參與空間活動。未來國際航天關係可概括為六個字：合作、競爭、對抗。應提倡世界各國聯合開發空間，但現實世界中，合作是有限的，在某幾個方面如深空探測、地球環境監視、建造國際空間站等有共同利益的項目，可能促成合作。但空間領域不會有全面的合作。對運載火箭的發射服務，多種應用衛星具有商業利益的項目，將存在相當激烈的競爭，競爭也不可能有公平的商業競爭，必然出現政治干預。而由於空間軍事需求的存在，大國競相開發空間軍事系統，所以國與國之間潛伏著對抗。

由於發展空間技術在經濟、軍事、科技等方面具有重要意義，政治上空間技術又極大地提高了國家綜合國力及其在國際活動中的地位，所以世界上發達國家都把航天列上本國發展戰略的重要位置。因航天技術的發展涉及到全球利益，所以國際上討論的許多重大問題都與它有關，並成立官方與民間的各種組織，聯合國還設立外層空間委員會，以協調各國之間的航天活動，制定各類涉及空間活動的國際條約、法律和規定。

中國的航天事業將持續不斷地向前發展。我國是一個發展中國家，財力有限，比起世界航天大國，我們屬於航天低投入國家。因此，我國只能在部分航天領域做出貢獻。為了使我國在世界航天領域有相稱的地位，應加大投資力度。同時，中國提倡各國聯合和平開發利用宇宙空間，平等互利，共同為全人類的利益做出貢獻。