太空,是指地球大气层以外的宇宙空间。国际航空联合会定义在100公里的高度为卡门线,为现行大气层和太空的界线定义。随着科技的发展,太空武器、太空种子出现在了人们的视野当中。为了更深地了解宇宙,人们又在太空设立了太空站。2001年5月6日,人类第一个太空游客安全返回地球。

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    中文名
    太空
    外文名
    the firmament; outer space
    别称
    太极
    分类
    星系团
    估计年龄
    约138.2亿年

    1简介

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    太空太空
    概述

    地球大气层以外的宇宙空间,大气层空间以外的整个空间。物理学家将大气分为5层:对流层(海平面至10千米)、平流层(1040千米)、中间层(4080千米)、热成层(电离层,80370千米)和外大气层(电离层,370千米以上)。地球上空的大气约有3/4在对流层内,97%在平流层以下,平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。某些高空火箭可进入中间层。人造卫星的最低轨道在热成层内,其空气密度为地球表面的1%。在1.6万千米高度空气继续存在,甚至在10万千米高度仍有空气粒子。从严格的科学观点来说,空气空间和外层空间没有明确的界限,而是逐渐融合的。联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出,当前还不可能提出确切和持久的科学标准来划分外层空间和空气空间的界限。近些年来,趋向于以人造卫星离开地面的最低高度(100110)千米为外层空间的最低极限界限。

    概念

    外层空间,亦称外太空、宇宙空间,简称空间、外空或太空,指的是地球大气层及其他天体之外的虚空区域。

    与真空有所不同的是,外层空间含有密度很低的物质,以等离子态的氢为主。其中还有电磁辐射、磁场等。理论上,外层空间可能还包含暗物质和暗能量。

    外层空间与地球大气层并没有明确的界线,因为大气随着海拔增加而逐渐变薄。假设大气层温度固定,大气压会由海平面的1000毫巴,随着高度增加而呈指数化减少至零为止。

    外层空间,又称外太空、宇宙空间,简称空间、外空或太空,指的是地球大气层及其他天体之外的虚空区域。与真空有所不同的是,外层空间含有密度很低的物质,以等离子态的氢为主。其中还有电磁辐射、磁场等。理论上,外层空间可能还包含暗物质和暗能量。国际航空联合会定义在100千米的高度为卡门线,为现行大气层和太空的界线定义。美国认定到达海拔80千米的人为宇航员,在航天器重返地球的过程中,120千米是空气阻力开始发生作用的界线。

    2空间种类

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    太空不是完美的真空,不同的区域由不同的大气圈和“风”所定义,并且主导著那些区域,并且风会向外扩展超越原本定义的区域。地球空间从地球的大气层向外扩展到地球的磁层,使它与太阳风的行星际空间有所区隔。行星际空间延伸到了太阳圈,这是太阳风和星际介质的风交会的地方。星际空间继续延伸到银河系的边缘,然后逐渐隐没至星系间的空洞。

    地球空间

    发现号在19915月的STS-39航次中观察到的极光,当时的轨道高度为260千米。

    地球空间是邻近地球的外层空间区域。地球空间包括大气层上层的区域,像是电离层和磁层,范艾伦辐射带也在地球空间内。在地球的大气层和月球之间的地区有时也称为“地月空间”。

    虽然它满足外层空间的定义,但在卡门线之上数百千米空间内的大气密度依然可以对卫星造成足够的阻力。许多人造卫星都在这个称为低地球轨道的区域内运作,并且每隔几天就需要启动它们的发动机来维持轨道。此处的阻力虽然很低,但在理论上仍足以超越太阳帆所受到的辐射压力,而这是行星际旅行所建议的一种推进系统。

    充塞在地球空间内的带电粒子密度非常低,他门的运动受到地球磁场的控制。这些由等离子形成的物质会受到太阳风暴的扰动,在太阳风的驱动下形成流向地球上层大气层的电流。

    当磁暴发生在地球空间的两个地区,辐射带和电离层,会造成强烈的扰动。这些风暴造成的高能电子流量增加,能够对卫星上的电路造成永久性的损害。扰乱电信和GPS技术,并且即使在低地球轨道的宇航员也会受到危害。它们也会在地球的磁极附近创造出极光。

    地球空间还包含许多之前发射的载人或不载人航天器遗留下的残骸,会对后续的航天器造成潜在的危害。有些碎片在经过一段时间后会重返地球的大气层内。

    缺乏空气的地球空间(和月球表面)是天文学家观察所有电磁频谱的理想场所,由哈柏太空望远镜传送回来的精彩图片可见一斑,允许来自137亿年前的光——几乎就是大爆炸的时期——被观测到。

    地球空间的上层边界是磁层和太阳风交界的接口,内侧的边界是电离层。或者说,地球空间是地球大气层上层和地球磁场抵达的最外侧之间的外层空间。

    太空太空
    行星际空间

    行星际空间是太阳系内围绕着太阳和行星的空间,这个区域由行星际介质主导,向外一直延伸到太阳圈,在那儿银河系的环境开始影响到伴随着太阳磁场的粒子流量,并且超越太阳磁场成为主导。行星际空间由太阳风来定义,来自太阳连绵不绝的带电粒子创造了稀薄的大气圈(称为太阳圈),深入太空中数十亿英里。风中的质点密度为5-10 质子/cm3,并且以 350-400km/s的速度在移动。太阳圈的距离和强度与太阳风活动的程度息息相关。自1995年起发现系外行星的意义为其它的恒星也有能力拥有自己的行星际介质。

    行星际空间的体积内几乎是纯粹的真空,在地球轨道附近的平均自由半径大约是1天文单位。但是,这个空间并非完全的真空,到处都充满著稀疏的宇宙线,包括电离的原子核和各种的次原子粒子。这儿也有气体、等离子和尘粒、小流星体和到目前为止已经被微波光谱仪发现的数十种不同有机分子。

    行星际空间包含太阳生成的磁场,也有行星生成的磁场,像是木星、土星和地球自身的磁场。它们的形状都受到太阳风的影响,而类似泪滴的形状,有着长长的磁尾伸展在行星的后方。这些磁场可以捕获来自太阳风和其它来源的粒子,创造出如同范艾伦带的磁性粒子带。没有磁场的行星,像是火星和水星,但是金星除外,它们的大气层都逐渐受到太阳风的侵蚀。

    恒星际空间

    星际空间是在星系内未被恒星或它们的行星系占据的空间。星际介质-依照定义-存在于星际空间。

    星系际空间

    星系际空间是有物质的空间和星系之间的空间,星系际空间非常接近完全的真空,但通常仍会有自由的尘埃和碎片。在星系团之间,称为空洞的空间,则几乎是完全的真空。有些理论认为每立方米一颗氢原子的密度相当于宇宙的平均密度。但是,宇宙的密度很显然是不均匀的;他的密度从在星系内非常高(包括在星系内有着高密度的结构,像是行星、恒星、和黑洞等)到在广大的空洞内非常低,远低于宇宙平均值的密度。

    围绕和延伸在星系之间,有着稀薄的等离子,它们被认为具有宇宙纤维状结构,这是比宇宙的平均密度略为密集的区域。这些物质被称为星系际介质(IGM),并且通常是被电离的氢;也就是包还等量的电子和质子的等离子。IGM的密度被认为是宇宙平均密度的10100(每立方米拥有10100颗氢原子)。在富星系团内的密度高达平均密度的1000倍时。

    星系际介质被认为主要是电离气体的原因是以地球的标准来看,它的温度被认为是相当高的(虽然有些地区以天文物理的标准来看只是温暖)。当气体由空洞进入星系际介质,它被加热至105K到 107K,这是足够让氢原子在碰撞时被撞出的电子成为自由电子,像这种温度的星系际介质被称为温热星系际介质(WHIM)。电脑的模拟显示,在宇宙中约有一半的原子物质可能存在于这种温热、稀薄的状态。当气体从温热星系际介质的纤维状结构进入星系团的宇宙斯状结构的界面时,它的温度会升得更高,温度可以达到108K或更高。

    3领空和外层空间的划分

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    关于领空(空气空间)和外层空间的划分问题,历来就有两种对立的主张。

    空间论

    主张是以空间的某种高度来划分领空和外层空间的界限,以确定两种不同法律制度适用的范围。

    太空太空
    功能论

    认为应根据飞行器的功能来确定其所适用的法律,如果是航天器,则其活动为航天活动,应适用外空法;如果是航空器,则其活动为航空活动,应受航空法的管辖;整个空间是一个整体,没有划分领空和外层空间的必要。

    就“空间论”而言,关于确定外层空间的下部界限大致又有以下几种意见:

    ①以航空器向上飞行的最高高度为限,即离地面3040公里

    ②以不同的空气构成为依据来划分界限。由于从地球表面至数万公里高度都有空气,因而出现以几十,几百,几千公里为界的不同主张,甚至有人认为凡发现有空气的地方均为空气空间,应属领空范围

    ③以人造卫星离地面的最低高度(100110公里)为外层空间的最低界限。

    1976年,巴西、哥伦比亚、刚果、厄瓜多尔、印度尼西亚、肯尼亚、乌干达和扎伊尔等8个赤道国家发表《波哥大宣言》。主张各赤道国家上空的那一段地球静止轨道 (离地面35871公里)属于各该国的主权范围。上述主权要求,使外空划界问题进一步复杂化。近些年来,一些持“空间论”者逐渐趋向于接受上述第三种意见,即离地面100公里左右为外层空间的下部界限。1975年,意大利在外空委员会提出以海拔90公里为领空(空气空间)的最高界限。1976年,阿根廷、比利时和意大利支持以海拔100公里为界。1979年,苏联建议离海平面100110公里以上为外层空间,同时各国空间物体为到达轨道和返回发射国领土,有飞越其他国家领空(空气空间)的权利。但另外一些国家,如美国、英国、日本等,则认为从空间科技现状来看,仍然无法规定一定高度作为领空(空气空间)和外层空间的界限。他们强调划定外层空间的条件和时机还不成熟。

    外空的定义和界限以及地球静止轨道的法律地位问题尚在联合国和平利用外层空间委员会审议之中。外空委员会正在审议卫星直接电视广播、卫星遥感地球,以及在外空使用核动力源等问题,以便草拟有关的法律原则。

    4科学探秘

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    太空站又称为“空间站”、“轨道站”或“航天站”,是可供多名宇航员巡航、长期工作和居住的载人航天器。在太空站运行期间,宇航员的替换和物资设备的补充可以由载人飞船或航天飞机运送,物资设备也可由无人航天器运送。1971年前苏联发射了世界上第一个太空站———“礼炮”1号,此后到1983年又发射了“礼炮”27号。1986年前苏联又发射了更大的太空站“和平”号。美国1973年利用“阿波罗”登月计划的剩余物资发射了“天空实验室”太空站。

    太空旅游

    太空旅游是基于人们遨游太空的理想,到太空去旅游,给人提供一种前所未有的体验,最新奇和最为刺激人的是可以观赏太空旖旎的风光,同时还可以享受失重的味道。而这两种体验只有太空中才能享受到,可以说,此景只有天上有。太空游项目始于2001430日。第一位太空游客为美国商人丹尼斯蒂托,第二位太空游客为南非富翁马克·沙特尔沃思,第三位太空游客为美国人格雷戈里·奥尔森。聂海胜就是其中的一位。

    太空行走

    太空行走(Walking in space)又称为出舱活动,即航天员在载人航天器之外或在月球和行星等其他天体上完成各种任务的过程。它是载人航天的一项关键技术,是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标,需要诸多的特殊技术保障。

    太空探索

    1957104日,前苏联第一颗人造卫星上天,拉开了人类航天时代的序幕。前苏联宇航员、大名鼎鼎的加加林,于1961412日,乘坐前苏联“东方号”飞船,环绕地球飞行了一圈,历时近两个小时,成为第一位进入太空的人。

    登月

    月球是距离地球最近的天体(38万公里),是人类进行太空探险的第一站。前苏联1959年发射的月球2号探测器在月球着陆,这是人类的航天器第一次到达地球以外的天体。同年10月,月球3号飞越月球,发回第一批月球背面的照片。1970年发射的月球16号着陆于丰富海,把100克月球土壤送回了地球。

    美国在20世纪60年代开始的雄心勃勃的“阿波罗”计划的目的就是将人类送上月球进行实地考察。在此之前的1961年到1967年间,9个“徘徊者”、7个“勘测者”探测器和5个月球轨道器先后对月球进行了考察。它们拍摄了月球的照片,并分析了月球的土壤,为登上月球做好了准备。随后美国便使用“土星”5号运载火箭先后向月球发射了17艘“阿波罗”飞船。其中“阿波罗”1-3号是试验飞船,4-6号是无人飞船,7号飞船载人绕地球飞行,8-10号载人绕月飞行,11号至17号是载人登月飞行。

    1969716日发射的“阿波罗”11号使人类首次登上了月球。执行该次任务的是阿姆斯特朗、阿尔德林和柯林斯。飞船抵达月球轨道后,柯林斯驾船绕月飞行,另两名宇航局驾驶登月舱于720日降落在月球表面的静海。阿姆斯特朗成为第一个登上月球的人。宇航员在月球表面进行了实地的科学考察,并把一块金属纪念牌和美国国旗插上了月球。此后又有5次成功的登月飞行,宇航员在月球上停留的时间总共约300小时。

    此后对月球的考察几乎停滞,直到1994年,美国又发射了“克莱门汀”号无人驾驶飞船,对月球进行了新的地貌测绘,其目的是为在不久的将来建立月球基地和月基天文台作准备。199816日发射升空的“月球勘探者”携带有中子光谱仪探测氢原子。它发现在月球两极的盆地底部存在水。

    太空太空
    金星和水星

    金星的半径、质量、密度等与地球接近,是地球的姐妹行星。人们对它的兴趣很大,然而,地面观测所得的资料比较贫乏,对金星的研究充满了未知数。航天器可以使人们了解它更多的信息。虽然最初的几次探测器发射都失败了,但1962年美国发射的水手2号从距金星35000千米处飞过,成功地实现了航天器首次飞越行星,同时它发现金星表面温度高达400多度。1969年至1981年,前苏联的金星5号至14号探测器先后在金星表面着陆成功,执行了多项科学考察任务。美国1978520日发射的先驱者-金星1号经过长距离飞行,于同年124日到达金星并围绕它飞行,它用雷达探测了金星地形。先驱者-金星2号到达金星后向金星大气释放了4个探测器,探测器在向金星表面坠落的过程中,获得了金星大气、云层、磁场等各方面的数据。1989年美国发射的“麦哲伦号”探测器又运用综合孔径雷达对金星表面进行了探测。这些探测使我们了解到金星的磁场很弱,表面气压是地球海面气压的90倍。金星12号还探测到了闪电。

    美国发射的“水手10号”飞船在考察了金星之后,曾3次飞临水星。是它发现了水星的磁场和磁层,并探测出水星大气的主要成分是氦。飞船上的两个摄像机拍摄了多幅图象,揭示出水星地形是由大量的陨石坑和盆地组成的。

    火星任务

    火星很像地球,有坚硬的表面和四季的交替。同时它还拥有随四季变化的极冠。在望远镜观测时代,人们还曾有认为火星上有人工的运河。人类对火星的兴趣一直是非常浓厚的,因此到如今已经20多艘飞船执行了探测火星的任务了。1962年前苏联发射了“火星1号”、“宇宙21号”,美国发射了“水手3号”,但均遭到了失败。1964128日发射的“水手4号”于1965714日在距离火星的一万公里的高空成功掠过,获得了第一批火星的照片。1974年,前苏联发射的“火星5号”宇宙飞船首次拍摄了火星的彩色照片。随后两国又相继发射了多个绕火星飞行的轨道器,更加详细地了解了这颗行星的情况。

    1976年,美国的海盗1号和海盗2号登陆器分别在火星上降落,并在降落的过程中,测量了大气温度的分布情况、火星大气压的情况。火星上有干涸的河床,有流水冲击的特征,这表明在过去有过大量的水。海盗号飞船的分析结果表明火星大气和表层物质中没有有机分子存在。摄像机监视结果也表明火星上没有生命活动的迹象。因此我们也许可以下结论说,火星表面如今可能没有生命,如果更严格的说,是没有与地球上类似的生命。人们不仅对火星感兴趣,也对火星的两个卫星感兴趣。在1988年,77日和712日,前苏联发射了火卫飞船1号和2号绕火卫一飞行并着陆。

    到最近几年,随着科技的飞速发展,人们可望在下世纪初直接登上火星进行实地考察,彻底弄清火星生命问题。因为它是太阳系中最有可能存在生命的星球。在人类踏上火星之前,将进行一系列的准备。

    1993年美国“火星观察者”探测器在进入环绕火星的轨道之后,与地球失去联系,导致计划失败。199612月,美国又发射了“火星探路者”探测器,经过7个月的星际飞行,在火星的阿瑞斯平原着陆。火星探路者携带了一个六轮小车,可以在火星的表面漫游,因而叫做火星漫游者,价值2500万美元。它分析了火星岩石和土壤。照片证实了海盗号的结论,火星上曾发生过大洪水。

    199611月美国发射了“火星全球勘测者”,在绕火星的轨道上研究火星表面、大气和磁场的情况。它还向地球发射无线电波,经过火星大气后到达地球,由此了解火星大气的温度、引力和化学组成。199913日,“火星极地着陆者”发射成功。然而,在飞行了11个月并登陆到火星上以后,就与地面失去了联系,宣告了这次航天活动的失败。此后发射的火星气候观测器也遭失败。2001年,美国又发射了“火星奥德赛”探测器,现已成功抵达火星并成功进入环火星轨道。

    欧洲空间局计划于2003年发射“火星快车”探测器考察火星,这标志着欧洲空间局在行星探测方面跨入了新纪元。它将由轨道器和着陆器组成。轨道器上有一个着陆器通信包用于支持国际上在2003年至2007年间开展的火星探测活动。

    带外行星探测

    美国的“先驱者10号“于1973124日首次在掠过木星,并传回了木星和木卫的照片。它最后在1983年越过海王星轨道后成为飞出太阳系的第一个人造天体。接着“先驱者11号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”也相继飞越木星和木卫。

    “先驱者”10号、11号各自携带了一块相同的镀金铝板,上面刻有人类男女的裸像,以及太阳与九大行星位置的示意图,还指明了它来自太阳系的第三颗行星。“旅行者”1号和2号探测器,则各自带有一套“地球之声”的光盘,唱片上有照片、60种语言的问候语、35种各类地球上的声音和音乐。包括了中国长城和中国人家宴的照片,粤语、厦门话和客家话的问候,和中国古曲“流水”。它们作为地球的名片希望有朝一日能被“外星人”收到。

    从旅行者号拍摄的木星黑夜半球的图象上可以看到木星上有极光。有趣的是,木卫一上有一座正在喷发的火山,喷发的高度达到30公里,喷发速度是每秒几百米到1公里。“旅行者”飞船还发现了土星有射电辐射,频率在3千赫到1.2兆赫之间。19861月,“旅行者2号”飞船又测出天王星的自转轴和磁轴有很大的交角。飞船还拍摄了天王星卫星的照片,随后它又拜访了海王星,并发回了照片。

    “伽利略”号的任务是观测木星系统,它观测了木星的大红斑,还向木星云层释放了一个探测器。这个探测器依靠降落伞进入木星大气,在它被巨大的木星大气压力摧毁前向地球传回了许多宝贵的资料。“伽利略”号对木卫二和木卫四的观测的结果还显示这两个木星卫星的表面之下可能有液态水海洋。有液态水存在就意味着可能有生命生存,这无疑是一个令人振奋的消息。

    美国于19971015日发射了“卡西尼”号飞船,它是第一艘使用核动力电池的飞船。“卡西尼”号的主要任务是探测土星系统,并将向土星最大、最神秘的卫星——土卫六释放出一个名为“惠更斯”的探测器。土卫六是一个被浓厚的大气包裹着的星球,其环境与早期的地球有些类似,使用一般观测手段无法看清它的表面。“卡西尼”号将于2004年七月抵达土星系。

    此外美国宇航局还计划进行更多的行星探测计划,以便更多地了解我们生存的太阳系。其中包括向木卫二发射一个探测器,用以探测木卫二隐藏在冰层下的巨大液态水海洋。如果技术成熟,有可能向木卫二表面释放一个水下探测器,找寻可能存在的地外生命。

    彗星和小行星

    宇宙飞船不仅仅用于对太阳系内的大行星及卫星进行近距离观察。1985-1986年哈雷彗星回归过程当中,有5艘飞船对它进行了近距离观测,有许多令人惊奇的发现。例如,哈雷彗星的核并非人们想象的球状,而是椭球状,气体和尘埃从核的表面几个活动区域喷出。

    欧洲空间局的计划中,已经或即将开始对7个短周期彗星进行空间探测。它们是“深空1号”(DS1)计划、“星尘”计划、“等高线”计划、“罗塞塔”计划、“深空4号”(DS4)计划。其中DS1DS4计划是与美国国家宇航局合作的。

    199810月发射的“深空1号”飞船,将飞越小行星3352McAuliffe、火星、以及威尔逊-哈林顿彗星。飞船与彗星将于20006月相遇。DS1将以约15公里/秒的速度距彗核约500公里处飞过,对彗发、彗核进行观测。它首次采用了离子发动机。飞船于20105月将样品送回地球。

    “星尘”在19992月发射,飞向怀尔德-2彗星,并将首次带回珍贵的彗星样品。

    “罗塞塔”将于2003年发射,对Wirtanen彗星及其环境进行长达近两年的仔细研究。9年之后,飞船与彗星相遇,总重20公斤的仪器将降落在彗星表面。这些仪器将采掘彗星表面和近表面样品进行研究,并用声波法探测彗星内部结构,研究周围等离子体与太阳风相互作用等。

    “深空4号”飞船将于20034月发射,于200512月进入环绕Tempel 1彗星的轨道,并于20064月将着陆器送上彗星表面作实验。最后,将彗星表面下不同深度的物质分装在3个不受外界影响的密封金属罐内,由着陆器的上半部将样品送回飞船。飞船于20105月将样品送回地球。

    空间科学研究
    太空太空

    空间站是人类在太空进行各项科学研究活动的重要场所。1971年,前苏联发射了第一座空间站“礼炮”1号,由“联盟”号飞船负责运送宇航员和物资。19868月,最后一座“礼炮”7号停止载人飞行。1973514日,美国发射了空间站“天空实验室”,由“阿波罗”号飞船运送宇航员和物资。1974年天空实验室封闭停用,并于1979年坠毁。

    1986220日,前苏联发射了“和平”号空间站。它全长超过13米,重21吨,设计寿命10年,由工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成,有6个对接口,可与各类飞船、航天飞机对接,并与之组成一个庞大的轨道联合体。自“和平”号上天以来,宇航员们在它上面进行了大量的科学研究。还创造了太空长时间飞行的新纪录。“和平”号超期服役多年后于2001319日坠入太平洋。1983年,欧洲空间局发射了“空间实验室”,它是一座随航天飞机一同飞行的空间站。

    国际空间站是建造中的新一代空间站。它由美国和俄罗斯牵头,联合欧洲空间局11个成员国和日本、加拿大、巴西等16国共同建造运行。空间站从1994年开始分多个步骤建设安装,至2006年全部建成。建成后空间站将长110米,宽88米,质量超过400吨,将是有史以来规模最庞大、设施最先进的人造天体。可供67名宇航员同时在轨工作。

    1981年全世界第一颗红外天文卫星发射升空。而对于天文学上有重要意义的事件是1990425日由美国“发现”号航天飞机送入太空的哈勃空间望远镜(HST)。它的目的是探测宇宙深空,了解宇宙起源和各种天体的性质和演化。HST耗资21亿美元,对天文学特别是天体物理学的推动是巨大的。在空间放置望远镜可以摆脱大气的干扰,没有大气消光的问题,同时因为没有大气,设计的望远镜可以达到衍射极限。它的镜面不受重力的影响,不会变形,望远镜有极高的分辨率。它是人类的千里眼,探索宇宙奥秘的利器。此后美国和欧空局又相继发射了“钱德拉”空间X射线望远镜和XMM空间天文台等。

    美国的航天飞机是当前世界上唯一一种用于在地面和近地轨道之间运输人员物资,并可重复利用的航天器。它也可以在太空中进行各种科学实验活动。

    中国航空中国航空
    中国航空

    中国1964719日,成功发射了一枚生物火箭。19661027日,导弹核武器发射试验成功。1970424日在酒泉发射了我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”。19751126日,发射了一颗返回式人造卫星。1980年远程运载火箭发射成功。2年以后,潜艇水下发射运载火箭获得成功。198448日,我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功。198621日,我国发射了一颗实用通信广播卫星。198897日,中国发射了一颗试验气象卫星“风云1号”。19991120日,在酒泉卫星发射中心用运载火箭成功发射了第一艘“神舟号”试验飞船。20031015900,中国发射了第一艘载人飞船“神舟5号”,飞船在太空中飞行了21小时,绕地球运行14周后,于16日清晨623安全返回地面。宇航员杨利伟成为第一个乘坐中国人自己的飞船进入太空的中国人。展望未来,在2010年以前,中国的宇宙飞船将访问月球。201192921163秒,中国将建立自己的空间站天宫一号发射升空。之后,中国将进一步开展月球探测、建设月球基地、探测火星、登陆火星等一系列航天活动。

    太空环境

    自宇宙大爆炸以后,随着宇宙的膨胀,温度不断降低,当前,太空已成为高寒的环境,平均温度为零下270.3℃。

    在太空中,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成宇宙射线。如太阳有太阳电磁辐射,太阳宇宙线辐射和太阳风,太阳宇宙线辐射是太阳在发生耀斑爆发时向外发射的高能粒子,而太阳风则是由日冕吹出的高能等离子体流。

    许多天体都有磁场,磁场俘获上述高能带电粒子,形成辐射很强的辐射带,如在地球的上空,就有内外两个辐射带。由此可见,太空还是一个强辐射环境。

    太空还是一个高真空,微重力环境。重力仅为百分之一到十万分之一g (g-重力加速度,而人在地面上感受到的重力是1g

    太空垃圾危害
    太空垃圾太空垃圾

    自上世纪50年代开始进军宇宙以来,人类已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计,太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个,大于1.2厘米的有数十万个,而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。

    不要小看这些太空垃圾,由于飞行速度极快(6-7公里/秒),它们都蕴藏着巨大的杀伤力,一块10克重的太空垃圾撞上卫星,相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞——卫星会在瞬间被打穿或击毁!试想,如果撞上的是载人宇宙飞船……而且人类对太空垃圾的飞行轨道无法控制,只能粗略地预测。这些垃圾就像高速公路上那些无人驾驶,随意乱开的汽车一样,你不知道它什么时候刹车,什么时候变线。它们是宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”,对于宇航员和飞行器来说都是巨大的威胁。

    当前地球周围的宇宙空间还算开阔,太空垃圾在太空中发生碰撞的概率很小,但一旦撞上,就是毁灭性的。更令航天专家头疼的是“雪崩效应”——每一次撞击并不能让碎片互相湮灭,而是产生更多碎片,而每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。如果有一天,等地球周围被这些太空垃圾挤满的时候,人类探索宇宙的道路该何去何从呢?

    太空垃圾是人类在进行航天活动时遗弃在太空的各种物体和碎片,它们如人造卫星一般按一定的轨道环绕地球飞行,形成一条危险的垃圾带。太空垃圾可分为三类:一是用现代雷达能够监视和跟踪的比较大的物体,主要有种种卫星、卫星保护罩及各种部件等,这类垃圾当前已达8000多个;二是体积小的物体,如发动机等在空间爆炸时产生的,其数量估计至少有几百万;三是核动力卫星及其产生的放射性碎片,到2000年,这类卫星送到地球轨道上的碎片达3吨。

    1957104日,前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星,揭开了人类空间时代的序幕,同时也为太空送去了第一批垃圾。当时,宇航员完成飞行任务,把卫星的装载舱、备用舱、仪器设备及其他遗弃物都留在了卫星轨道上。此后,随着人类太空史上的一次次壮举,太空垃圾与日俱增。人类先后已将4000余颗卫星送入太空,当前仍在正常运转的仅有400余颗,其余的或坠毁于地球表面,或遗留在太空,成为太空垃圾。据统计,当前约有3000吨太空垃圾在绕地球飞奔,而其数量正以每年2%5%的速度增加。科学家们预测:太空垃圾以此速度增加,将会导致灾难性的连锁碰撞事件发生,如此下去,到2300年,任何东西都无法进入太空轨道了。

    太空垃圾给航天事业的发展带来了隐患,它们成为人造卫星和轨道空间站的潜在杀手,使宇航员的安全受到严重威胁。要知道,太空垃圾是以宇宙速度运行的。一颗迎面而来的直径为05毫米的金属微粒,足以戳穿密封的飞行服;人们肉眼无法辨别的尘埃(如油漆细屑、涂料粉末)也能使宇航员殒命;一块仅有阿司匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成“残废”,可将造价上亿美元的航天器送上绝路。在人类太空史上,太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。1983年,美国航天飞机“挑战者”号与一块直径02毫米的涂料剥离物相撞,导致舷窗被损,只好停止飞行。1986年,“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸,成为56410 厘米大小的残骸和2300块小碎片,这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”!1991915日,美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞,当时“发现者”号与这个“不速之客”仅仅相距274千米,幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号,它才免于丧生。据计算,当前太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为37%,发生非灾难性撞击事件的可能性为20%。以此计算,今后将每510年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件,到2020年将达到2年一次。

    5其他信息

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    外层空间法

    联合国和平利用外层空间委员会(简称“外空委员会”)作为永久性机构,1959年成立。外空委员会设立了法律和科技两个小组委员会,分别审议和研究有关的法律和科技问题,即《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》(1966,简称《外层空间条约》)、《营救宇宙航行员、送回宇宙航行员和归还射入外层空间的物体的协定》(1967)、《空间物体所造成损害的国际责任公约》(1971)、《关于登记射入外层空间物体的公约》(1974)和《关于各国在月球和其它天体上活动的协定》(1979),中国于198312月加入了《外层空间条约》。

    原则和规则

    上述条约提出了一些重要原则和规则,对外层空间法的形成起了重要作用,它们包括:外空的利用应为全人类谋利益;外空和天体供一切国家在平等基础上自由探测和利用;任何国家不得将外空和天体据为己有;探测和利用外空应遵守国际法和维护国际和平与安全;禁止将载有核武器或其他大规模毁灭性武器的人造卫星或航天器放置在地球卫星轨道和外层空间;发射国对射入外空的物体及其所载的人员具有管辖权和控制权;对紧急降落的宇航员应给以一切可能的协助,尽力予以营救和送回发射国,发现的外空物体应予归还;发射国为其外空物体对地面上或对飞行中的飞机造成的损害负有赔偿的绝对责任;发射国在切实可行范围内将所发射的外空物体和有关情报通知联合国秘书长;各国探测和利用外层空间应进行合作和互助;在外空进行活动时,应照顾其他国家的利益;从事外层空间活动应避免使外空遭受有害的污染和使地球环境发生不利的变化;月球和其他天体应限用于和平目的,禁止各种军事利用;月球和其他天体及其自然资源为人类共同财产;公平分配这些资源带来的利益并对发展中国家和对探索作出贡献的国家给予特殊照顾等等。

    在国际法上,尽管有些学者曾经提出过领空无限的主张,但由于地球的自转和公转,以及整个太阳系的运动,认为国家主权无限制地延伸到宇宙中去是没有实际意义的。对外空的探测和利用以及数以千计的人造卫星不断地在围绕地球的轨道上运行的事实,表明外层空间依其性质是难以成为国家主权控制的对象的。1963年联合国大会通过的《各国在探索与利用外层空间活动的法律原则的宣言》,确定了外层空间供一切国家自由探测和使用,以及不得由任何国家据为己有这两条原则。

    除上述1963年联大通过的宣言外,外空委员会先后草拟了5项有关外空的国际条约,即《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》(1966,简称《外层空间条约》)、《营救宇宙航行员、送回宇宙航行员和归还射入外层空间的物体的协定》(1967)、《空间物体所造成损害的国际责任公约》(1971)、《关于登记射入外层空间物体的公约》(1974)和《关于各国在月球和其它天体上活动的协定》(1979),中国于198312月加入了《外层空间条约》。由柳洪平创建。

    核动力源

    外空委员会科学和技术小组委员会在1979年研究报告的结论中称,只要充分履行有关使用核动力源的安全标准和规定,核动力源可以在外空安全使用。如今法律小组委员会正在上述研究报告的基础上审议能否在现有的国际法规范方面,补充有关在外空使用核动力源的规定问题。

    研究发现

    太空让人类活的更长久

    80年代末90时代初期的联盟号飞船宇航员中,只有4个人真正意义上在太空中生活长达一年之久(技术上讲Vladimir Titov 和 Musa Manarov这俩人只待够了364.9天,但是我们不会计较这0.1)。而其中的Sergei Krikalev是在太空中生活最长时间的记录保持者,他通过6次航天飞行在太空中生活了长达2.2年。对于航天旅行来说,这绝对算的上非常长的时间了,因为都可以很轻易的观察出你的肌肉是怎么萎缩,你的骨头是是怎么变脆恶化的。当然在太空无重力环境待够这么长的时间,宇航员还会承受很多其他方面的负面影响。

    由诺丁汉大学Sergei Krikalev博士牵头的一项新的研究对上述的现象没有表示任何的反驳,他们的研究发现,在送往国际空间站的虫子体内,一种特定的基因表达级别要比在地球要低很多,于是在太空中,该蠕虫肌肉里会积累大量的毒蛋白。而当Szewczyk博士改变了c型蠕虫的该基因表达量后,这种实验蠕虫会生存的更久。(由于c型蠕虫的肌肉萎缩变现与人类惊人相似,于是经常被用语太空环境研究)

    当然,我们不能就光拿虫子说事,比较太空中的人体反应与试验蠕虫的反应还是有很大不同。在一个博士的实验团队还没有完全搞清楚造成蠕虫存活长久的其他因素是什么。但是Szewczyk 博士表示他还是相信人体内还是有相同的机制反应,让太空中生活的人体能生存的更久。他说:“我们一共定位了7个基因片段,这些基因能在太空环境下将生物的有效生命时期缩短.....当然现在我们还不是很确定其中的具体机制,但能肯定的是这7条基因涉及到蠕虫如何感知外界环境变换并且改变自身新陈代谢以适应这种环境的。举个例子来说,我们定位基因中的一条可以转录翻译生成胰岛素,因为它涉及到体内激素代谢的控制以免患上糖尿病。而在蠕虫,苍蝇,以及老鼠体内,胰岛素还会和生命长短的调节有关系。”

    谈到这个研究对于宇航员的身体状况以及未来太空旅行的意义时,Szewcyzk博士只能推测说:

    “我们都知道在太空中肌肉会萎缩,最新的研究成果表明这种萎缩是一种本能的适应性反应而非人们所理解的病态反应。肌肉的年龄在太空中也要比在地球长的多,这也许还是因为航天旅行减慢了肌肉的新陈代谢。”

    很难说这种变化机制在人体中会实现多少,即使这种调节代谢的技术授权可以实施在宇航员身上,但是真正的航天旅行会引起人体很多部位的问题比如免疫系统,心血管系统,甚至有可能是最基本的生物系统。

    要进行太空旅行的话,宇宙中无处不在的有害辐射会让任何延缓衰老的措施都无济于事。但是如果人类要进行常年的航程来对外星进行探索时,那么我想对于到达目标星球的时间宇航与是绝对够了。

    6太空创业

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    20167月,一家亚利桑那州的初创公司World View获得硅谷风险投资Canaan Partners Norwest Ventures 1500万美元的融资。这家初创公司自称是“太空热气球”(space balloon),旨在将游客送到地球大气层边缘。他们使用的不是火箭,而是热气球。

    这只是近来一系列硅谷对太空初创公司投资的最新案例。同样在上周,一家位于西雅图的公司Spaceflight Industries 获得1800万美元的融资,用以组建描绘地球影像的卫星群。这家公司的目标是人们可以通过付费,在智能手机上获得地球任意地点精确影像。费用为每90分钟90美元使用权。

    另一家位于西雅图的公司Planetary Resources获得了超过2000万美金的融资,他们的目标更加宏伟:地外小行星采矿。

    近些年,几个热心的亿万富翁的一直活跃在私人太空领域。伊隆·马斯克的SpaceX、杰夫·贝佐斯的Blue Origin 都成功试验了可回收的商用火箭,大大削减了进入太空的成本。保罗·艾伦的Vulcan也在研发平流层火箭发射,想象一下世界上最大的飞机每周在空中发射火箭。

    这些巨头们已经带动孵化了大批太空创业公司,越来越多的企业家和小型投资者也加入了进来。大家似乎都看到了未来太空产业的巨大前景。WorldView首席执行官 Jane Poynter说道:“投资界开始重视太空产业了,我们一直期待的充满活力的太空产业如今已经成为现实。”

    如果真的靠太空产业挣钱(比方说小行星采矿,太空装备制造),其实还有很长一段路要走。太空产业离不开卫星产业的继续发展和多国共同合作。2014Google5亿美金收购了地球影像公司 SkyboxGoogle将公司重命名为TerraBella,该公司最近才将他们的第二代卫星送上了地球轨道。值得一提的是这些卫星的视频成像能够精确到一米。

    其实太空产业的现状也没那么天马行空,平流层旅游和小行星采矿正在给更加实际的商业模式让路。资本家们说到底还是要谈回报的。WorldView现在研究的热气球能够以更低廉的价格提供通讯及成像服务。

    此外,Planetary Resource获得的投资将用来改变他们的首个太空望远镜的朝向,原本这个望远镜是为了寻找小行星的,但是公司将把它掉转向地球,并用于精准农业。公司的CEO Chris Lewicki也强调他们正在构建可重复、可拓展的商业模式。

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    • 更新时间:2016-07-07
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