航天技术的发展，进入外层空间必须闯过的四道难关

第五节　航天技术

我国从50年代后期开始发展航天技术。它称为人类的第四环境。在1981年召开的国际宇航联合会第32届大会上，陆地、海洋、大气层和外层空间分别被称为人类的第一、第二、第三和第四环境。关于外层空间的边界，尚无确切定义，通常把100—120公里以下的大气层称为稠密大气层，也称大气环境，即人类的第三环境，其上为外层空间。

进入外层空间必须闯过以下四道难关。

第一，克服地球引力。在160公里的高度上地球引力才减小1%，在2700公里高度减少一半。地面上物体只有达到第一宇宙速度即7．9公里／秒时，才能成为地球卫星。达到第二宇宙速度，即11．2公里／秒时，才能像地球、金星、火星那样，成为太阳的一颗新行星。当达到第三宇宙速度，即16．7公里／秒时就可以飞出太阳系。

第二，克服真空。地面上的大气压力是760毫米汞柱，大气密度和大气压力随地面高度的增加，按指数规律迅速减小。目前我国能抽到的最高真空度为10－12毫米汞柱，这时每立方厘米体积内约含有32000空气分子，而星际空间每立方厘米含有的分子和原子数平均不到100个，甚至到10个。装有一般发动机的飞机，其上升高度的极限是27公里。

第三，适应剧烈变化的温度环境。地球表面最热地方为40摄氏度，最冷处为－40℃；而在外层空间，向阳光的温度高达200℃，背阳光冷到－100℃。在远离恒星的空间，环境温度接近于绝对零度，在恒星附近，温度高达几千度。(www.xing528.com)

第四，暴露在有害辐射之中。近地空间是一个强辐射环境，从x射线到红外线的太阳电磁辐射、粒子辐射严重影响环境。

既然第四环境如此恶劣，为什么还要去探索涉足呢？这是因为它蕴藏着极其丰富的空间资源。现已探明可供利用和开发的空间资源就有以下几类：1．航天器相对于地面的高位置资源；2．高真空和高洁净环境资源；3．航天器微重力资源；4．太阳能资源；5．超低温热沉资源；6．月球及其他行星资源。

第四环境对于材料技术的发展有着极其重大的科学价值。第一，由于航天器处于微重力场，在失重场合冶炼合金钢可以使比重不同的金属分子之间均匀分布，这是在地球重力场难于得到的金相结构；因为比重不同的几种金属在一个容器冶炼，一旦浇灌到铸模中，比重大的成分会下沉，比重小的金属会上浮，凝固过程中必然形成不均匀分布。第二，由于第四环境是高真空和高洁净环境，容易拉抻出理想的金属晶须；这种金属晶须的金相结构可以达到分子水平上的均匀分布，可以消除微观沙眼，其抗拉强度可以达到普通金属丝的几千倍；形象地说，一根头发丝粗的金属晶须能够抵得上手指头粗的普通金属绳。

怎样去利用第四环境的空间资源，这本身就是一种创造性思维，需设计出许多新的思维程序，并且利用航天技术开发空间资源，必须组成系统；这个系统至少应包括航天器、航天运输系统、航天器发射场、航天测控数据采集网、用户设备、保障设施，等等。

从1957年至1992年底，全世界各国成功发射有4396个各种航天器，其中前苏联有2819个，美国有1223个，日本有59个，中国有33个，法国有27个。航天技术是一个国家高技术水平的重要标志，它对于材料技术、能源技术和信息技术都有极高的指标要求。航天系统的每种材料几乎都需要进行精心的设计，任何一个细节上的疏忽都会妨害整体功能的正常运行。