航天基础知识问答(航天基本知识题)
大爆炸理论
理论内容
相信很多人都看过一部美剧，叫做《theBigBangTheory》（生活大爆炸）。事实上，生活大爆炸理论的英文名称是BigBangTheory。
大爆炸理论是现代宇宙学中最有影响力的理论。其主要思想是宇宙曾经有过从热到冷的演化历史。在大爆炸之前，物质只能以基本粒子的形式存在，如中子、质子、电子、光子和中微子。大爆炸后，宇宙继续膨胀，导致温度和密度迅速下降。随着宇宙逐渐冷却、温度降低，这些非常小的基本粒子逐渐形成原子、原子核、分子和化合物，成为普通气体。气体逐渐凝结成星云，进一步形成了各种恒星和星系，最终形成了我们今天看到的宇宙。大爆炸并不是真正的爆炸，而是因为在这个过程中，宇宙系统不断膨胀，导致物质的密度从稠密演化到稀薄，就像一次巨大的爆炸一样。
理论提出
大爆炸假说最早由比利时天文学家、宇宙学家勒梅特·乔治于1927年提出。1929年，哈勃根据红移现象提出了哈勃定律。什么是红移？当我们安静地听火车呼啸而过时，我们会发现火车离我们越近，发出的声音就越尖利，因为声音的波长越来越短；离我们越远，声音就越大，因为声音的波长变得更长。这种现象就是多普勒效应。光和声音一样，也是一种波，也具有多普勒效应：当遥远的星系远离我们地球所在的银河系时，星系发出的光谱会向长波端移动（即红光）。end），这就是所谓的红移。哈勃随后根据星系相互远离的红移现象，得出了宇宙膨胀的假说。
随后在1946年，美国物理学家乔治·伽莫夫正式提出了大爆炸理论，认为宇宙是由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成的。上世纪末，对超新星的观测表明，宇宙的膨胀正在加速，因为宇宙可能主要由暗能量组成。暗能量是一种驱动宇宙运动的能量。它和暗物质都不能辐射、反射或吸收光，因此我们人类无法利用现有技术直接观察它。
空间概念
人类的飞行活动一般分为三个阶段，即航空、航天、航天。航空是指在大气层内的活动（如飞机），航天是指飞出地球大气层并在太阳系内的活动（如人造卫星），航天是指飞出太阳系并在太阳系内航行。浩瀚的宇宙。如今，航空航天一般是指在地球大气层以外的太空进行航行活动的载人或无人航天器的总称。它也称为太空飞行或太空导航。航天活动的目的是探索、开发和利用空间和天体，为人类服务。
轨道的基本概念
汽车有自己的运行轨道（道路），火车有自己的运行轨道（铁路），航天器也有自己的运行轨道。只不过汽车的轨道是物理客观存在的，需要构建，而航天器的轨道没有物理物体，与飞机的航线类似。航天器必须遵循预定轨道，以确保其正确到达目的地。航天器轨道是航天器的运动轨迹，包括发射轨道、运行轨道、返回轨道等。轨道只是一个大家容易理解的形象。它是航天器在发射阶段、运动阶段和返回地球期间的轨迹。
发射轨道
从运载火箭点火起飞到航天器进入预定轨道的飞行路径称为发射轨道。运载火箭的发射轨道包括垂直起飞段、程序转弯段和入轨段。
运载火箭首先垂直起飞（垂直起飞段）。运载火箭离开发射台一段时间后，火箭开始按预定程序转向，沿发射方向飞行（程序转向段）。当接近卫星轨道时进入卫星轨道。在轨道点，火箭执行最后的水平加速。达到入轨速度后，运载火箭与航天器分离，将卫星送入轨道（入轨段）。
垂直起飞段和程序转弯段两级类似，但入轨段根据轨道高度不同分为直接入轨、滑行入轨和过渡转入轨三种方式。轨道。低轨卫星一般采用直接入轨方式，即火箭连续工作。当最后一级火箭发动机关闭后，卫星即可进入预定轨道。中高轨卫星一般选择滑翔入轨。
轨道
轨道是指人造地球卫星从末级火箭推力结束到人造卫星坠落（或返回地面）的运动轨迹。
卫星的轨道是椭圆形的（我们称之为开普勒椭圆轨道），地球位于椭圆的焦点之一。卫星距离地球最近的点称为近地点，此时卫星的速度最高；卫星距地球最远的点称为远地点，此时卫星的速度最低。远地点和近地点都位于椭圆轨道的长轴上。
根据离地高度，人造地球卫星轨道可分为低轨道、中轨道和高轨道三种；按飞行方向可分为顺行轨道（与地球自转方向相同）和逆行轨道（与地球自转方向相反）。）、赤道轨道（在赤道上方绕地球飞行）和极轨道（经过地球南北两极）。
返回轨道
有些航天器，如返回式卫星、航天飞机、载人航天器等，在完成任务后需要返回地球。从离开轨道到着陆地面的飞行路径称为航天器的返回轨道。形象地说，设计返回轨道就像为飞船返回铺平了一条安全道路，帮助飞船穿过地狱之门，安全降落在地面上。
根据航天器在返回轨道上所受到的阻力和升力，其返回轨道可分为半弹道、滑翔（升力）和弹道三种类型。
（1）半弹道返回轨道：航天器在重新进入大气层的过程中，不仅会遇到阻力，还会产生部分升力。只要控制得当，就可以控制升力的方向，从而在小范围内改变航天器的飞行轨迹。适当调整着陆点的距离可以使着陆点更加准确。前苏联的联盟号飞船和美国的双子座飞船都采用了这种返回轨道。
(2)滑翔(升力式)返轨：对于具有较大机翼的航天器，如航天飞机，重新进入大气层后，机翼会产生较大的升力，因此可以精确调节纵向和横向距离。降落在跑道上。
(3)弹道返回轨道：航天器重新进入大气层后，只受到阻力，不产生升力。因此，它的行驶速度非常快。着陆点无法调整或控制，因此存在较大偏差。美国、苏联早期的航天器以及我国的返回卫星都采用了这种返回轨道。
地球静止轨道
倾角为零的圆形地球同步轨道称为地球静止轨道，因为在该轨道上运行的卫星始终位于赤道上方的某个位置，并且相对于地球表面静止。在地球静止轨道上运行的卫星距地球赤道地面的高度为35,786公里。对地静止轨道是地球同步轨道的一种特例，只有一个轨道。许多人造卫星，特别是通信卫星，大多使用地球静止轨道。
太阳同步轨道
太阳同步轨道是指轨道面与太阳始终保持相对固定的方向。其轨道倾角（轨道面与赤道面的夹角）接近90度。在该轨道上运行的卫星必须经过两极附近，因此也称为近极太阳同步卫星轨道。
极轨道
极轨道平面与赤道平面之间的夹角为90。在极地轨道上运行的卫星可以飞越任何纬度以及每个轨道上的北极和南极。
行星探测器轨道
行星探测器的轨道根据受力情况分为三个阶段：绕地心运动阶段、绕日心运动阶段和绕行星质心运动阶段。行星探测器需要沿着过渡轨道行进，从一个阶段移动到下一个阶段。
万有引力定律
地球上的大部分物体被抛到空中后都会落到地面上。这是由于地球对这些物体的吸引力。牛顿的万有引力提出，任何两个物体之间都存在相互吸引力，而不仅仅是地球。
牛顿万有引力定律表述为：任意两个质点（质点是指有质量但没有体积或形状的点，这是理想化模型）通过连线方向的力相互吸引中心。该引力的大小与两个粒子质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。此外，它与两个物体的化学成分以及它们之间的材料类型无关。
那么为什么我们感觉不到手指和鼠标之间的吸引力，却能感受到地球对我们的吸引力呢？这是因为手指和鼠标的质量太小，我们无法感受到这种吸引力。相反，地球和其他天体具有惊人的质量。在考虑天体受力时，我们不能忽视天体之间的引力。
开普勒运动定律
1609年，约翰内斯·开普勒在其出版物《新天文学》中发表了两条行星运动定律。1618年，他发现了行星运动第三定律。
开普勒之所以能够发现这些定律，是因为他有幸获得了第谷·布拉赫观察和收集的非常精确的天文数据。根据丹麦天文学家布拉赫对行星位置的观察，开普勒发现行星的运动遵循三个相当简单的定律。
开普勒第一定律，也称为椭圆定律：每颗行星都在自己的椭圆轨道上绕太阳运行，太阳位于椭圆的焦点上。
开普勒第二定律，也称为面积定律：在相同的时间内，太阳和运动行星的连线所扫过的面积相等。
开普勒第三定律，又称调和定律：各行星绕太阳公转周期的平方与其椭圆轨道的半长轴的立方成正比。由这个定律可以得出，行星与太阳之间的吸引力与半径的平方成反比，这是牛顿万有引力定律的重要基础。
爱因斯坦的相对论
相对论的诞生
1905年5月的一天，阿尔伯特·爱因斯坦和他的朋友贝索讨论了相对论，这是一个已经探索了十年的问题。两人讨论了很长时间。突然，爱因斯坦意识到了一件事。回到家后，他想了又想，终于找到了问题所在。第二天，爱因斯坦再次来到贝索家说：谢谢你，问题解决了。事实证明，爱因斯坦想得很清楚一件事：时间没有绝对的定义，时间和光速之间有着密不可分的联系。他找到了问题的解决办法。然后，经过几周的努力，爱因斯坦提出了他的狭义相对论。后来，他在《论动体的电动力学》和《关于相对性原理和由此得出的结论》等论文中详细阐述了狭义相对论的内容。
1915年11月，爱因斯坦向普鲁士科学院提交了四篇论文，提出了广义相对论。后来，爱因斯坦在长论文《广义相对论的基础》中提出，将之前应用于惯性系统的相对论称为狭义相对论，将物理定律只适用于惯性系统的原理称为狭义相对论原理，并进一步描述了广义相对论。自然原理：他相信物理定律在任何以任何方式移动的参考系中都必须成立。
有人可能会问，什么是惯性系？事实上，在惯性系统中，不受力的物体将保持相对静止或匀速直线运动。时间均匀地流逝，空间均匀且各向同性。在其他参考系统中，此功能不可用。显然，牛顿定律只在惯性系中成立。
狭义相对论和广义相对论
相对论分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论认为，除非两个物体处于相对静止或相对匀速直线运动的状态，否则两个物体就不处于绝对统一的时间。
例如，钟楼外墙上挂着一个钟。从它的三个指针全部重叠的那一刻起，观察者乘坐的飞船以光速从钟面出发，以匀速直线运动垂直于钟面运动，那么观察者就永远只能看到第一个秒针摆动的秒数。这是因为观察者以光速做直线运动，而秒针摆动的图像也以光速传播，所以观察者只能看到第一秒的图像，因为出发时间与观察者相同，而第二秒的图像可以被观察者看到。由于图像比观察者离开的时间晚了一秒，所以第二秒的图像无法到达观察者的眼睛。
广义相对论认为，万有引力不是一种力，而是因为物质或有质量的物体存在的空间和时间是扭曲的、不均匀的，而扭曲的原因就是质量的存在。正是由于这个质量造成的扭曲，周围物体或物质的运动往往会朝着扭曲时空中心点的方向移动，所以从表面上看就像是被物体拉扯而成的。某种拉力。因此，万有引力是时空被质量扭曲的表现。这种表现形式早已给人们留下了一种错觉，使人们错误地认为万有引力是一种直接作用于物质或物体的力。
伽利略动力学理论
1582年左右，18岁的伽利略通过长期的实验观察和数学计算，总结出了钟摆的等时性定律：在同一地点，用细线悬挂的物体摆动一周所需的时间只与摆的长度有关。对于同一个摆，摆动周期始终保持不变。
两个球同时落地
关于物体的下落运动，亚里士多德认为，当两个物体从同一高度落下时，较重的物体先落下，较轻的物体后落下。这一理论主导了西方科学界一千多年。伽利略对下落物体的运动进行了详细的观察。这一理论在实验上和理论上都被否定了，并建立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力时，不同重量的球会同时落到地面，且下落速度无关。与重量有关。
据说伽利略在比萨斜塔上做了一个实验，让两个不同重量的小球同时落到地上。
重力与加速度的关系
伽利略对运动的基本概念，包括速度（用来描述物体运动的速度有多快）和加速度（用来描述物体速度变化的速度）进行了详细的研究，并给出了严格的数学表达式。在落球的实验中，他得到了球的力与加速度的关系，并证明了当物体只受到地球引力的影响时，无论物体的质量如何，它们的加速度都是相同的。这是力学史上一个里程碑式的发现。伽利略提出的重力与加速度的关系奠定了动力学的科学基础。在伽利略之前，只有静力学有定量描述。牛顿将引力扩展到所有力，并根据力与物体质量之间的关系建立了牛顿第二运动定律。
惯性定理
伽利略曾正式提出惯性定律，他称之为惯性原理：“水平方向运动的物体，除非受到外力的干扰，否则将继续以相同的方向和速度运动”。牛顿后来提到了伽利略的惯性原理。称为他的第一运动定律。
伽利略的相对论原理
我们知道，爱因斯坦曾提出相对论，伽利略关于相对论基本原理的一些结论构成了爱因斯坦相对论的框架。伽利略认为，任何匀速直线运动的系统（如匀速直线运动的马车），物理定律都是相同的，因此不存在绝对的运动或静止。这一原理也构成了牛顿运动定律的框架。可见，伽利略是牛顿运动定律和爱因斯坦相对论的先驱。
多普勒效应
多普勒效应是指由于波源和观察者的相对运动而导致物体辐射波长的变化。在移动波源面前，波被压缩，波长变短，频率变高（蓝移）；在移动波源后面，会发生相反的效果。波长变长，频率变低（红移）；波源的速度越高，效果越大。生活中有这样一个有趣的现象：当救护车驶近时，声音越来越大；当救护车驶近时，声音越来越大；当救护车驶近时，声音越来越大。而当车子离开时，声音也越来越小。你可能没有意识到，这种现象与医院使用的彩色超声波属于同一个原理，即“多普勒效应”。
太空任务的基本要素
太空任务的四要素：航天器、轨道、运载火箭、任务控制系统
牛顿三定律
我们都有这样的经历：当我们用手掌拍打一块柔软的橡皮泥时，一方面，橡皮泥因手掌的力量而变平；另一方面，橡皮泥因手掌的力量而变平了。另一方面，如果用力太大，我们的手掌也会痛，就像橡皮泥也“打”我们一样。橡皮泥自然不会砸到人。事实上，牛顿第三定律可以很好地解释这一点。牛顿第三定律指出，两个相互作用的物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上。在上面的例子中，两个物体是手掌和橡皮泥。橡皮泥压扁是由于作用在手掌上的力造成的，而手掌的疼痛是由于橡皮泥对手掌的被动反作用力造成的。
此外，牛顿还提出了牛顿第一定律和牛顿第二定律。牛顿第一定律就是上面提到的伽利略提出的惯性定理，即任何物体都必须保持匀速直线运动或静止，直到受到外力迫使它改变运动状态为止。
牛顿第二定律描述了物体的运动与作用在物体上的力之间的关系。牛顿第二定律指出，物体的加速度（即物体速度变化的速度）与物体所受的力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向为与力的方向相同。牛顿第二定律也很容易理解。例如，当我们推动一辆最初静止的汽车时，我们用力越大，汽车加速得越快。