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细说全球最顶尖十大科技

2021-03-18 本站作者 【 字体:

1、能源技术


能源技术是于20世纪七十年代开始研发的一种科学技术,他的主要用途是用于能源探测和能源提取,除此之外,能源技术经过多年的发展,已经非常成熟,这项技术已经得到广泛应用。

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根据中电传媒数据库,2012年以来我国能耗水平明显降低。2012~2020年全国能源消费总量分别增长3.9%、3.7%、2.2%、0.9%、1.4%、2.9%、3.3%、3.3%、2.2%,年平均增速控制在3%以内。与同期GDP增速相比,2012~2020年单位国内生产总值能耗分别降低3.6%、3.8%、4.8%、5.6%、5.0%、3.7%、3.1%、2.6%、0.1%。9年间单位GDP能耗共降低超过28%,“十三五”期间累计下降近14%。


中国坚定地表态:二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和,这是中国对世界的承诺及未来经济发展信心。中国是世界上最大的发展中国家,未来必然会超越发达国家,成为全球环保强国。

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国外方面,世界主要国家和地区对能源技术的认识各有侧重,尤其重视具有潜在颠覆影响的战略性能源技术开发,从而降低能源创新全价值链成本。比如美国的《全面能源战略》、欧盟的《2050能源技术路线图》、日本的《面向2030年能源环境创新战略》、俄罗斯的《2035年前能源战略草案》等。


2019年,美国和日本是IEA所有成员国中对RD&D公共投入最多的两个国家。两国的RD&D公共投入合计占到成员国总投入的近一半(47%)。紧随其后的是德国、法国、英国、加拿大、韩国、意大利和挪威。由于得益于“地平线2020”研发创新框架计划,2019年欧盟能源技术RD&D公共投入总额位列全球第三,仅次于美国和日本。


美国政府高度重视能源技术研发,投入大量研发资金,维持其在全球能源技术领域的地位。早在2017年,美国联邦政府就投入73亿美元支持RD&D,较前一年增长9%。大部分RD&D资金用于清洁能源技术研究,包括核能(尤其是小型核反应堆),碳捕集、利用和封存(CCUS),能效等。


美国在CCUS领域处于全球领先地位。截至2019年底,美国拥有10个大型CCUS项目,每年捕集超过2500万吨二氧化碳。2020年4月,DOE明确将提供1.31亿美元资助多个CCUS研发项目。其中的4600万美元用于支持燃煤或燃气电厂二氧化碳捕集技术的前端工艺设计。


欧盟制定了具体的发展目标和技术路线图,比如“3个20%”目标,即到2020年可再生能源电力占比提高20%、能效提高20%、碳排放量相比1990年水平减少20%。


2020年6月,德国政府通过了《国家氢能战略》,设定到本世纪中叶实现碳中和的目标,并计划成为氢技术的全球领导者。德国的战略认为,从长远来看,只有可再生能源生产的氢(绿氢)才是可持续的,这将是未来投资的重点领域。德国政府预计,到2030年,氢的需求量折合约90~110太瓦时。为了满足部分需求,到2030年德国将建成总装机容量达5吉瓦的海上(或陆上)可再生能源发电厂。


英国在2008年就通过《气候变化法案》,法案确立的远期目标是到2050年将碳排放量在1990年的水平上降低至少80%。英国世界上第一个以法律形式确立到2050年实现“净零排放”的主要经济体,将清洁发展置于现代工业战略的核心。


英国2019年清洁能源发电量已经超过化石燃料发电量,并计划在2025年前逐步淘汰所有燃煤发电。2019年3月,英国发布《海上风电行业协定》,计划到2030年将英国海上风电装机容量增加到30吉瓦,满足英国三分之一的电力需求。

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日本福岛县10兆瓦级可再生能源电解水制氢示范厂(FH2R),是目前世界上最大的可再生能源制氢装置。该设施于2020年3月7日开始运行,进行清洁廉价制氢技术的生产试验。该设施在18万平方米场地内铺设了20兆瓦太阳能发电装置,接入10兆瓦电解水制氢装置,设计生产能力每小时1200标准立方米氢气。开始运行期间能够年产200吨氢气,生产过程中二氧化碳净排放为零。


能源是推动经济和社会持续发展的根本动力,人类每一次寻求新能源的行为都会引发能源革命,而每一次新能源革命又必然伴随着能源科学技术的进步。能源不仅是经济资源,更是战略资源和政治资源。


能源科学技术发展具有周期长、投资大、惯性强、排他性的特点,不顾需求盲目发展将会导致资源和社会财富的巨大浪费和损失。要推动能源技术革命,必须遵循能源领域的特点和规律。能源技术革命应该明确时空定位,适应本国国情。


2、磁悬浮技术


所谓磁悬浮技术(简称EML技术或EMS技术),是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。

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全球目前的悬浮技术主要包括:磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、电悬浮、粒子束悬浮等,其中磁悬浮技术比较成熟。磁悬浮技术形式主要可以分为:系统自稳的被动悬浮和系统不能自稳的主动悬浮等。


磁悬浮列车,是由无接触的磁力支撑、磁力导向和线性驱动系统组成的新型交通工具,主要有超导电动型磁悬浮列车、常导电磁吸力型高速磁悬浮列车以及常导电磁吸力型中低速磁悬浮。


全球磁悬浮技术的研究起源于德国。1842年,英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念,他认为: 单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。早在1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。70年代后,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。而美国和前苏联则分别在七八十年代却放弃了这项研究计划。而德国、中国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究,并均取得了令世人瞩目的进展。


日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。由于超导技术快速发展,从70年代初转而研究超导磁浮铁路。1972年首次成功地进行了2.2吨重的超导磁浮列车实验,其速度达到每小时50公里。1977年12月在宫崎磁浮铁路试验线上,最高速度达到了每小时204公里,到1979年12月又进一步提高到517公里。1982年11月,磁浮列车的载人试验获得成功。1995年,载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。


德国对磁浮铁路的研究始于1968年(当时为联邦德国)。德国在研究初期,是以常导和超导并重,到1977年,先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆,试验时的最高时速达到400公里。1978年,决定在埃姆斯兰德修建全长31.5公里的试验线,并于1980年开工兴建,1982年开始进行不载人试验。列车的最高试验速度在1983年底达到每小时300公里,1984年又进一步增至400公里。德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟。


英国与日本和德国相比,英国对磁浮铁路的研究起步较晚,从1973年才开始。但是,英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。1984年4月,伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业。旅客乘坐磁浮列车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒钟。令人遗憾的是,在1995年,这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了11年之后被宣布停止营业,其运送旅客的任务由机场班车所取代。


全球有3种类型磁悬浮技术,一是日本的超导电动磁悬浮、二是德国的常导电磁悬浮、三是中国的永磁悬浮。永磁悬浮技术是中国大连拥有核心及相关技术发明专利的原始创新技术。据技术人员介绍,日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下,车体与槽轨是接触在一起的,而利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下,车体和轨道之间都是不接触的。


中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面优势:一是悬浮力强。二是经济性好。三是节能性强。四是安全性好。五是平衡性稳定。槽轨永磁悬浮是专为城市之间的区域交通设计的,列车在高架的槽轨上运行,设计时速230公里,既可客运、又可货运。

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3、海王星海底观测站


"海王星"海底观测站,是加拿大在西部太平洋沿岸省份不列颠哥伦比亚的埃斯奎莫尔特海军基地建设海底观测站。由加拿大全球著名的巨头阿尔卡特-朗讯公司研发。从2009年底开始传送观测数据。

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"海王星"海底观测站包括5个13吨重的像太空舱一样的设备。这些设备放置在温哥华岛西海岸海底,并与海底光缆连接。设备内有数以百计的观测仪器,全球各地的研究人员足不出户就能够通过互联网实时观测海底世界。


巴恩斯曾经说:"人类的捕鱼活动已经下潜至海底大约1200米的区域。随着时间的推移,捕鱼深度还将继续加大。但对于生物如何在海洋深处生存,我们却知之甚少。"巴恩斯将"海王星"形象地称之为"信息水龙带"。它的启动标志着一项耗资800万美元、历时8年完成的工程达到顶峰。


"加拿大海王星"是世界上最大的海底有线局域网。"海王星"网将传输数百个海底仪器和传感器获取的数据。这些数据将直接从太平洋洋底传到互联网上,并且是以全年365 天,每天24小时这种不间断方式传输。这个海底网络每年可产生50太字节(TB,一千千兆字节)数据。通过这些数据,科学家能够了解从地震动力学到气候变化对水柱产生的影响,再从深海生态系统到鲑鱼迁移的各种各样的信息。


加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚大学项目办公室的克里斯·巴恩斯表示:"这是一场革命,为海洋环境带来了电力设施和高带宽互联网这两大新要素。我们已经站在为海洋进行配线的边缘。"


加拿大“海王星”海底观测技术主要应用于:观测海底火山的活动状态;实时监测本区地震和海啸活动;探索矿物、金属和碳氢化合物资源;深究海洋与大气间的相互作用、气候变化;海洋温室气体的循环过程;海洋生态体系的奥秘;海洋的周期变动,能源和资源的滋生再生过程;海洋哺乳动物群落;海洋渔业储备;污染和毒性绽放等方面


4、甚大天线阵


甚大天线阵(Very Large Array,缩写为VLA)是由27台25米口径的天线组成的射电望远镜阵列,位于美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上,坐标34°04′43.49″N 107°37′05.81″W,海拔2124米,是世界上最大的综合孔径射电望远镜。

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甚大天线阵属美国国立射电天文台。由27面直径25米的抛物面天线组成,Y型排列,每臂长2.1千米。有3种组合模式,最长基线为36千米。可在6个波段工作,并可作圆偏振(左旋和右旋)和线偏振测量。在厘米波段,最高空间分辨率达角秒量级(角秒,又称弧秒,是量度角度的单位,即角分的六十分之一。),与地面光学望远镜的分辨率相当;灵敏度比全球其他射电望远镜高一个量级,其成像时间8~10小时。根据观测要求,可分别作连续谱、射电谱线和甚长基线干涉测量的观测研究工作。


甚大天线阵每个天线重230吨,架设在铁轨上,可以移动,所有天线呈Y形排列,每臂长21千米,组合成的最长基线可达36千米。甚大天线阵隶属于美国国家射电天文台(NRAO),于1981年建成,工作于6个波段,最高分辨率可以达到0.05角秒,与地面大型光学望远镜的分辨率相当。


科学家已利用甚大阵发现了水星上的水、一般恒星周围辐射出明亮电波的日冕、银河系中的微类星体、遥远星系周围经重力作用产生的爱因斯坦环、及遥远伽玛射线爆发的电波同位对照影像。甚大阵巨大的规模让天文学家能够以研究超高速宇宙喷流的详细信息,甚至描绘出银河系的中心。


5、火控技术


火控技术也称作火力控制系统,这项技术可广泛用于工厂制造、武器制造领域,这项技术能提高武器的综合作战能力。

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全称火力指挥与控制工程,是控制射击武器自动实施瞄准与发射的装备的总称,其构成:


1、目标跟踪器
2、火力控制计算机
3、系统控制台
4、射击控制仪
5、接口设备
6、必要的外围设备

作用:获取战场态势和目标的相关信息、计算射击参数、提供射击辅助决策、控制火力兵器射击,评估射击效果


武器火控系统。是控制武器自动或半自动地实施瞄准与发射的装备的总称。武器火力控制系统的简称。比如现代火炮、坦克炮、战术火箭和导弹 、机载武器(航炮 、炸弹和导弹)、舰载武器(舰炮、鱼雷、导弹和深水炸弹)等大多配有火控系统。


对于非制导武器配备火控系统而言,可提高瞄准与发射的快速性与准确性,增强对恶劣战场环境的适应性,以充分地发挥武器的毁伤能力。对于制导武器配备火控系统而言,由于发射前进行了较为准确的瞄准,可以改善其制导系统的工作条件,提高导弹对机动目标的反应能力,减少制导系统的失误率。


火控系统中常用的观测器材有:雷达、光学或激光测距仪、红外或微光夜视仪、战场侦察电视、声测器材、声纳等。对于固定目标,还可使用地图与航空(或卫星)照片。搜索到目标之后应进一步对目标的类型(车辆、飞机、导弹、舰船、兵器、人员等)、型号、数量及其敌我属性进行辨识。图像辨识技术的应用已使目标辨识自动化,而敌我辨识最有效的设备是电子敌我识别器。


航空火力控制系统,由控制飞机火力方向、密度、时机和持续时间的机载设备构成的系统。它将飞机引导到目标区,并搜索、接近、识别和跟踪目标,测量目标和载机的运动参数,进行火力控制计算,控制武器发射方式、数量和装定引信。


对于需要载机制导的武器它还进行发射后的制导。轰炸机的火力控制系统包括突防、导航、瞄准投弹和防御设备。轰炸机的多门炮可由一人操纵。计算光学瞄准具将一球形炮塔瞄向目标,而其他炮塔则靠伺服系统控制跟随动作。


现代歼击机装有用数字计算机控制的火力控制系统,由有下视能力的脉冲多普勒雷达、惯性导航系统、大气数据计算机等组成。驾驶员通过平视显示器、下视仪和多功能显示器获得敌我的信息,控制和管理导弹、机炮、火箭和炸弹的瞄准、发射和投放

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反坦克导弹控制系统 早期的反坦克导弹采取管式发射、光学跟踪和有线制导。由于采用光学制导系统(红外线、激光),射手只需要将与光学跟踪器(如红外线测角仪)同步的瞄准镜的十字线对准目标,导弹就能自动地修正它与瞄准线间的偏差而飞向目标,因而能减小射手控制导弹的难度,提高命中率


火控雷达( fire control radar),包含了雷达扫描系统和火力控制系统,是通过计算机辅助系统,实现对整个武器系统的综合有效利用的过程。一般在综合武器平台如飞机、军舰(都携带多种可并发的武器)上使用。可以限时获取战场态势和目标的相关信息;计算射击参数,提供射击辅助决策;控制火力兵器射击,评估射击的效果。


6、朱诺号木星探测器


朱诺号木星探测器,是美国宇航局“新疆界计划”实施的第二个探测项目(第一个项目是已于2006年发射的新地平线号探测器)。

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朱诺号木星探测器是美国宇航局"新疆界"计划实施的第二个探测项目(另一个是2006年发射的新地平线号)。"朱诺"由美国洛克希德·马丁公司建造,宇航局下属喷气推进实验室负责整个探测任务的运行。


探测器的名字"朱诺"是罗马神话中天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力用云雾遮住自己,但朱诺却能看透这些云雾,了解朱庇特的真面目,因此探测器取这个名字是借用寓意,希望它能解开这颗云遮雾绕的气态巨行星隐藏的秘密。


2011年8月5日12时25分,朱诺号木星探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空,展开远征木星之旅。2015年7月,美国宇航局发布"朱诺"号探测器预计在2016年7月4日抵达木星。2016年1月13日下午2点(北京时间1月14日凌晨3点),美国朱诺号打破依靠太阳能提供能源的探测器最远航行记录,当时它距离太阳约7.93亿千米,相比较地球到太阳的距离只有约1.5亿千米。


2017年7月11日上午9时55分,“朱诺”号木星探测器经过近木点,正式飞掠太阳系著名风暴系统——木星“大红斑”,在其上空约9000公里的地方飞过。


"朱诺"号探测器携带着3块太阳能板,每块宽2.7米,长10米。升空后一个小时内,3块太阳能板将慢慢展开,媒体形象地把这3块太阳能板称为"太阳能翅膀"。2017年4月,环绕木星轨道飞行9个月后,"朱诺"号将超过欧洲航天局的"罗塞塔"号彗星探测器,成为单纯依靠太阳能动力飞行里程最长的航天器。

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"朱诺"号太阳能板可提供14千瓦的电力,进入木星轨道后,提供的电力仅为400瓦,只能点亮少量电灯泡。因此,"朱诺"号上的科学仪器和机载计算机均高度节能,同时研究团队还为"朱诺"号精心设计了环绕木星运行的轨道,使其尽可能多地接收阳光。


这种太阳能电池板具有高效的光能利用率,这也决定了其尺寸庞大:长度达到8.9米,宽度达到2.7米。足以为五只标准灯泡提供电力,如果太阳能电池板面对太阳的角度进行优化,最大可产生12-14千瓦的电力。由于木星以及卫星附近具有强大的高能粒子场,辐射强度超过除了太阳以外任何有人类探测器到达过的地方,辐射带由木星赤道开始,穿过木卫二欧罗巴,向外拓展650000公里所以包括太阳能电池板在内的各种外设和内设都要做好各种屏蔽辐射的处理以承受强烈的X射线的照射。


"朱诺"号总巡航距离超过7亿1600万公里,速度超过16,000 km/h(4.4 km/s)。在一个地球年的时间里,它会环绕木星33次。2011年8月5日升空之后,朱诺号的巡航路线会先从地球进行重力助推,在两年后(2013年10月)再会合地球。 2016年,它将会进行切入轨道点火,将速度减慢后进入周期为11天的极轨道。


"朱诺"上装有9台探测设备,包括一部广角彩色摄像机,可以向地球发回彩色图像。当朱诺号进入轨道后,红外线及微波探测仪器将会测量来自木星大气层深处的热辐射源。这些观测将会补充及证实先前对木星成分的研究包括探测水及氧的分布。


朱诺号也会研究造成木星大气层诸多形态及现象的环流。同时,其他仪器会对木星的引力场及两极磁层的数据进行采集。全部朱诺号任务安排在2017年10月完毕届时探测船将已环绕木星33圈,最后会离开轨道并堕入木星中。


朱诺还将使用其通讯设备考察木星的重力场,这是其"重力科学实验"项目的一部分。通过发射信号回地球并观察其多普勒效应,科学家们将能够考察木星重力场对信号的影响。


7、航空技术


航天技术是指将航天器送入太空,以探索开发和利用太空及地球以外天体的综合性工程技术,又称空间技术。


航天技术构成:

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1、航天运载器技术。航天运载器技术是航天技术的基础。若把各种航天器送到太空,必须利用运载器的推力克服地球引力和空气阻力。常用的运载器是运载火箭。


运载火箭主要由:动力系统、控制系统、箭体和仪器,仪表系统组成。目前人们发展了多级运载火箭。多级运载火箭是由几个能独立工作的火箭沿轴向串联组成。


2、航天器技术。航天器是在太空沿一定轨道运行并执行一定任务的飞行器,亦称空间飞行器。航天器分无人航天器和载人航天器两大类。


无人航天器按是否环绕地球运行又分为:人造地球卫星和空间探测器等,其中人造地球卫星按用途分为:1)科学卫星:用于探测和研究;2)应用卫星:直接为国民经济和军事服务;2)技术试验卫星:用于技术试验和应用卫星试验.空间探测器按探测目标分为月球探测器,行星(金星,火星,水星,土星等)探测器和星际探测器.


载人航天器按飞行和工作方式分为:载人飞船,空间站和航天飞机等.其中载人飞船可分为:卫星式载人飞船,登月式载人飞船和行星际载人飞船等;空间站可分为:单一式空间站和组合式空间站。


2、航天测控技术.航天测控技术是对飞行中的运载火箭及航天器进行跟踪测量,监视和控制的技术.为了保证火箭正常飞行和航天器在轨道上正常工作,除了火箭和航天器上载有测控设备外,还必须在地面建立测控(包括通信)系统。


地面测控系统由分布全球各地的测控台,站及测量船组成。航天测控系统主要包括:光学跟踪测量系统,无线电跟踪测量系统,遥测系统,实时数据处理系统,遥控系统,通信系统等.

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从1957年10月4日世界第一颗人造地球卫星上天,到1990年12月底,前苏联、美国、法国、中国、日本、印度、以色列和英国等国家以及欧洲航天局先后研制出约80种运载火箭,修建了10多个大型航天发射场,建立了完善的地球测控网,世界各国和地区先后发射成功4127个航天器。其中包括3875个各类卫星,141个载人航天器,111个空间探测器,几十个应用卫星系统投入运行。到上世纪末,已有5000多个航天器上天。


航天技术是现代科学技术的结晶,它以基础科学和技术科学为基础,汇集了20世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。


航空中的五大技术阶段


1、火箭技术:火箭技术推动了人类航天发展的历史。火药是中国古代的四大发明之一。早在公元1000年宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器,13世纪初传到外国。传说在14世纪末,中国有个学者万户在坐椅背后安装47支当时最大的火箭,两手各持大风筝,试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但最终是一声爆炸之后,碎片纷飞,人找不见了。为纪念这位全球第一个试验火箭飞行的勇士,月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。


19世纪末20世纪初,近代火箭技术和航天飞行先驱者的代表人物有:前苏联的齐奥尔科夫斯基,美国人戈达德和德国奥伯特。

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齐奥尔科夫斯基,一生都在从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典著作中,对火箭飞行的思想进行了深刻论证,他最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了理论基础。他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议,短短30年就实现了。


美国的戈达德博士,在1010年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认识到,液体推进剂火箭具有极大的潜力,1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭,飞行速度103km/h,上升高度12.5米,飞行距离56米。


德国的奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理,而且还说明火箭只要能产生足够的推力,便能绕地球轨道飞行。


真正近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭,飞行高度达3公里。1942年10月发射成功V-2火箭(A4型),飞行高度85公里,飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功,把航天先驱者的理论变成现实,是现代火箭技术发展史的重要一页。


2、卫星技术:人造地球卫星的计划设想早在1945年就在美国出现,美海军航空局已着手研究一种把科学仪器送入太空的卫星。1957年10月4日,前苏联用“卫星”号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空,卫星呈球形,外径0.58米,外伸4根条形天线,重83.6公斤,卫星在天上正常工作了三个月。同年11月3日,前苏联发射了第二颗卫星,卫星呈圆锥形,重508.3公斤,这是一颗生物卫星,除利用小狗"莱伊卡"作生物试验外,还有于探测太阳紫外线,X射线和宇宙线。按今天标准衡量,前苏联的第一颗卫星只不过是一个伸展开发射机天线的圆球,但却是世界第一个人造天体,把人类几千年的梦想变成现实,并开创了航天新纪元。

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3、空间探测:空间探测的主要目的是:了解太阳系的起源、演变和现状;空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测,开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。


4、月球探测:月球是地球的唯一的天然卫星,自然成为空间探测的第一个目标。直接考察月球有助于更好地了解地-月系统的起源,月球是未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的第一个定居点。


5、载人航天:载人航天在航天中占有重要位置。虽然航天器携带装置精确、灵敏度高、能自动观察、操作、储存、处理数据。


前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船("东方"号6艘、上升号2艘?quot;联盟号9艘)。1965年3月航天员在"上升"号上第一次走出飞船,1966年1月两艘"联盟"号飞船第一次在轨道上交会对接,并实现两个航天员从一艘飞船向另一艘飞船转移。


1971年到1982年发射了7艘重量为18~20吨的"礼炮"号空间站,截至1985年还发射了27艘载人飞船("联盟"T号、TM号)和25艘无人飞船(进步号)用作天地往返运输系统。1986年发射了和平号空间站,成为未来永久性空间站的核心舱,将于90年代建成由7个舱组成的大型空间站。


俄罗斯计划21世纪前期发射无人和载人火星飞船以及建立载人月球基地。设计寿命为五年的"和平号"空间站运行了十五年,于2001年3月23日13时59分安全地坠落在南太平洋海域


航天技术是20世纪中叶飞速发展起来的一门尖端技术,是当今世界高科技群体中对现代社会和国民经济发展最有影响的科学技术之一。人造卫星的上天,让地球变成一个“地球村”。航天技术与信息技术相结合,推动了人类的“知识爆炸”,根据统计,卫星上天40多年来,人类的发明创造超过了过去2000年的总和。


8、中国天眼


中国天眼。500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope),简称FAST,它位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中,工程为国家重大科技基础设施,“天眼”工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成,因此,500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”,由我国天文学家南仁东先生于1994年提出构想,历时22年建成,于2016年9月25日落成启用。

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中国天眼是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。综合性能是著名的射电望远镜阿雷西博的十倍。此项科技发明,可推动世界天文学的发展,并代表着望远镜技术的成熟。


FAST的形成原因。1993年东京召开的国际无线电科学联盟大会上,包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电"大望远镜"。他们期望,在世界电信号环境恶化到不可收拾之前,能够多收获一些射电信号。所以,建造FAST的动机基于此。1994年7月,FAST工程概念被提出。


中国天眼FAST索网,是全球跨度最大、精度最高的索网结构,也是全球第一个采用变位工作方式的索网体系。其技术难度可想而知,比如高应力幅钢索研制,FAST工程对拉索疲劳性能的要求相当于规范规定值的2倍,国内外均没有可借鉴的经验或资料作为参考。其研制工作经历了反复的"失败-认识-修改-完善"过程,最终,历时一年半时间才完成技术攻关。


这个成果已在国际专家评审会上得到国外专家组的认可,成功在FAST工程上得到应用。中国天眼索网诸多技术难题的不断攻克,并且形成了12项自主创新性的专利成果,其中发明专利7项。


中国天眼FAST建成后,成为世界上最大口径的射电望远镜,FAST与号称"地面最大的机器"的德国波恩100米望远镜相比,中国天眼的灵敏度提高大约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20~30年保持世界一流设备的地位。


FAST的设计技术方案,除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线,开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等6个方面实现科学和技术的重大突破外,还将作为一个多学科基础研究平台,有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘,观测暗物质和暗能量,寻找第一代天体。


9、火星探测漫游者


火星探测漫游者(,MER)是 美国国家航空航天局 的 2003年 火星探测 计划。这项计划主要目的:是将勇气号和机遇号两辆火星车送往火星 ,对火星这颗红色行星进行实地考察。

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火星探测漫游者于2003年发射使用,它主要用于在火星上收集数据和实地考察,这代表着人类星球探测技术的进步。


著名的轴承巨头Imken曾经向NASA(美国航空航天局)的"火星探测漫游者"提供了超精密轴承,进一步巩固了它在航天工业领域领先供应商的地位。 Starsys Research公司-"火星探测漫游者"项目的合作伙伴之一,在13个不同的"火星探测漫游者"设计上都装上了Timken的球轴承,包括在轮子上的散开和运转齿轮箱,太阳能阵列驱动板,摄像机杆等装置。


Timken对轴承做了很多次测试,以确保能在条件苛刻的环境中能正常运行。多数的测试都是在自然条件里分析进行的,包括确认不同的承载,以此保障轴承应力不超出应有范围。 Starsys还自己做了测试,来保证轴承是在一定的扭矩下工作,这样发动机才不超负荷运转。


人类为何要进行火星探测?据科学家的研究,火星探测的意义主要有以下几个方面:


由于火星是地球上人类可以探索的距离较近的行星之一。在40亿年以前,火星与地球气候相类似,拥有河流、湖泊甚至可能还有海洋,因此,未知原因让火星变成今天这个模样。探索火星气候变化的原因对保护地球气候具有重大意义。


其次,火星拥有一个巨大的臭氧洞,太阳紫外线无遮挡地照射到火星上。这或是海盗1号、海盗2号没有找到有机分子的原因。人类对于火星研究,有助于了解地球臭氧层一旦消失,对地球产生的极端后果。特别是去火星上寻找历史上曾经有过的生命的化石,成为行星探测中最激动人心的目的之一,假如真正找到,意味着只要满足条件,人类生命就能在宇宙中其他行星上再次崛起。


火星探测是成为新技术的试验场地,比如大气制动,它利用火星资源产生氧化剂和燃料返程、用遥控自动仪和取样远程通讯等。从长期来看,火星是一个可供人们移居的星球。火星离地球最近、或是最有可能适合生命形态的另外一个世界,并且已得到了科学家的一致认同。

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截止到目前,人类向火星发射的43个探测器中,成功的仅有18个,成功率还不到50%。1960年,前苏联发射了第一颗火星探测器-火星一号,但这次探测没有成功,之后陆续发射了几颗也失败了。自1960年开始直到1971年间,苏联进行的火星探测计划几乎都以失败告终。直到1971年,苏联向火星发射了3颗探测器,虽然失败了,但其中火星3号成为了首颗在火星着陆的探测器,它仅仅工作了20秒,甚至还来不及发回一张照片。


1964年,美国发射了两颗探测器:水手3号和水手4号。水手3号失败了,但水手4号却成功了,并且向地球发回了21张照片。科学家发现,火星的大气密度比人们认为的还要稀薄,人类获得了火星表面的大气压,但至今没有侦测到磁场。


1996年,美国的火星环球侦测者号发射成功,这枚探测器持续工作了10年,直到2006年才失去讯号联络,它是世界上最成功的火星探测任务之一,因为此次观测的火星地面范围为有史以来最大。它利用所携带的一些专业仪器,进行海拔高度测量,科学家绘制了火星的地形图。


2001年,美国发射“奥德赛”火星探测器,用来测试火星的地址和气候,在2002年,发现了火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水。2011年,美国发射了好奇号火星探测器,这是一台采用核动力驱动的火星车,现在仍然还在工作。


2003年,欧洲航天局的“火星快车”探测器,搭载猎兔犬二号探测器成功登陆火星,但失去了联系。2015年初,美国国家航空航天局的火星探测轨道飞行器MRO发现了疑似失踪的猎兔犬2号,轨道图像显示此着陆器已成功登陆火星,但最终未能打开电池板,因此无法与地球取得联系。当时欧洲空间局以为此着陆器已坠毁于火星表面,没想到它这样失踪了十多年。


欧洲凭借火星快车任务,在火星探测上取得了重大发现。比如据火星快车号太空飞船上的高分辨率立体相机HRSC拍摄的照片显示,在火星北极附近一个未命名的环形山的底部,有一块水凝结成的冰。2004年,火星快车号探测器的紫外线和红外线大气层光谱仪发现了火星极光的存在。


目前,火星快车号已绕火星转达5000多次,传回了大量的资料和地表影像,也为火星探测做出了巨大的贡献。


2013年,印度发射了一颗火星探测器,成功进入火星轨道。此项任务是印度的首个行星际探测任务。印度ISRO是继俄罗斯RSA、美国NASA、欧盟ESA之后第四个成功进行火星任务的太空机构。


2019年10月11日,中国火星探测器首次公开亮相,计划2020年发射,并计划在2021年之前降落在火星。值得一提的是,受到天体运行规律的约束,每26个月才有一次火星探测有利发射最佳时机。而从2016年起到2020年前后仅有3次发射机会,全世界将迎来火星探测的高峰。


2020年,中国首次火星探测将一次实现"环绕、着陆、巡视"三个目标,这是其他国家第一次实施火星探测所未有的,面临的挑战也是前所未有。火星距离地球最远达4亿公里,中国的火星探测器在器箭分离后,经过约7个月巡航飞行被火星引力捕获。


中国首次火星着陆的地点将会是火星低纬地带,是靠近火星赤道的某片区域,但现在精确的位置还无法确定。着陆器在火星表面软着陆时存在非常多的不确定性,也是任务的重大难点之一。执行首次火星任务的探测器一共会携带13台(套)科学载荷,比如执行火星全球探测的各类遥感相机和浅层地表雷达。相比重量为140公斤的中国首台月球车"玉兔",首台火星巡视器的重量约为200公斤,可以工作92个地球日。



10、美国国家点火装置


美国国家点火装置(NIF,即激光聚变装置),位于美国加利福尼亚州,由劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研制。该计划自1994年开工以来延期了很多次,其最终目标是2010年实现聚变反应,并达到平衡点,即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量。

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国家点火装置计划建造和运行花费超过35亿美元,容纳NIF装置的建筑物长215米,宽120米,相当于三个足球场。美国国家点火装置于1997年建成,值得一提的是,美国国家点火装置是世界上最大的激光器,主要用于核聚变的研究。


国家点火装置,可把200万焦耳的能量通过192条激光束聚焦到一个很小的点上,从而产生类似恒星和巨大行星的内核及核爆炸时的温度和压力。在此基础上,科学家可以实施此前在地球上无法实施的许多试验。


美国国家点火装置共有3个任务: 第一个任务,是让科学家用它模拟核爆炸,研究核武器的性能情况,这成为美国建设国家点火装置的目的,保证美国在无需核试验的情况下保持核威慑力。


第二个任务是使科学家进一步了解宇宙的秘密。科学家可使用国家点火装置模拟超新星、黑洞边界、恒星和巨大行星内核的环境之下进行科学试验。这些试验大部分不会保密,将为科学界提供大量此前无法获取的数据。


第三个任务是为了保证美国的能源安全。科学家希望从2010年开始借助国家点火装置来制造类似太阳内部的可控氢核聚变反应,最终用来生产可持续的清洁能源。若取得成功,将是有历史意义的科学突破。


NIF是美国国家核安全管理局(NNSA)的库存管理计划的关键环节。NIF是目前世界上最大和最复杂的激光光学系统,用于在实验室条件下实现人类历史上的第一次聚变点火。192束矩形激光束将在30英尺的靶室中实现会聚,其中靶室内含有直径为0.44厘米的氢同位素靶丸。发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力超过1000亿个大气压。

2012年7月23日电 据国防科技信息网报道,美国国家点火装置(NIF)实现了单束激光能量打破了美国的记录。


据美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室之前报告,美国国家点火装置7月5日发射了192束激光,并使其融合成了一个激光脉冲,产生了500万亿瓦特峰值功率,这比美国在任何特定时刻内使用的总电量还要高1000多倍,是人类历史上发射的能量最大的激光脉冲。


拥有世界上最大激光装置的NIF发出了192束经过光学放大的电磁辐射发光,所有的发射都是在几百万亿分之一秒内进行,传递了500万亿瓦特(百万兆瓦)的"峰值功率"以及1.85兆焦耳的紫外线激光

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加州州长施瓦辛格在此前落成典礼上发表的讲话说,这一激光系统的建成是加州和美国的伟大成就,它将有可能使美国的能源结构发生革命性变化,因为它将教会人们驾驭类似太阳的能量,使其转变成驾驶汽车和家庭生活所需要的能源。


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