航天精神指引 牢记使命前行 做卓越一零一人——20届钱学森班师生访问中国空间技术研究院主题活动

2017-11-14 07:56 作者:杨子涵 郭嘉弦 袁嘉木 李星汉 点击:746 次

观天之悟
西汉司马迁曾有言:“究天人之际,通古今之变,成一家之言。”我们对宇和宙的探索很早很早就开始,但到今天、到后世也不会结束。怀着对浩瀚宇宙的向往之心和对我国航天事业的伟大成就的崇敬之情,2017年11月9日下午,北京一零一中学高一钱学森实验班的师生们一同乘车来到中国空间技术研究院(航天五院)进行参观和学习。
为了这次参观活动,航天五院的领导和专家做了大量的筹备工作,院办公室王作为主任、研发部黄献龙部长、研发部及莉处长、樊帆老师和载人航天总体部马晓兵副总师热情地接待了我们。首先我们来到了中国空间技术研究院的航天科普展厅,王主任做了简短的欢迎致辞,向大家介绍了中国空间技术研究院的历史,该院于1968年建院,隶属于中国航天科技集团公司,首任院长是我国著名科学家钱学森。这里是中国主要的空间技术及其产品研制基地,中国空间事业的骨干力量,在其五十年的发展历程中,成功发射了“神舟”系列载人飞船、“嫦娥”系列月球探测器、“北斗导航”中系列卫星、“天宫”系列空间实验室,对推动国防事业建设和科技发展进步做出了巨大贡献。而我们两个班级的名字也正是用航天之父“钱学森”来命名的,仿佛又一次感受到先辈的精神力量、感受到肩上的责任与使命。更让我们感动的是王主任还代表航天五院赠送了“神舟十一号载人飞船”和“天宫二号空间实验室”组合体的60:1的模型,它将承载着航天先辈们对我们青少年殷切的期望,鼓舞我们不忘初心、牢记使命、科学报国。
王主任代表航空五院向我校赠送模型
接下来就从展览说起,自中国空间技术研究院建院以来,中国发射的航天器在展厅中一一陈列:东一、东三、东四、风云一号、返回舱、高分子二号、北斗导航卫星……从放歌到海洋、从气象到载人航天,只有你想不到的,没有你看不到的。当然我们的收获,不仅在于看到了各式各样的航天器,更在于收获了各种知识。
未来空间站
神州八号返回舱

据介绍,东方红一号卫星,是中国发射的第一颗人造地球卫星,由中国空间技术研究院自行研制,于1970年4月24日21时35分发射。它可以传回声音,通过太空中的电子音箱发出声音,声音信号变为电子信号(即电磁波)传回地球,通过大型地面站接收后再重新转化为声音,最终刻成磁带向全国人民播放。在展厅里展出的是东方红一号的仿制品,它被悬挂在展厅的一角,并不怎么起眼,但它当年的发射却使得无数中国人热血沸腾,成为史册上光辉的一笔。“东方红一号”,无疑是中国航天史上的一座丰碑和中华民族的骄傲。悠长壮美的东方红音乐,让全世界人民都能听到中国卫星的声音,听到“中国的科学技术和工业进步达到新高度”的振奋人心的消息。时至今日,我们抬头仰望这颗银色卫星,仍能感受到那种振奋人心的感觉和其背后中国科学家的辛劳。
在展厅的另一侧有近年我国研发的“嫦娥”系列月球探测器。千百年之前的中国人仰望明月,畅想广寒宫的清冷奇幻,如今“嫦娥”“玉兔”真的在月球上回望地球,为中国的航天发展做贡献。科技的进步给我们带来全新的视野。身处这个科技发展迅速的时代,面对日新月异的社会,只有学习科学,追求卓越,才能对国家,对有社会做出贡献。浩瀚宇宙,未来与未知,都等待我们去探索。
月球车模型
津津有味地,我们跟随老师的步伐,来到北斗导航模型前。北斗导航更是对中国发展非常重要的一个项目。一共35颗卫星,分布在不同的36000km高空的轨道上,每一个轨道需要三颗卫星进行全球范围的覆盖式定位(这是亲爱的周green老师向我们介绍的),自然两颗卫星确实不能完全覆盖。据航空五院老师介绍,卫星运用“到达时间差”(时延)的概念:卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号,供接收机接收。由于传输的距离因素,接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻延迟,通常称之为时延,因此,可以通过时延来确定距离。将时延乘上光速,便能得到距离。我们就可以了解每颗卫星上的计算机和导航信息发生器轨道位置和系统时间。那么卫星怎么拍出如此高频率的照片,以至于我们都可以清楚地辨析出我们所在的楼呢?我们每定位一次需要四颗卫星,将定位点设为(x,y,z),经过在三维空间中的计算,列出方程,就可以算出其具体位置。由于受到大气对流层、电离层对信号的影响,使得民用的定位精度可达到米量级!
同学们仔细观看北斗导航系统模型
参观展厅之后,我们来到了学术报告厅,首先观看了航天宣传短片,它为我们讲述了航天城的功能、历史、成绩和特色等方面,深入展示了航天城的种种概况,然后由马晓兵副总师为我们带来了精彩的报告。马晓兵老师可是大名鼎鼎的载人飞船系统副总师,主要参与和主导了我国神舟六号、神舟七号、神舟八号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号飞船的研制工作及载人航天任务的系统性工作,多次荣获军队科技进步奖,他不到三十岁就被任命为神舟八号飞船应急救生分系统主任设计师,十三年时间从一个航天新兵成长为航天将才,真是了不起,真值得我们好好向他学习,将近一个小时的时间里,同学们学习了有关航天的种种知识。
马晓兵老师为同学们作报告
演讲从神十一载人航天飞船的行程全过程为线索以点及面深入剖析了与航天器发射,飞行,返回等有关的科学原理。其中包括他讲述了火箭发射地点的选择上的讲究,火箭飞出地球的科学依据,几位重要的火箭科学家;多级火箭分离和入轨的过程,在失重等环境下飞行员的生活;航天器的返回等。演讲的一大特点是主讲人通过简单科学原理的普及和同学们课本学到的知识联系起来比如开普勒三定律,牛顿定律,向心力公式,都是同学们学过的内容。这种联系使同学们聆听更加投入,使演讲气氛更加活跃。演讲结束后老师和同学们积极互动。几位同学分别提出了他们大胆的想法和问题。专家耐心地解释,解决了同学们的疑惑。
从知识面上看,涉及到的知识包含了物理、地理、天文、化学等等领域,并且有多部分是现在的我们可以掌握、甚至是已经学过的!
有收获,有成就感。
我们要有仰望星空的雄心与梦想,还要脚踏实地地实践,在探索中不断创新。“古往今来谓之宙,四方上下谓之宇”,作为时间和空间的总和,宇宙承载着人类太多的梦想与好奇,现在人类只窥视到宇宙的一角,还有更多奥秘与精彩等待我们去探索。航天伟人们,用自己的青春和汗水,为我们开启了宇宙探索之门,剩下的路就交给我们,去创造中华民族的骄傲,人类的骄傲!
在展厅之外,钱学森先生的半身像伫立在银杏树下,他正低头沉思。先生深邃的目光闪烁着智慧和严谨的光芒,深灰的铜像遮掩不住他如火般熊熊燃烧的赤子之心,那段为祖国航天发展呕心沥血岁月仿佛历历在目。从小就听闻钱老的光辉事迹,对他的认识也仅停留在“很厉害的人”。而今天,当了解了他的发明,他的心血,他毅然回到落后的故土,为之奉献一生,以及他是如何走来、如何走过时,我们所认识到的是一个有血有肉的鲜活的钱学森,一个俯首在暗黄色灯光前自强不息的钱学森,一个真正的顶天立地的英雄。
一班、二班同学与钱学森像合影
参观结束后,大家还若有所思,沉浸在精彩的讲座中,细细回味着。当我们的目光与先生的双眸接触的那一刻,每个人想必都会产生强烈的自豪感和使命感,热爱科学的心灵跨越时空碰撞于此,好像自己和伟人的距离被拉得很近,似乎有了些密不可分的联系。我们也应该继承并发扬钱学森先生执着奋进、淡泊名利、创新敬业、爱国奉献的精神,让钱学森精神激励引领我们一路前行。
(撰稿人:杨子涵 郭嘉弦 袁嘉木 李星汉)
 
浅谈物理之于“太空旅行”
人类自古就对太空充满了向往。从万户年间开始,人们就不断尝试着向浩瀚无垠的星际迈出自己的脚步。当今社会,随着科技光速发展,我们有了火箭、宇宙飞船等可以载人航天的交通科技。这给我们对宇宙的探索之路奠定了极高的基础。那么火箭究竟是以何种姿态在太空中飞行的呢?于此笔者将简单对太空旅行中的飞行轨道问题作出解释。
飞船当达到太空之中的时候,将进入自己的轨道飞行。轨道都是近圆形,并且轨道平面恒过地心。由于物体做速率不变的运动,我们就可以把问题看做一个一般的匀速圆周运动处理,并且在该问题中,我们不考虑飞行器自身的运动,简而言之,我们可以直接把飞行器看做一个质点,将问题简化为一个质点的匀速圆周运动。
在该问题中,由于速率不变,所以只有法向加速度,即向心加速度。由于飞船在太空中只受到来自地球的万有引力(忽略其他天体的吸引),所以不难看出向心力就是由万有引力提供的,因此我们可以得出:
将G=6.67x10-11m3kg-1s-2,M=5.965x1024kg,=7.27x10-5rads-1带入上述公式可得R=42175km。根据r=R-R0,计算出r=35786km。这个高度就是同步卫星的轨道高度,即地球附近的同步卫星的轨道都在距地表35786千米的高空做圆周运动。
至此我们得出了卫星中两个比较重要的状态—近地最大环绕速度卫星以及地球同步卫星,分别的速度大小和距地高度。上述数据与计算在航天领域起到很大的作用,它告诉我们应该如何调整发射出去的卫星飞行器让它步入正轨。至于其他更多更为复杂的太空旅行问题,也是物理学研究的范围,笔者将在下次文章中对其余一些航天相关的物理问题做出解释。
以上。
(撰稿人:曹传溥)
 
 
有所想,有所思,有所悟
——同学们有话说
从火箭看能量转换方式——参观中国空间技术研究院五〇二所感想
历经几十载春秋,航空航天技术早已发生了日新月异的变化。然而却始终有一成不变的,那就是火箭的动力系统。
或许改变过燃料的种类,从一氧化碳到偏二甲肼,但是却始终不能有根本性的突,无非不是把化学能经剧烈氧化还原反应放出能量,利用相互作用力,将内能转换为机械能。
然而以上原理叙述是否似曾相似?回顾英国工业革命,这原理和蒸汽机有什么本质区别?无非是碳和氧气的氧还反应,利用水,间接将化学能转换为机械能。由此可见,即使披上了“航空航天技术”这样的高端名词,也无法改变一个基本事实,也就是火箭的动力技术,本质上无异于蒸汽机。
不光火箭,纵观现在的能源市场,主流的无非核电和热电。热电的本质如上文蒸汽机。而核电,也无非是将核裂变反应放出的内能转化为水的内能再变成机械能。
难道世界能源技术已经面临瓶颈?难道已经找不到更高效的能量转换方式?其实也并非完全如此,但唯一的例子估计也就是中国的光伏,现在已经能够做到直接光—电转换了。
文明在进步,科技在发展。但作为人类文明最为重要的生存资源——能源,到现在似乎与两百年前也并没有太大的根本性发展。纵使化学家找遍各种材料来制作电池,但那也无法摆脱化学能、电能转换。
那么真正的突破是什么?其实人类的能源发展史,无非是一个逐渐发现的过程。从意识到能量,再到机械能,内能,之后以至于电能,核能。但能源形式的发现可能到此为止吗?显然不会。电绝不会,也不能使人类止步。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”人类的道路还很长远,但就眼前的问题,怎样才能使人类飞向太空的交通工具彻底的进步?不再需要像现在这样无法回收?不妨就先从改进能源做起。这样,也唯有这样,航天飞船才有可能像科幻电影中拍的那样,开始人类真正的宇宙航行。探索更深处的宇宙。
——陈高明
 
回首探索史 展望太空梦
这次航天城之旅,不仅让我欣赏到了近几十年中国航天事业的快速发展,也让我对太空探索有了些基本认识。太空探索,概括起来其实就三件事:走出去,干点事,走回来。
在人类最早的时候,当然没有走出去的能力,但是每每仰望星空,总会激起人类的探索欲。当然,浮想联翩者有,付诸行动者也有。嫦娥奔月,万户飞天。然而,没有人真的在那个时代到达过宇宙。直到1957年10月4日苏联发射“人造卫星”1号,才是人造物体第一次真正意义上的到达了太空,开启了人类探索的历史。“走出去”这一过程的进步,几乎是全部在“走多远”上面做文章。一是不断寻找效率更高的燃料,二是不断提高火箭的二三级火箭的推重比。现在,人类飞行最远的飞行器已经向着太阳系外的地方飞去,然而这还远远满足不了人类。为了达到必要的恒星际航行,人类不仅要改变当前发动机的效率,说不定还要将常规燃料的使用完全抛弃,发展可控核聚变为飞船供能。
“干点事”的发展是整个航天过程中最重要的一部分,也经历了很长时间的发展。首先是最早发射的航天器,其作用仅仅是为了为后面发射的航天器做些铺垫,测试一下动力系统。后来的无人航天器主要是为了在轨收集数据,或者为地面工作提供便利,如GPS卫星等。巨大的转折点来自1961年4月12日,苏联宇航员加加林驾驶的“东方一号”发射成功,环绕地球一周后安全返回,这是人类首次载人航天飞行。自此之后,人类航天器由于有了人类的加入,很快就扩展了功能:在轨实验,长期住人,甚至建立空间站,登陆月面...未来的空间事业将会更加丰富,从近处说,我们可以探索太阳系,寻找资源来缓解地球上的资源危机;科幻一点来说,我们可以沟通其他星系,寻找其他智慧生命。
在“走回来”上,人类经历了从无到有。但是现在只要人类上天,回来就是必须要考虑的。但是,畅想未来,如果目的地是其他星球,“回来”就可能会成为一个实现不了的梦想,因为我们可能需要在其他星球上建立住人基地。从无到有再到无,标志着人类航天事业的不断进步。
人类一向就是这样,带着历史不断前行,直到创造新的历史。在航天城回首过去的辉煌,更能使我们相信:中国航天,世界航天,都将在未来越发繁荣昌盛!
——叶芃威
 
这么多有关于载人航天的讲解中,我最感兴趣的便是火箭燃料了。众所周知,液氢液氧是火箭的燃料之一,而肼也是火箭燃料之一。运载火箭的第一、第二级燃料多数采用偏二甲肼(CH3)2NNH2和四氧化二氮的“二元推进剂”。但偏二甲肼毒性较大,损害人体的肝脏。另外偏二甲肼有腐蚀性,一旦错过了火箭发射的“气象时间窗”一段时间后,就必须更换火箭箭体。但偏二甲肼依然是目前世界上最普遍使用的火箭燃料。
——郭嘉弦
 
上午刚考完期中考试,下午就被一辆大巴群体拉到了航天五院,一路上伴着老师秒登分的惨叫和轰鸣,头上顶着片阴云闷着脸就进了展厅。一站定,再一抬头,无神的眼瞬间被几道靓丽的金光点亮,眼前有三座巨大的用土豪金箔包裹起来的航天器,一听讲解员解说才知道这颜值偏低的金箔原来有大用处——隔热。一颗银色小球悬在大厅的一角,代表着东方虹一号,时间仿佛追溯回几十年前中国航天刚起步的那一时刻,中国如今的航天事业真可谓是蒸蒸日上地快速发展了。我们不仅感叹航天,还瞻仰名人。展厅外的钱学森像更是引发了不少男同学的响应。紧接着我们被引进了一个巨大的会议室里,每个座位前还摆了瓶水,有种领导人开会的感觉。聆听着年轻有为的院士讲演,我的思想云游到了遥远的九天苍穹以外,连刺激的出分都忘记了。
——何冰睿
 
今日走进中国空间技术研究五院,一进大厅便看见里面许多只能从电视中看到的人造卫星、返回舱、发射器等。其中吸引住了我的目光的是展厅中的返回舱。
返回舱不算很大,里面将将挤下三个成年人,还需要他们蜷着身子坐在里面。返回舱外表面看起来不是很平整,颜色也不太一致,有些地方发黑到几乎看不出本来的面貌,返回舱外壳变得面目全非是返回舱在载人返回时被超高速摩擦的高温造成的。返回舱返回地面过程中生成大量的热,但是这种热量只是白白生成摧毁外壳,而没有收集或利用起来去做其他的事情,这是十分可惜的,我想这是未来我们所需要思考和改进的地方。
短短几十年间,中国航天事业蓬勃发展,我也好奇在未来航天技术又会带给我们怎样的惊喜。
——姬可婕
 
期中考试结束的这个美好的下午,我们班和二班有幸一起参观了空间技术研究院。
在聆听航天方面的报告的时候,报告人马晓兵先生向我们详细介绍了神州十一号载人飞船执行任务的过程。在介绍宇航员生活部分的时候,他提到这次飞行还包括了其他任务,比如植物栽培和——蚕养殖。我对养蚕产生了兴趣,为什么要选择在太空中养蚕,而不是其他的生物?回到家后我上网查了一下选择蚕的原因。首先,蚕的抗辐射能力比较强,而且体积小便于带上太空。另外,蚕有饲养用的饲料,且生长时间短,便于实验。还有一个原因就是,养蚕作为我国闻名于世界的一种农业活动适合作为我国航天任务的一项实验。
——罗可心
 
 
今天我们参观了空间技术研究院,在展厅里,我发现了一个小装置,形状类似于喇叭,左右各一个,装在月球探测器的周身一圈。我起初猜测它是用来声波定位的仪器,后来经过思考,发现太空中属于真空,二而声音的传播需要介质,所以应该不是声波定位系统。此装置似是可以转动。
想了好久也没有想通,于是我去问了讲解的老师,得到了答案。老师说那是一个用来调整探测器着陆时的状态,即通过喷射气体从而摆正探测器角度,使之能够安全着陆的装置。
原来如此!
——王潇
 
今天让我印象最深的不是丰富的让人目不暇接的一个个航天器的模型,也不是复杂而又深奥的关于航天与宇宙的讲座,而是有关我们国家的未来的全球通讯卫星。
在现在的生活里,我们一向是依靠GPS进行导航,也从未想过相关的事宜。但在今天,我了解到GPS主要是美国的系统,而我国在一点点地向太空中发射全球通讯卫星,并计划通过这个系统来代替GPS,创造出属于中国的导航系统。从开始的几架到后来的十多架,再到未来我们计划中的二十架,也显示着我们国力和航天事业的一步步强盛。
更让人震惊的是,计划完成这个项目的时间刚好是2020年,我们毕业的那一年!这是不是也预示着我们要在毕业之时放飞自己的梦想,像全球通讯卫星一样全力投入地为人们工作、为祖国奉献呢?愿我们能在日后为祖国的发展尽自己的一份力。
——李筱
 
参观伊始,是从“东方红一号”开始的。起初我和周围的同学都暗自嘀咕,这个“东方红一号”也太小、太简单、太假了吧。纵然展品外形与那个在历史书上印着的那个真的“东方红一号”无比地相似,可它终是抵不过我心中对那个开创了国人探索太空先例、第一颗人造卫星的高大形象。
然而,随着讲解员的介绍,我才知道,这个展品是与当时的“东方红一号”同时研制、具有相同规模和形制的,也就是说它与当年那个无二,不过是上场球员和替补队员的区别罢了。
但究其原因,到底是因为我们对那个年代的了解甚少,总以现在的眼光来看待过去的成就。1971年,那毕竟太过遥远,父辈在那个年代还未出生,于我们终是无法切身地感受到专属那个年代的伟大。庆幸的是,当我随着岁月的脚步,我渐渐看到的是人类的智慧与科技的进步。当我们回首往昔,经历的路依然清晰,而我们已不需再走来时的路。
——余紫萌
 
审稿:钱学森实验班  教学处
Copyright©2016  北京101中学 北京市海淀区颐和园路11号 邮编100091 京ICP备05061944号