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在研究地球周围环境方面，利用人造卫星探测，发现了地球的“辐射带”和“磁层”。在这以前，人们一直以为地球磁场和一个磁棒磁场相似，磁力线以南北磁极连线为轴对称分布，逐渐消失在星际空间。卫星探测结果使人们发现情况并非如此。原来，太阳连续不断地放射的强大粒子流——太阳风，把地球磁场压缩在一个固定的区域内，这个区域叫磁层。磁层像一个头朝太阳的蛋形物，它的外壳叫磁层顶。地球的磁力线被压在壳内。朝向太阳的一面，壳是圆圆的、封闭的；背向太阳的一面，壳拉长了，尾端被打开，磁力线和壳中其他带电粒子一起流出来，延伸到100～200万千米以外。在离地球表面600～60000千米的空间范围内，地磁场“捕获”住大量来自太阳和星际空间的高能粒子，形成两个“捕获区”，这就是内外辐射带。辐射带中主要是高速运动的电子和质子来源:https://www.drill-pipe.com/cshi/202501-261.html。内辐射带是美国人范艾伦首先发现的，所以也叫范艾伦辐射带。地球的许多物理现象，如极光，磁暴和气辉等都与辐射带有密切关系。

人造地球卫星还广泛应用于为人类服务的各个领域。它飞得高，居高临下，视野开阔；飞得快，一个半小时就绕地球一圈；运行时间长，能连续工作几周、几个月、甚至几年；不受国界、领空限制，进出自由，畅通无阻。所以，在通信、气象、地球资源勘察等方面为人类做出了巨大贡献。为我国于1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星。来源:https://drill-pipe.com/cshi/202501-155.html

现代物理学在航天技术中的应用

　 1.第一宇宙速度

　物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度。 第一宇宙速度

　航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的速度，也叫环绕速度。第一宇宙速度两个别称：航天器最小发射速度、航天器最大运行速度。在一些问题中说，当某航天器以第一宇宙速度运行，则说明该航天器是沿着地球表面运行的。按照力学理论可以计算出V1=7．9公里/秒。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地面对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1。

　 2.向心运动

　向心运动：指物体做圆周运动时,提供的向心力大于所需要的向心力时的做的运动.

　 3.标准大气压

　1标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.336m水柱。1标准大气压=101325 N/㎡。（在计算中通常为 1标准大气压=1.01×10^5)

　 4.绝对零度

　绝对零度(absolute zero)是热力学的最低温度，但此为仅存于理论的下限值。其热力学温标写成K，等于摄氏温标零下273.15度（-273.15℃）。 绝对零度，是可能达到的最低温度。在绝对零度下，原子和分子拥有量子理论允许的最小能量。绝对零度就是开尔文温度标（简称开氏温度标，记为K）定义的零点；0K等于—273.15℃，而开氏温度标的一个单位与摄氏度的大小是一样的。

　 5.反冲原理(用于火箭发射)

　反冲运动是当一个物体向某一个方向射出(或抛出)它的一部分时,这个物体的剩余部分将向相反的方向运动.

　材料问题

　在面对冷热无常的太空中，舱外航天服以及飞船的材料也是非常重要的，航天服以及飞船材料不仅仅要耐高温以及耐低温外，还必须在这变化无常的环境下保持舱内环境稳定。在飞船返回地球中，由于飞船高速进入大气层，在稠密的'大气摩擦下，速度开始急剧下降，表面与气体摩擦产生巨大热量，外表面温度能达到1600℃以上。因此，飞船的材料还应该耐摩擦、隔热。

　 6.动量问题

　大家都知道，火箭是向上发射升空的，火箭点火后，我们都可以观察到火箭会喷出火焰并且伴随着大量的烟雾。其实这是运用到物理学中的动量守恒定律，只要我们把发射前火箭看成一个系统，发射时喷出的气体与火箭分别看成一个系统，我们就可以运用动量守恒定律。由于火箭是向下喷出气体的，所以火箭就向上飞了。

　 7.超失重问题

　火箭点火发射时，航天员都是平躺在椅子上，由于火箭点火发射时，飞船处于加速过程，航天员都处于超重状态，通常会是人体自重的4到5倍，因此，航天员应平躺在椅子上，否则，人体中的血液由于惯性作用，还将保持原来状态，导致大量血液淤积在静脉中，使头部血压降低，足部血压升高，严重者还可能导致意识丧失。飞船发射到太空时，处于完全失重状态。

　 8.速度、加速度问题

　要使飞船能顺利送进轨道，火箭的发射速度加速度都是很重要的。在地表面发射飞船，火箭的发射速度应该不低于宇宙第一速度7.9km/s，如果低于此速度，飞船是不能顺利到达指定轨道。而当飞船在指定轨道绕地球作圆周运动时，飞船的飞行速度又不能超过宇宙第一速度7.9km/s，飞船在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地面对飞船的引力比在地面时要小，因此，飞船的速度应略小于宇宙第一速度。如果速度大于宇宙第一速度，飞船将不在作圆周运动，其轨道将变为椭圆轨道，如果速度大小达到宇宙第二速度11.6km/s时，飞船将不在绕地球运动，而绕太阳运动。

　 9.能量守恒问题

　大家都知道，飞船要送到指定高度的圆轨道，并非直接把飞船送到指定高度就行的，还要经过变轨等等问题，飞船要送到指定高度圆轨道飞行时，先进入的是椭圆轨道，在此过程中，飞船的速度大小是不一样的，飞船离地高度也在变化，远地点与近地点的速度大小是不相同。速度大小不同也就说明其动能就不一样了。大家都清楚的知道能量是不会凭空产生，也不会凭空消失，因此在此过程中，由能量守恒可以知道，飞船动能的减小或增大转化为飞船的势能。

　 10.压力问题

　飞船要把人送到太空中，太空并没有空气，没有大气压，因此，航天员要能在舱内生存，就必须为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。神舟七号中，航天员还有出舱任务，舱外航天服里同样也要进行充压才能适合航天员生存。

我国航天技术持续的不断发展，为我国空间科学的发展以及空间探测奠定坚实的基础。空间的物理学研究将不仅带动我国基础科学研究，而且将引领我国航天技术水平的进一步提高，有效促进空间科学与航天科技水平的协调发展。自上世纪90年代开始，我国利用“神舟”号飞船和返回式卫星，在空间材料和流体物理以及空间技术研究等领域开展了大量实验研究，取得一批重要成果。根据我国空间科学中长期发展规划，将利用返回式卫是进行微重力科学实验，同时探讨进行引力理论验证的专星方案。空间的物理学研究涉及空间基础物理、微重力流体物体、微重力燃烧、空间材料科学和空间生物技术等学科领域。空间基础物理涉及当今物理学的许多前沿的重大基础问题，在科学上极为重要，在我国还是薄弱领域。随着我国经济实力的增长，应该适时地安排引力理论家验证的专星研究。 一、空间引力实验与引力波探测基础物理实验研究来源:https://liuxinsheng.com/cshi/202412-14.html

检验现有引力理论的假设和预言、寻找新的相互作用和引力波探测将为认识引力规律和四种相互作用的统一理论提供实验依据。加强空间引力实验和空间天文观测对于我国在空间基础科学领域参与国际竞争和发展高新空间技术具有重要牵引意义。与会专家认为应开展如下研究工作：

1、空间等效原理实验检验（TEPO）;

2、空间微米作用程下非牛顿引力实验检验（TISS）;

3、激光天文动力学空间计划（ASTROD）;来源:https://drill-pipe.com/cshi/202501-714.html

4、空间引力波探测。

二、空间的冷原子物理和原子钟研究

冷原子和玻色爱因斯坦凝聚是当代物理学中最活跃的领域之一，它为探索宏观尺度上物质的量子性质提供了独一无二的介质。该领域的研究可以加深人们对基本物理规律的理解，同时具有重要的应用前景。此外，高准确度的时间频率标准是精密测量和探索研究基本物理问题的关键和基础，在应用技术上均占有是十分重要的地位。微波原子钟与光钟在空间物理有着广泛的应用前景，它不仅可以改进卫星定位导航系统，而且在深空跟踪和星座定位等深空科学上有着不可替代的作用。为了突破地面实验的温度极限和空间尺度，增加测量时间，以便进行更高精度的测量和探索新的物理现象，在微重力环境下进行冷原子物理实验是非常必要的。专家建议开展如下研究工作：

1、空间实验室中的物质波及其相干性研究；

2、微重力条件下用冷原子和玻色爱因斯坦凝聚探索物理极限；

3、空间超高精度微波原子钟；

4、空间高精度光钟。

三、微重力流体物理来源:https://liuxinsheng.com/cshi/202412-46.html

微重力流体物理是微重力科学的重要领域，它是微重力应用和工程的基础，人类空间探索过程中的许多难题的解决需要借助于流体物理的研究。在基础研究方面，微重力环境为研究新力学体系内的运动规律提供了极好的条件，诸如非浮力的自然对流，多尺度的耦合过程，表面力驱动的流动，失重条件下的多相流和沸腾传热等。近年来，复杂流体(软物质)的力学和物理学，接触角、接触线和浸润现象等与物理化学密切相关的领域也越来越受到关注。微重力流体物理所涉及的许多过程与微尺度流动中的过程有许多相似性，引起人们的兴趣。以中科院力学所国家微重力实验室为主的流体物理研究在国际上取得了一席之地来源:https://liuxinsheng.com/bkjj/202412-105.html。专家建议开展简单流体、复杂流体、微重力气液两相流动与传热研究等研究工作。

四、空间材料科学

空间材料科学曾是微重力科学中耗资最大的领域，材料科学各分支领域的学者都希望在空间微重力环境中去研究凝固过程的机理和制备高质量的材科。空间微重力环境是制备、研究多元均匀块体材料的最佳场所，其主要特征就是消除了因重力而产生的沉降、浮力对流和静压力梯度。由于浮力减弱，密度分层效应的消失，可以使不同密度的介质均匀地混合。由于空间微重力环境中静压力梯度几乎趋于零，而能提供更加均匀的热力学状态。这种条件更有利于研究物质的热力学本质和流体力学本质，探索、研制新型的材料和发现材料的新功能。目前空间材料科学研究的重点是利用空间实验的成果改进地面材料制备技术，以及利用空间微重力环境测量高温熔体的输运系数。在国际空间站的欧洲和日本压力舱中，都有材料研究的专柜。由于空间政策的调整，美国的空间材料科学研究计划己基本取消。我国空间材料科学在林兰英先生的倡导和指导下，一批学者积极参与，取得了重要学术成果。

与会专家认为，利用微重力环境进行材料科学研究，不仅可以发展材料科学理论，还可发展新型材料和新型加工工艺。微重力环境可以制备出一些比地面更好的高品质材料，空间材料科学的进展及空间材料制备的技术可以改进空间和地面的材料加工，特别是为地面的晶体生长和铸造技术提供帮助。空间材料科学涉及的领域有金属材料、半导体材料、光学晶体材料、纳米材料和高分子与生物医学材料等。与会专家建议，在加强地基研究和人才队伍建设的基础上，创造条件开展空间材料科学的搭载实验。来源:https://www.drill-pipe.com/cshi/202501-653.html

五、小结来源:https://liuxinsheng.com/cshi/202412-2.html

空间科学是国家科学实力和综合实力的实际体现，深入开展空间科学实验是进行载人航天（含载人空间站）的需要，是我国基础物理、流体物理、燃烧、材料科学以及生物技术等学科发展的需求，是促进人类健康（如生物技术、基础生物学等）与提高人类生活质量的需求。开展空间科学技术研究能够极大地促进地面实验技术的进步，同时促进深空探索的进一步发展。

与会专家认为，伴随着我国空间技术的飞速发展，加强空间学科研究的时机已经成熟。一致认为深入开展空间的物理学研究（包括空间基础物理、微重力流体物体、空间材料科学和空间生物技术等学科领域）应当紧密结合国家科技战略目标(能源、农业和健康)和载人航天的关键问题(防火等)，促进地面高技术发展(生物工程，新材料等)和基础研究(引力理论，生命科学等)，并为卫星型号任务进行前期研究(全球重力测量的加速度计，高精度时标等)。通过充分论证和地基预研，遴选有重大应用价值和重要科学意义的空间实验项目，使该领域研究持续地发展。来源:https://liuxinsheng.com/cshi/202412-66.html

与会专家指出，根据我国载人航天计划和空间科学计划的需求，今后一段时间为发展空间的物理提供极好的机遇。中国学者要抓住机遇在微重力科学和应用上做出重大贡献来源:https://drill-pipe.com/cshi/202501-344.html。在充分讨论的基础上，就我国今后空间的物理学领域的发展，与会专家提出了如下建议：

1. 加强空间的物理学的地面预先研究及其支持强度，发展关键技术；

2. 加强空间基础物理的研究，专门召开以空间引力实验为主题的研讨会；

3. 充分利用暴露平台（如载人飞船工程、返回式卫星搭载）开展相关实验；来源:https://liuxinsheng.com/zhishi/202412-68.html

4. 建议安排微重力实验火箭进行空间科学实验。来源:https://drill-pipe.com/cshi/202501-178.html

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