太空一日（精编3篇）

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太空一日1

人类获取能源的主要方向

“公元2307年，化石燃料已经枯竭，人类开始使用大规模太空太阳能发电系统作为新的能量来源，但是从中受惠的只不过是一部分大国以及他们的盟国……”这是日本著名科幻小说《机动战士高达》中的开篇语。不过，目前全世界正面临着共同的能源危机，人们恐怕等不到2307年就不得不开展太空太阳能发电系统的研究了。

在日本，太空发电站的研究如火如荼。20世纪80年代日本的多所大学就展开了相关研究。而日本宇宙航空研究开发机构与日本经产省共同资助1200万美元的太空太阳能十年计划也即将结束第一阶段的研究。过去10年间，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)一直为本国的空间太阳能电站系统(SSPS)提供稳定支持。目标是在2030年前向太空发射一颗对地静止卫星，这颗卫星将为地球上50万户家庭提供10亿瓦特电能。

2008年2月，北海道的日本科学家开始了新型电力传输系统的地上试验，这个系统可以以微波形式将能源从太空传送到地球。这两项实验都是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主导的一项大胆的计划――太空太阳能发电系统(SSPS)计划的重要组成部分。激光和微波是太空太阳能发电领域中的两种主要的传输方式，也是该技术的核心难题。而日本双管齐下，希望同时在这两个领域获得突破。

在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器(含太阳能热水器)已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。

我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个(单晶硅)太阳能电池生产厂，年产量约有兆瓦(注：1兆瓦(MW)为1000千瓦)，工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。

太空太阳能电站开发费用昂贵

太空太阳能电站的设想非常伟大和宏远，但实现起来所需要的经费却是十分惊人的。1968年彼得・格拉泽的将太阳能电站搬到太空去的设想，需要研制一种太阳能动力卫星，并把它送到距地面万千米的轨道上(即地球同步轨道。在这一轨道上，卫星绕地球飞行1圈的时间，正好与地球自转一周所需要的时间相同)。对格拉泽提出这一宏伟设想，由于要花一大笔钱，美国政府不感兴趣。不过到20世纪70年代中期，因出现能源危机，格拉泽的计划重新受到重视，美国政府投资2000万美元作为研究费用。但研究费不久就用完了，人们的热情又冷了下来。因为美国科学院估计，要建成这个太空发电站，大概要用50年时间，研制、发射和组装耗资达3000亿美元，工作量相当于600名宇航员在太空工作30年。尽管发电能力为300千兆瓦，能供亿人口用电，可巨额投资遭到非议。原来，格拉泽设计的这座电站重量达5万吨，其中仅太阳能电池板的空间面积就达50多平方千米，而向地球发送电力的微波发射天线的直径达1千米。按美国航天飞机一次最多能运送30吨物资计算，也要发射1000多次才能把电站的设备全部送上天。而在20世纪70年代时，美国的航天飞机还没有正式投入使用，因此人们认为，格拉泽的计划在短期内难以实现。1999年和2000年，美国国会分别给宇航局拨款500万和1500万美元，用以深入研发空间太阳能发电技术，以期找出更好更成熟的建设方案。专家们从目前发展态势估计，本世纪20年代第一个空间太阳能电站将升空组装并开始试验性发电。

太空一日2

10月19日这一天，国际太空探索领域同时发生了三件事：中国的“神舟11号”飞船与“天宫二号”空间实验室成功实施自动交会对接；欧洲的火星试验登陆器“斯基亚帕雷利”号在火星着陆时坠毁；美国的木星探测器“朱诺”号在接近木星时引擎出现故障，无法再收集任何数据。

这三件事发生在同一天纯属巧合，但从这些事本身，却能窥见太空探索国际格局的现状。“神舟11号”与“天宫二号”成功对接，是中国建立自己的空间站的关键一环。美国主导的国际空间站项目，有包括俄罗斯、日本、巴西以及诸多欧洲国家在内的15个合作伙伴，但中国被排除在外。如果国际空间站按计划于2024年停止运转，届时中国将成为唯一一个拥有轨道空间站的国家。

“斯基亚帕雷利”号折戟沉沙，对欧洲的太空探索无疑是一个打击。这是欧洲第二次冲击无人探测器登陆火星，2003年“猎兔犬二号”登陆器虽着陆成功，但随后失去了联系。还有一点不容忽视，欧洲的这个火星探索项目，合作方是俄罗斯。欧洲之所以选择俄罗斯，是因为美国中途退出。而美国是目前唯一一个在火星成功着陆并运转无人探测器的国家。美国前后发射了7个火星探测器，其中“机遇”号已在火星上服役了12年，“好奇”号也已服役4年。

“朱诺”号的引擎故障，对美国的太空探索来说，充其量只是一个技术性挫折。载人航天与无人探测，是太空探索的两大主要领域。在无人探测尤其是深空探索方面，美国已经把所有竞争对手远远抛在了身后。去年7月14日，美国“新视野”号探测器飞抵冥王星，成为第一个抵达这个距离地球59亿公里远星球的人类航天器。但在载人航天领域，美国这些年的停滞不前与中国的快速跟进，已在美国引发了太空霸主地位是否旁落的担忧。

谁主沉浮

太空探索是耗资巨大的事业。在衡量一国在这个领域的国际坐标方面，政府投入是一项关键甚至是决定性的指标。根据欧洲空间研究所2015年的报告，2014年全球政府太空项目支出总额为亿美元。其中，美国以亿美元高居榜首（见表一）。从世界排名前八位的国家和地区中可以看出，美国的领先优势与其他对手不在一个数量级，其太空探索综合实力领先多少无需赘述。处于第二梯队的欧洲、俄罗斯、中国与日本，在政府支出方面差距相对较小。

欧洲太空探索的主基调是“太空自主”。2015年，欧洲空间研究所了《欧洲的太空自主》报告，从历史和现实的角度详细分析了“太空自主”的战略意义。目前欧洲太空探索的旗舰项目是火星探索与伽利略计划。俄罗斯制定了宏大的太空计划，比如2029年建立月球基地，但在经费上承诺的比兑现的多，进展并不被看好。日本在技术上的优势毋庸置疑，但它的短板在于“太不自主”。法国国际关系研究所2012年一份关于太空政策的报告提到，日本本可以成为理想的合作伙伴，但这个国家过于靠近美国，欧洲在短期内难以与其建立伙伴关系。

印度是个特例。尽管在经费上属于第三梯队，但印度在“花小钱办大事”上是全球知名的。欧洲坠毁的“斯基亚帕雷利”号火星登陆器耗资10亿美元。印度2013年发射并成功进入火星轨道的“曼加里安”号探测器，耗资仅7300万美元。而且，这是全球第四个、亚洲第一个成功进入火星轨道的探测器。不仅如此，与中国、日本一样，印度有着完备的载人航天、月球探索和火星探测计划。从这个意义上说，印度在太空探索上带有明显的第二梯队的特征。

中国太空项目起步时，美国已经完成了载人登月。目前中国的太空项目经费，仅相当于美国的1/10。无论从哪个角度看，中国与美国平起平坐的判断都不符合事实。但国际社会之所以有这样的观感，关键在于近年来中国在太空探索上步伐稳健、进展迅速。以载人航天为例，有学者把2003年中国首次载人航天，视为第二个“太空时代”到来的标志。事实上，中国也是自那时起唯一一个在载人航天上有所建树的国家。

载人航天之所以重要，不仅在于它是综合科技实力的体现，在受关注度以及政治意义上，也是无人探测没法比的。所有人都知道美国是第一个实现载人登月的国家，但人们并不太关注苏联是第一个把无人探测器送上月球的国家。除了国际空间站项目，美国这些年在载人航天上没有任何新的动作。2011年航天飞机退役后，美国不得不以每位航天员7000万美元的价格，向俄罗斯购买“联盟”号飞船的座位，才得以往返国际空间站与地球之间。

2013年12月14日，中国的“玉兔”号月球车成功登陆月球，成为1976年以来首个在月球实现软着陆的无人探测器。奥巴马政府上台以来，取消了小布什政府时期制定的包括重返月球在内的“星座计划”，事实上冻结了载人航天。针对中美太空实力对比，美国战略与国际研究中心学者詹姆斯・刘易斯认为，如果中国“赢”，那将不会是因为更好的技术，而是更好的战略和更坚定的承诺。“中国擅长设定目标、投入资源，然后持续地向目标迈进。相比之下，令人担忧的是美国可能失去了经营大型国家项目的能力。”

格局在变

太空探索格局正在悄然发生变化。还是以经费为例，梳理欧洲空间研究所2011至2015年的年度研究报告可以发现，2010年至2014年，全球政府太空项目支出总体上呈明显的上升趋势，从2010年的亿美元增加到2014年的亿美元，但美国无论是政府支出的绝对数量还是在全球的占比都在一路下滑。2010年美国政府太空项目支出占全球%，2014年下降为%。而且，在太空项目支出占GDP的比例上，美国也从2010年的%降至2014年的%（见表二）。

在太空项目支出上，美国政府投入下降的同时，处于第二梯队的欧洲、俄罗斯、中国和日本太空项目经费却保持稳步增长。如果这个趋势持续下去，美国太空项目政府支出在全球的占比，没几年就会降到50%以下。历史地看，政府投入在确保美国太空霸主地位上起着几乎是决定性的作用。1969年，美国国家航空航天局（NASA）预算达到历史最高值，占政府财政总预算%。那一年，美国首次载人登月。冷战结束后，NASA年度预算在政府预算总额中占比再也没有超过1%。近十年来，更是降至%以下。

10月11日，奥巴马总统在CNN网站上刊登题为《美国将大步迈向火星》的文章，重申美国在本世纪30年代载人登陆火星的目标。曾负责研究NASA载人航天的美国国家科学研究委员会专家约翰・萨默尔近日对媒体表示，根据他们的研究，载人登陆火星将耗资5000亿美元，而承担这一项目的NASA，年度总预算不到200亿美元。奥巴马政府2010年公布载人登陆火星计划后，NASA的年度预算几乎没有增加。在财政减赤机制启动后，下届政府增加预算的空间也不大。

美国遥望火星的这些年，太空探索的国际环境却没有一成不变。在詹姆斯・刘易斯看来，太空探索的国际环境，与美国主导建立国际空间站时期相比，已经发生了深刻的变化。他认为，最重大的变化是中国太空能力的提升与太空项目的进展，另一个变化就是美国这些年没有载人航天的能力，让西方国家只能依靠俄罗斯进出国际空间站。客观地说，詹姆斯・刘易斯所说的这两个变化，并不能证明美国在太空探索实力上的弱势，但毫无疑问会侵蚀美国在这一领域的领导力。

今年6月15日，联合国外空司与中国载人航天办公室签署协议，使联合国成员尤其是发展中国家，能够在中国的空间站上开展空间科学试验。但作为联合国成员国的美国，其宇航员却不能进入中国的空间站，因为2011年国会的一项法案禁止中美进行任何太空合作。但美国的国内法案却不能束缚其“太空盟友”的手脚。法国国际关系研究所上述报告注意到了这一点，建议欧洲与中国建立更紧密的联系。美国不能与中国开展太空合作，给欧洲创造了一个历史性机遇。事实上，中欧太空合作近年来不仅有了顶层设计，也开始了制度化的合作。

美国加州大学2015年公布了一份题为《中国梦、太空梦》的报告，认为中国正通过太空项目，将自己打造成军事、经济和技术强国，并以牺牲美国领导力为代价，这会对美国利益产生重大影响。国际空间站是美国在太空领域体现全球领导力的主要平台，2024年退役后，这个“领导平台”将不复存在。那时，美国将面临“如何领导”的尴尬。鉴于中国对空间站使用权的开放态度，2020年前后建成的中国空间站，将成为事实上的国际空间站。从这一点来看，美国领导力被牺牲，原因不在于中国有多高明，而是更开明。

未来趋势

目前，美国国内对重新评估奥巴马政府太空政策的呼声越来越大，下届政府很可能会做出政策调整。一种可能性是，改变载人登陆火星项目的“单干”形式，在确保美国绝对主导的前提下，拉欧洲、日本等“太空盟友”入伙，分担成本和风险。另一种更大的可能是，弥补载人航天方面的短板，比如重提重返月球计划。詹姆斯・刘易斯认为，载人登月没有登陆火星那样的技术难题，在月球上建立永久人居设施，尽管困难但并非不可能。而且，这可以避免国际空间站退役后美国没有人在太空的局面。

太空一日3

一、根据该地与太阳直射点的远近关系，判断影子的方向和长短

影子的方向和太阳所在的方向是相反的，太阳从正东方升起，物体的影子就倒向正西方向。该地与太阳直射点越近，太阳高度角越大，物体的影子越短，反之越长。一日内正午时太阳高度最大，此时物体的影子最短，而且，正午时太阳总是位于物体的正南或正北天空（太阳直射点正午时太阳位于物体的正上方），所以我们能根据一日内最短的影子的方向判断南北方向。

二、弄清不同地区一年中不同时期物体正午的影子的方向

一年中物体正午的影子有时向南，有时向北的是南北回归线之间的地区。当太阳直射点向该地移动时影长渐短，远离该地时影长渐长，一年中影长有两个最小值（太阳直射该地时），一个最大值（太阳直射点在南回归线或北回归线时）。赤道上有两个最大值，分别是两至日。南半球从6月22日到12月22日期间影长渐短，12月22日影长最短，该日南回归线上影长为零；从12月22日到第二年6月22日期间影长渐长，6月22日影长最长。北半球从6月22日到12月22日期间影长渐长，12月22日影长最长，从12月22日到第二年6月22日期间影长渐短，6月22日影长最短，该日北回归线上影长为零。

三、弄清某一地区在一年中不同时期一日内物体的影子的指向及长短状况

我们以40°N某地点为例，在一年中不同时期一日内物影的指向及长短状况分析如下：

1.春（秋）分日：太阳直射赤道，如图1，在40°N的a地此时太阳正好从正东方升起，然后经过东南部天空。当a地正午时（即图中b点位置）太阳以50°的该日最大仰角经过正南天空，再后太阳经过西南部天空，最后从正西方落下。这天太阳在天空运行轨迹如图2所示。当太阳从正东方升起时，物体的影子倒向正西，影长最长；太阳经过东南天空，物体的影子倒向西北，影长渐短；太阳经过正南天空，物体的影子倒向正北，影长最短；太阳经过西南天空，物体的影子倒向东北，影长渐长；太阳从正西方落下时，物体的影子倒向正东，影长最长。这一天物体的影子在地面旋转180°，如图3。

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图1 图2 图3

2.夏至日：太阳直射23°26′N，如图4，在40°N的a地此时太阳正好从东北偏东方向升起，然后经过东部、东南部天空，当a地正午时（即图中b点位置）太阳以73°26′的该日最大仰角经过正南天空，然后经过西南、西部天空，最后从西北偏西方向落下。这天太阳在天空运行轨迹如图5所示。当太阳从东北偏东方升起时，物体的影子倒向西南，影长最长；太阳经过东部、东南部天空，物体的影子倒向正西、西北方向，影长渐短；太阳经过正南天空，物体的影子倒向正北，影长最短；太阳经过西南部、西部天空时，物体的影子倒向东北、正东方向，影长渐长；太阳从西北偏西方向落下时，物体的影子倒向东南偏东方向，影长最长。这一天物体的影子在地面旋转超过180°，如图6。

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图4 图5 图6

3.冬至日：太阳直射23°26′S，如图7，在40°N的a地此时太阳正好从东南偏东方向升起，然后经过东南部天空，当a地正午时（即图中b点位置）太阳以26°34′的该日最大仰角经过正南天空，然后经过西南部天空，最后从西南方向落下。这天太阳在天空运行轨迹如图8所示。当太阳从东南方升起时，物体的影子倒向西北，影长最长；太阳经过东南部天空，物体的影子倒向西北方向，影长渐短；太阳经过正南天空，物体的影子倒向正北，影长最短；太阳经过西南部天空时，物体的影子倒向东北方向，影长渐长；太阳从西南方向落下时，物体的影子倒向东北方向，影长最长。这一天物体的影子在地面旋转不足180°，如图9。

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图7 图8 图9

南极地区，正午时向南，子夜时向北；北极地区，正午时向北，子夜时向南。图10北极地区极昼期正午和子夜影子的指向示意图。图11北极地区极昼期太阳在天空运行轨迹。

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