[發明專利]一種青少年國防教育專用的土星空天航母模型

在審

• 申請號: 201710075378.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106875807A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 郭春標;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 佛山市三水區希望火炬教育科技有限公司
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于國防教育模型領域，具體涉及一種青少年國防教育專用的土星空天航母模型。

背景技術

人類近代以來的發展歷程，與前數千年前最大的不同在于科學與技術已成為人類社會發展的主要驅動力，特別是20世紀以來，科技推動人類社會飛速發展，其速度是以往無法想象的，進入20世紀下半葉以來，有兩個科技領域的發展對人類社會產生了非常重大的影響，一個是信息科技領域，另一個就是太空科技領域，太空科技是從1957年人類發射第一顆人造地球衛星才開始的，50多年來，太空科技從三個方面深刻影響著人類社會。第一個方面是太空科學及其探索極大地豐富了人類對地球所在的太空環境和宇宙演化的知識，并從地球這個人類的搖籃向外邁出了第一步，登上了月球；第二個方面是極大地改變了人類的日常生活，無處不在的衛星通信、衛星電視直播、衛星導航定位以及依靠衛星對地球觀測的天氣預報和災害預報，成為我們日常生活中必不可少的要素，離開了這些技術系統我們甚至無法正常生活；第三個方面就是在國防安全領域，太空已經成為最重要的戰略制高點，現代化戰爭的較量實際上已經從地面上升到了太空。由于這三個方面的重要意義，人類自1957年以來已經發射了近8000個航天器，進入21世紀，太空科技繼續引領著人類社會發展，不斷開辟新的前沿，呈現新的趨勢。

在太空科學探索方面，長期困擾人類的重大科學問題，如宇宙大爆炸之后到星系誕生之前發生了什么、神秘的黑洞及其周邊、暗物質與暗能量、地球之外是否有生命包括智慧生命等重大前沿科學問題，將是未來探索的重中之重。自人類進入太空開始，太空計劃均由政府投入主導?；谔沼媱澋娘L險和對質量控制的要求，太空計劃的實施也主要由政府機構和政府控制的企業實施。但這一情況從上世紀末開始發生了變化，這些變化對太空科技的激勵盡管是潛在的，但其發展是迅速的。這一發展趨勢將會極大地促進經濟發展，帶動相關配套企業發展，使太空科技不再神秘，使政府控制的主要企業的效率進一步提升，并使政府在太空領域的投入向外圍輻射。未來太空科技將在不斷創新發展中繼續促進經濟高速發展，并通過與信息科技等領域的交叉產生新的應用，從而進一步提高人類生活質量。

目前，世界各國展開了對宇宙深空的探秘，尤其是對土星的探測，軌道距太陽142940萬千米，公轉周期為10759.5天，相當于29.5個地球年，視星等為0.67等。在太陽系的行星中，土星的光環最惹人注目，它使土星看上去就像戴著一頂漂亮的大草帽。觀測表明構成光環的物質是碎冰塊、巖石塊、塵埃、顆粒等，它們排列成一系列的圓圈，繞著土星旋轉，土星運動遲緩，人們便將它看做掌握時間和命運的象征。羅馬神話中稱之為第二代天神克洛諾斯，它是在推翻父親之后登上天神寶座的。無論東方還是西方，都把土星與人類密切相關的農業聯系在一起，在天文學中表示的符號，像是一把主宰著農業的大鐮刀，在1781年發現天王星之前，人們曾認為土星是離太陽最遠的行星，在望遠鏡中可以看到土星被一條美麗的光環圍繞，土星還有較多的衛星，到1978年為止，已發現并證實的有10個，以后又陸續有人提出新的發現，土星在很多方面像木星，如它與木星同屬于巨行星，它的體積是地球的745倍，質量是地球的95.18倍。在太陽系八大行星中，土星的大小和質量僅次于木星，占第二位，它像木星一樣被色彩斑斕的云帶所繚繞，并被較多的衛星所拱衛。它由于快速自轉而呈扁球形，赤道半徑約為60000公里。土星的大半徑和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在沖日時的亮度可與天空中最亮的恒星相比。由于光環的平面與土星軌道面不重合，而且光環平面在繞日運動中方向保持不變，所以從地球上看，光環的視面積便不固定，從而使土星的視亮度也發生變化。當土星光環有最大視面積時，土星顯得亮一些；當視線正好與光環平面重合時，光環便呈現為一條直線，土星就顯得暗些。二者之間的亮度大約相差3倍，土星繞太陽公轉的軌道半徑約為14億公里，它的軌道是橢圓的。它同太陽的距離在近日點時和在遠日點時相差約1 .5億公里。土星繞太陽公轉的平均速度約為每秒9.64公里，公轉一周約29.5年。土星也有四季，只是每一季的時間要長達7年多，因為離太陽遙遠，即使是夏季也是極其寒冷。土星自轉很快，但不同緯度自轉的速度卻不一樣，這種差別比木星還大。赤道上自轉周期是10小時14分，緯度60度處則變成10小時40分。這就是說在土星赤道上，一個晝夜只有10小時零14分，土星大氣以氫、氦為主，并含有甲烷和其他氣體，大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的云。從望遠鏡中看去，這些云像木星的云一樣形成相互平行的條紋，但不如木星云帶那樣鮮艷，只是比木星云帶規則得多。土星云帶以金黃色為主，其余是橘黃色、淡黃色等。土星的表面同木星一樣，也是流體的。它赤道附近的氣流與自轉方向相同，速度可達每秒500米，比木星上的風力要大得多，土星極地附近呈綠色，是整個表面最暗的區域。根據紅外觀測得知，云頂溫度為-170℃，比木星低50℃。土星表面的溫度約為-140℃。土星表面有時會出現白斑，最著名的白斑是1933年8月發現的，這塊白斑出現在赤道區，呈蛋形，長度達到土星直徑的1/5以后這個白斑不斷地擴大，幾乎蔓延到整個赤道帶，由于這顆行星表面溫度較低而逃逸速度又大（35.6公里/秒），使土星保留著幾十億年前它形成時所擁有的全部氫和氦。因此，科學家認為，研究土星目前的成分就等于研究太陽系形成初期的原始成分，這對于了解太陽內部活動及其演化有很大幫助。一般認為土星的化學組成像木星，不過氫的含量較少。土星上的甲烷含量比木星多，而氨的含量則比木星少，1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層，其高層溫度約為977℃。觀測結果表明，土星極區有極光，目前認為，土星形成時，起先是土物質和冰物質吸積，繼之是氣體積聚。因此，土星有一個直徑20000公里的巖石核心。這個核占土星質量的10％到20％，核外包圍著5000公里厚的冰殼，再外面是8000公里厚的金屬氫層，金屬氫之外是一個廣延的分子氫層，1969年，一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作了紅外觀測，發現土星和木星一樣，它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。這表明土星和木星一樣有內在能源。后來“先驅者”11號的紅外探測證實了這一點，測得土星發出的能量是從太陽吸收到的2.5倍，1610年，意大利天文學家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年，荷蘭學者惠更斯證認出這是離開本體的光環。1675年意大利天文學家卡西尼，發現土星光環中間有一條暗縫，后稱卡西尼環縫。他還猜測，光環是由無數小顆粒構成。兩個多世紀后的分光觀測證實了他的猜測。但在這二百年間，土星環通常被看做是一個或幾個扁平的固體物質盤。直到1856年，英國物理學家麥克斯韋從理論上論證了土星環是無數個小衛星在土星赤道面上繞土星旋轉的物質系統，土星環位于土星的赤道面上。在空間探測以前，從地面觀測得知土星環有五個，其中包括三個主環（A環、B環、C環）和兩個暗環（D環、E環）。B環既寬又亮，它的內側是C環，外側是A環。A環和B環之間為寬約5000公里的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼在1675年發現的。B環的內半徑 91500公里，外半徑116500公里，寬度是25000公里，可以并排安放兩個地球。A環的內半徑121500公里，外半徑137000公里，寬度15500公里。C環很暗，它從B環的內邊緣一直延伸到離土星表面只有12000公里處，寬度約19000公里。1969年在C環內側發現了更暗的D環，它幾乎觸及土星表面。在A環外側還有一個E環，由非常稀疏的物質碎片構成，延伸在五、六個土星半徑以外。1979年9月，“先驅者” 11號探測到兩個新環──F環和G環。F環很窄，寬度不到800公里，離土星中心的距離為2.33個土星半徑，正好在A環的外側。G環離土星很遠，展布在離土星中心大約10-15個土星半徑間的廣闊地帶?！跋闰屨摺?1號還測定了A環、B環、C環和卡西尼縫的位置、寬度，其結果同地面觀測相差不大。“先驅者”11號的紫外輝光觀測發現，在土星的可見環周圍有巨大的氫云。環本身是氫云的源，除了A環、B環、C 環以外的其他環都很暗弱。土星的赤道面與軌道面的傾角較大，從地球上看，土星呈現出南北方向的擺動，這就造成了土星環形狀的周期變化。仔細觀測發現，土星環內除卡西尼縫以外，還有若干條縫，它們是質點密度較小的區域，但大多不完整且具有暫時性。只有A環中的恩克縫是永久性的，不過，環縫也不完整?？茖W家認為這些環縫都是土星衛星的引力共振造成的，猶如木星的巨大引力攝動造成小行星帶中的柯克伍德縫一樣?！跋闰屨摺?1號在A環與F環之間發現一個新的環縫，稱為“先驅者縫”，還測得恩克縫的寬度為876公里。由觀測闡明土星環的本質，要歸功于美國天文學家基勒，他在1895年從土星環的反射光的多普勒頻移發現土星環不是固體盤，而是以獨立軌道繞土星旋轉的大群質點。土星環掩星并沒有把被掩的星光完全擋住，這也說明土星環是由分離質點構成的。1972年從土星環反射的雷達回波得知，環的質點是直徑介于4到30厘米之間的冰塊，探測器傳回的土星照片讓科學家非常吃驚,在近處所看到的土星環，竟然是碎石塊和冰塊一大片，使人眼花繚亂，它們的直徑從幾厘米到幾十厘米不等，只有少量的超過1米或者更大。土星周圍的環平面內有數百條到數千條環,大小不等,形狀各異。大部分環是對稱地繞土星轉的，也有不對稱的，有完整的、比較完整的、殘缺不全的。環的形狀有鋸齒形的，有輻射狀的，令科學家迷惑不解的是，有的環好像是由幾股細繩松散的搓成的粗繩一樣，或者說像姑娘們的發辮那樣相互扭結在一起。輻射狀的環更是令科學家大開了眼界而又傷透了腦筋，組成環的物質就象車輪那樣，步調整齊的繞著土星轉，這樣豈不要求那些離的越遠的碎石塊和冰塊運動的速度越快，這顯然違背了目前已經掌握的物質運動定律，那么，這是一個什么樣的規律在起作用仍在探索中，土星內部也與木星相似，有一個巖石構成的核心，核的外面是5000公里厚的冰層和8000公里的金屬氫組成的殼層，最外面被色彩斑斕的云帶包圍著，土星的大氣運動比較平靜，表面溫度很低，約為零下140攝氏度，土星以平均每秒9.64公里的速度斜著身子繞太陽公轉，其軌道半徑約為14億公里，公轉速度較慢，繞太陽一周需29.5年，可是它的自轉很快，赤道上的自轉周期是10小時14分鐘，土星的美麗光環是由無數個小塊物體組成的，它們在土星赤道面上繞土星旋轉。土星還是太陽系中衛星數目最多的一顆行星，周圍有許多大大小小的衛星緊緊圍繞著它旋轉，就象一個小家族。近幾年隨著觀測技術的不斷提高，大行星衛星的數量急劇攀升，目前已發現的土星衛星就已經超過了60顆。土星衛星的形態各種各樣，五花八門，使天文學家們對它們產生了極大的興趣。最著名的“土衛六”上有大氣，是目前發現的太陽系衛星中，唯一有大氣存在的天體，土星的衛星至少有18個，其中9個是1900年以前發現的。土衛一到土衛十按距離土星由近到遠排列為：土衛十、土衛一、土衛二、土衛三、土衛四、土衛五、土衛六、土衛七、土衛八、土衛九。土衛十離土星的距離只有159500公里,僅為土星赤道半徑的2.66倍，已接近洛希極限。這些衛星在土星赤道平面附近以近圓軌道繞土星轉動，1980年，當旅行者號探測器飛過土星時，在原有的九顆衛星（土衛一、土衛二、土衛三、土衛四、土衛五、土衛六、土衛七、土衛八和土衛九）基礎上，又發現了八顆新的衛星，但是很難說土星究竟有多少衛星，一些組成土星光環的較大的粒子實際上也許就是小衛星， 土星在太陽系中擁有的衛星最多，跟木星衛星不一樣，土星衛星不能簡單地以成分和密度來歸類劃分。"旅行者號"所發現的衛星顯示出復雜多樣的特征，土衛四和土衛五的某些地域非常坑坑洼洼，另一些地方則平坦得多。表面的白色條狀表明在這兩顆衛星上曾經有水冒出。 土星眾多衛星中，最令我們感興趣的是土衛六，太陽系中最大的衛星之一。"旅行者號"的科學家驚奇地發現，它有一層厚厚的大氣層，密度比地球大氣層高百分之六十。 土衛六非常寒冷，表面溫度約為零下150℃。在這樣的溫度條件下，甲烷以氣態、液態、固態三種狀態同時存在。行星學家克拉克·查普曼這樣說道：土衛六上的甲烷可能會象地球上0℃的水，穿過北極的淤泥地帶，可隱約見到土衛六的表面景觀，由甲烷和氨冰塊組成的巖石大多數被埋在一種粘性的油層之下。長時期內來自柏油煙霧的微小塵埃粒子不斷聚集，土衛六濃稠的液態甲烷與海洋被甲烷冰霧令人窒息的霧靄所遮擋，極小的土衛一有一個創痕，那是太陽系中最明顯的創痕之一，一個巨大的“隕石坑”顯示出它曾受過一次幾乎將其一分為二的重創。重創之下的這個巨大隕石坑直徑約為整個星球的三分之一。它的表面是如此的坑坑洼洼，使得冰層被切成了片片碎塊。在它的表面上行走，宛如走在一個巨大的雪錐之上，土衛二有一個斷層系統以及從未受過隕石沖擊的大區域。陸潮受熱可能在重建表面的過程中發揮了重大作用。這種活動似乎就發生在最近，這也可以用來解釋它的表面為何光彩奪目。土衛二幾乎反射所有的光線，其冰凍的表面可能會被來自內部的水不斷覆蓋，土衛八一側很亮，另一側很暗。亮的那側能將大約一半照射到的光反射出去，而另一側幾乎一片黑暗。黑色物質里可能包含著有機碳－－生命必需的組成成分之一，土衛七看上去象是較大物體的一個碎塊。它不規則的形狀和極度坑坑洼洼的表面使它看似一個稍大的小行星。這顆衛星的碎片現在可能已進入了土星光環，土衛三也是從明顯的宇宙暴力之中幸存下來的。一條巨大的溝壑從衛星的一端伸展到另一端。這個長狹谷看起來是由內部力量而引起的。它內部凝固和膨脹的壓力使其表面產生裂縫。科學家們無法解釋一個至少百分之八十由水冰組成的衛星是如何經受住這樣的地質活動的，“旅行者號”探測器的探索結果使人們深信那曾經支配了土星早期歷史的猛力作用。土星衛星看起來象是無盡爆炸襲擊的幸存者。它們明亮的冰封表面受到了無數隕石的創傷。 但是這些衛星中有一個與早期的地球非常相似。也許某一天，有著濃厚大氣層的土衛六能夠進化出頑強的生命，土星和其他行星一樣，也圍繞太陽在橢圓軌道上運動。土星繞太陽公轉的軌道半徑約為9.54天文距離單位（約14億公里）軌道的偏心率為0.056，繞太陽公轉一周約29.5年，公轉平均速度約為9.6公里／秒。土星的自轉很快，僅次于木星，其自轉角速隨緯度而不同，在赤道上自轉周期為10小時14分，在緯度60°處為10小時40分。由于快速自轉，使得它的形狀變扁，是太陽系行星中形狀最扁的一個。土星表面也有沿赤道伸展的條紋帶，表面為云層所覆蓋，用天文望遠鏡觀察土星，看到的是一個帶光環的天體。土星的赤道半徑約為6萬公里，其赤道半徑與極半徑相差5000多公里。體積為地球的740倍，質量為地球的95倍。在太陽系的行星中，土星的質量和大小僅次于木星，通過天文望遠鏡，我們可以看到土星表面也有一些明暗交替的帶紋平行于它的赤道面，帶紋有時也會出現亮斑、暗斑或白斑。白斑的出現不很穩定， 1973年4月“先驅者11號”上天，1979年9月1日飛臨土星，成為第一個就近探測土星的人造天體。“旅行者”1號、2號在考察完木星后，繼續駛向土星，對土星進行考察。完成考察土星的任務后，“旅行者2號”又繼續飛向天王星和海王星，對它們進行考察。這些“一身多任”的宇宙飛船，為我們帶來了土星的新消息，“先驅者11號”飛船于1979年8月、9月在距土星128萬公里處發現，土星磁場十分特殊，磁場圖很像一條大鯨魚，其頭部圓鈍，兩邊伸出扁形翅，還有粗壯的尾巴。土星磁場的磁軸與其自轉軸吻合，磁心偏離土星核心22.5公里。磁場范圍比地球的磁場范圍大上千倍，但比木星磁場小，也沒有木星磁場復雜，土星的表面溫度為-140℃，支頂溫度為-180℃，比木星低50℃。土星有一個直徑為2萬公里的巖石核心，核心外面就是土星大氣，在宇宙飛船探測土星之前，人們知道土星有10顆衛星。1977年發現了土衛十一，1979年“先驅者1號”飛臨土星時，探測到了第十二顆衛星。為了紀念它的功績，起名為“先驅者號”。“旅行者1號”飛船于1980年10月 26日和11月10日在近距離考察土星時，又發現了5顆衛星。1981年8月25日“旅行者2號”在距土星云層之上101000公里處掠過，考察了土星及其光環和9個衛星。這次飛掠土星時，又發現了6顆衛星。