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第6章 航空航天(3)

“探险者一号”:美国发射的第一颗卫星“探险者一号”就是一颗科学探测卫星,以后“探险者”发展成了一个科学卫星系列,到1975年这个系列共发射了55颗,有53颗进入轨道。它们的主要任务是探测地球大气层和电离层,测量地球高空磁场,测量太阳辐射、太阳风,研究日地关系,探测行星际空间,测量和研究宇宙线和微流星体,测定地球形状和地球引场。

这些卫星的传回环境模式,也帮助人们更多地了解了太阳质子事件对地球环境的影响,加深了对太阳-地球关系的认识。探险者号卫星系列多为小型卫星,但其外形结构差别很大。由于探测的空间区域不同,它们的运行轨道有高有低、有远有近,差别也很大。

电子号卫星:电子号卫星是苏联的科学卫星系列,1964年1~7月共发射了4颗卫星,重400~544千克。星上装有高、低灵敏度的磁强计,低能粒子分析器,质子检测器,太阳X射线计数器以及研究宇宙辐射成分的仪器等。它们的主要任务是研究进入地球内,外辐射带的粒子与其相关的各种空间物理现象。

“实践”系列卫星:中国的“实践”系列卫星既是技术实验卫星,又是科学探测卫星。它1971年和1981年发射了两次共4颗。

实践一号卫星装有红外地平仪、太阳角计等探测仪器,取得了许多环境数据。实践二号和二号甲、二号乙是用一枚火箭同时发射的三颗卫星。其中实践二号重257千克,外形为八面棱柱体,它的任务是探测空间环境,试验太阳电池阵对日定向姿态控制和大容量数据贮存等新技术。

卫星获取了有关地球磁场、大气密度、太阳紫外线、太阳X射线、带电粒子辐射背景等数据,也圆满地完成了新技术的试验。

小知识

天文卫星

天文卫星是一种科学卫星,不同于探测卫星之处,在于它不仅仅探测空间环境,而且在地球轨道上建起了一座座太空天文台,专门对宇宙天体和其他空间物质进行科学观测。

天文卫星在离地面几百千米或更高的轨道上运行,由于没有大气层的阻挡,星上的仪器可以接收到来自天体的从无线电波段到红外波段、可见光波段、紫外线段直到X射线波段和γ射线波段的电磁波辐射。

天文卫星的轨道多数为圆形或近圆形,高度为几百千米,但一般不低于400千米。这是因为,太阳系以外的天体离开地球极远,再增加轨道高度也不能缩短距离和改善观测能力;而轨道太低时,大气密度增加,卫星难以长时期运行。

天文卫星上安装了复杂的科学观测仪器,如红外、紫外、X射线和可见光望远镜等。除这些仪器本身必须保证制作精度外,天文卫星在结构上也必须有很高的安装精度和结构稳定性,否则仪器坏了,人到天上云修理代价可就太大了,而且卫星“立足”不稳,也会直接影响仪器的观测效果。

地球资源卫星

为了研究和更加有效利用地球资源,科学家们研制出了地球资源卫星。

1972年7月25日,美国发射了一颗地球资源技术卫星,后改名为陆地卫星Ⅰ号,由雨云气象卫星改进而来。它能重复观测海洋与陆地各种资源,每隔18天送回一套全球图象数据。后来,美国又相继发射了陆地卫星Ⅱ号、Ⅲ号地球资源卫星。该种卫星广泛应用于地质、海洋、渔业、环保等部门中,并取得极大收获。

地球资源卫星能迅速、全面、经济地提供地球资源的情况,因而受到了世界各国的重视。

气象卫星

气象卫星是利用遥感器来对地球大气进行探测的卫星。

气象卫星实质上是一个高悬在太空的自动化高级气象站,是空间、遥感、计算机、通信和控制等高技术相结合的产物。

由于轨道的不同,气象卫星可分为两大类,即太阳同步极地轨道气象卫星和地球同步气象卫星。前者由于卫星是逆地球自转方向与太阳同步,称太阳同步轨道气象卫星;后者是与地球保持同步运行,相对地球是不动的,称作静止轨道气象卫星,又称地球同步轨道气象卫星。

在气象预测过程中,非常重要的卫星云图拍摄也有两种形式:一种是借助于地球上物体对太阳光的反向程度而拍摄的可见光云图,只限于白天工作;另一种是借助地球表面物体温度和大气层温度辐射的程度,形成红外云图,可以全天候工作。

气象卫星主要有极轨气象卫星和同步气象卫星两大类。极轨气象卫星飞行高度约为600~1500千米,卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角,这样的卫星每天在固定时间内经过同一地区两次,因而每隔12小时就可获得一份全球的气象资料;同步气象卫星运行高度约3.58万千米,其轨道平面与地球的赤道平面相重合。从地球上看,卫星静止在赤道某个经度的上空。

一颗同步卫星的观测范围为100个经度跨距,从南纬50°到北纬50°,100个纬度跨距,因而5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的观测网。

气象卫星不受地理条件的限制,可以监视台风、暴雨等灾害性天气变化。自从1966年气象卫星实现观测以来,发生在热带海洋上的任何一个风暴都没有被漏过。

小知识

世界上第一颗试验性气象卫星

1960年4月1日,美国发射了世界上第一颗试验性气象卫星“泰罗斯”1号。这颗试验气象卫星呈18面柱体,高48厘米,直径107厘米。星上装有电视摄像机、遥控磁带记录器及照片资料传输装置。它在700千米高的近圆轨道上绕地球运转1135圈,共拍摄云图和地势照片22952张,有用率达60%,具有当时最优秀的技术性能。

从1960年至1965年间,美国共发射了10颗“泰罗斯”气象卫星,其中只有最后两颗才是太阳同步轨道卫星。

1966年2月3日,美国又研制并发射了第一颗实用气象卫星“艾萨”1号。它是美国第二代太阳同步轨道气象卫星,轨道高度约1400千米,云图的星下点分辨率为4000米。从1966年至1969年间,美国共发射了9颗,获得了大量的气象资料。它的发射成功地开辟了世界气象卫星研制的新领域,大大减少了由于气象原因给人类造成的各种损失。

宇宙飞船

宇宙飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的工作。它的运行时间一般是几天到半个月,一般可乘坐2~3名航天员。

至今,人类已先后研究制出三种构型的宇宙飞船,即单舱型、双舱型和三舱型。

单舱式最为简单,只有宇航员的座舱。美国第一个宇航员格伦就是乘单舱型的“水星号”飞船上天的。

双舱型飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,它改善了宇航员的工作和生活环境,世界第一个男女宇航员乘坐的前苏联“东方号”飞船、世界第一个出舱宇航员乘坐的前苏联“上升号”飞船以及美国的“双子星座号”飞船均属于双舱型。

最复杂的就是三舱型飞船,它是在双舱型飞船基础上或增加一个轨道舱(卫星或飞船),用于增加活动空间、进行科学实验等,或增加一个登月舱(登月式飞船),用于在月面着陆或离开月面。前苏联的联盟系列和美国“阿波罗号”飞船是典型的三舱型。联盟系列飞船至今还在使用。

虽然宇宙飞船是最简单的一种载人航天器,但它还是比无人航天器(例如卫星等)复杂得多,以至于到目前仍只有美、俄、中三国能独立进行载人航天活动。

空间站

空间站,是目前在太空中运行的质量最大、容积最大、技术最复杂的人造天体。又名载人空间站、航天站或轨道站。是可供多名航天员巡访、长期工作和居住以及具备生产试验条件的载人航天器。其本质是人造卫星,或可将其称为“太空旅馆”。“太空旅馆”可移动,并可与宇宙飞船或航天飞机进行对接,携手飞行。

太空中的失重环境对有些东西有意想不到的收获。如由于重力作用,地球上曾生产的一种聚苯乙烯微珠的药物,总是瘪瘪的,药效不大。1985年,美国在太空失重环境下生产了10亿颗该种塑料圆珠,规格标准,成为医学工业上的奇迹。

在空间维修上,太空站也有得天独厚的条件。1984年4月,“挑战者”航天飞机在第十一次飞行时修复了一颗失效卫星,该航天飞机还在轨道上完成了回收两颗卫星的任务。这些在当时都被视为航天技术上的新突破。

空间站可以进行关于天文学、太阳物理、大气发光、地球观测等有关方面的实验,因此军事意义与价值同样不可低估。它不仅可被装备成空间监视哨所,还可被作为发射反卫星武器和激光武器的基地。

空间站的使用寿命长,可扩展和延伸;它同时还具有修复能力,能定期检修,按时更换设备,具有很强的活力。

航天飞机

航天飞机的本质是一种火箭飞机,它依靠火箭发动机提供动力。

航天飞机既可在稠密的大气层中穿行,又能在行星际空间自由翱翔。它是集卫星、飞机、宇宙飞船于一体的杂交种。

航天飞机是世界上唯一可部分重复使用的航天飞行器,它可以实现定点着陆和无损返回。使用航天飞机释放人造天体,事故发生率低。航天飞机一旦发射,可有去有回,保险系数很高。

由于货舱大,航天飞机一次可装载一颗大型人造天体和一批小型人造天体。也可以在轨道上利用机械手布置任何类型的人造天体。

航天飞机可搭载空间站进行科研活动,还可进行空间维修、卫星回收活动,可向地球轨道和高轨道发射同步卫星和深空探测器。

由于起飞容易,回归迅速,航天飞机可参与各种应急救生活动。航天飞机定期返航后,可像飞机那样进行定时的检查维修与保养,大为提高使用次数。

作为空间武器,航天飞机可对它国空间轨道上的军事人造天体,如对间谍卫星进行拦截、破获,对本国的军事人造天体则密切监视,加强保护。航天飞机如配上粒子束武器,还可摧毁太空中敌方人造天体。

小知识

“挑战者”号航天飞机爆炸

1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第十次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难,直接造成经济损失12亿美元,航天飞机停飞近3年,成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。

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