书城童书飞天的神话——航空航天
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第27章 载人航天(4)

这一天早晨,成千上万名参观者聚集到肯尼迪航天中心,等待一睹“挑战者号”腾飞的壮观景象。上午11时38分,在人们目送之下,竖立在发射架上的“挑战者号”点火升空,直飞天穹,看台上一片欢腾。7秒时,飞机翻转,16秒时,机身背向下,底朝上完成转变角度;24秒时,主发动机推力降至预定功率的94%,42秒时,主发动机按计划减低到预定功率的65%,以免航天飞机穿过高空湍流区时由于外壳过热而使飞机解体。这时,一切正常,航速已达677米/秒,高度已达8000米;52秒时,地面指挥中心通知指令长斯科比将发动机恢复全速。59秒时,高度10000米,航天飞机接近音障,遇上极大的空气压力,主发动机已加速到104%,火箭助推器已燃烧了将近45万千克固体燃料。

此时,地面控制中心和航天飞机上的电子计算机荧光屏幕上显示的各种数据都未见任何异常。65秒时斯科比向地面报告:“主发动机已加大”,这是地面测控中心收听到的斯科比的最后一句报告词。但航天飞机飞到73秒时,空中突然传来一声闷响,只见价值12亿美元的“挑战者号”顷刻之间爆裂成一团橘红色火球,碎片拖着火焰和白烟四散飘飞,坠落到大西洋。7名机组人员全部遇难,造成了世界航天史上最大的惨剧。这是美国进行25次载人航天飞行中首次发生在空中的大灾难。“挑战者号”的爆炸,使美国举国震惊,华盛顿和其他各地均下半旗志哀。当时的中华人民共和国主席李先念于第二天发电报给美国总统里根,对美国航天飞机内7名宇航员不幸遇难表示哀悼。

世界上掌握载人航天技术的国家很少,当时已经研制成功航天飞机并投入使用的,仅有美国一家。

美国的航天飞机除“挑战者号”以外,还有“哥伦比亚号”“发现号”和“阿特兰蒂斯号”。它们已从试验性飞行向实用方面发展。一些科学家利用太空中的特殊条件,进行了各种各样的试验和研究。“挑战者号”7名遇难的宇航员中,有一名叫麦考利夫的女教师,她准备在“挑战者号”进入第四天飞行时,在太空向地面的学生讲两堂课,每堂15分钟,以此标志航天飞机走向更为实用的阶段。由于这次意外事故而使空中课堂的计划未能实现,麦考利夫作为一名教师以身殉职。在美国新罕布什尔州的康科德中学,当学生们从电视上看到“挑战者号”载着他们的老师飞向太空时,兴奋得欢呼起来。然而不久,面对“挑战者号”突然爆炸的画面,学生们不禁目瞪口呆,继而失声痛哭。

在科学探索的道路上,牺牲是不可避免的。在“挑战者号”爆炸之前,苏联和美国的宇航员都曾由于意外事故而牺牲,但这并没有影响人类探索太空的行动。人类向未知的太空的探索、前进的步伐是永远不会停止的。

新航天大国的崛起——“嫦娥工程”

中国在进入21世纪之后,在航天科技上取得了举世瞩目的成就,而近期,中国又开启了探索月球的“嫦娥工程”计划,这一计划必将载入史册。月球探测是我国空间科学和技术发展的第三个里程碑。在综合分析国际上月球探测已取得的成果,以及世界各国“重返月球”的战略目标和实施计划后,再考虑到我国的科学技术水平、综合国力和国家整体发展战略,近期我国的月球探测以不载人为目的,其探月工程命名为“嫦娥工程”。共分为三个发展阶段,它们之间保持一定的连续性、继承性和前瞻性。

第一阶段:称为“绕”,研制和发射第一颗月球探测卫星——“嫦娥1号”。2007年10月24日,“嫦娥1号”由长征3号甲运载火箭成功发射升空并进入预定轨道,于11月7日进行第三次近月制动进入周期为127分钟、高度为200千米的工作轨道。至此,“嫦娥1号”的奔月之旅取得了圆满成功,还获取全月球高精度三维立体图像。“嫦娥1号”还对月球表面的环境、地貌、地形、地质构造和物理场进行了探测,并勘察了月球14种有用元素的分布特点与规律,勘测了月壤的特征与厚度,估算3氦的分布与资源量,探测地-月空间环境。其中获取月球高精度三维立体图像和探测月壤厚度等是国外尚没有进行过的项目。全月球表面三维立体图像的获得可用于划分月球表面的基本构造和地貌单元,可以进行月球撞击坑形态、大小、分布、密度等的测量和分析,能勾画出月球地质构造演化史和对月球重力场进行研究,而探测月壤的特征也具有重大的研究价值,月球固体表面的年龄至少已有40亿年,由于太阳风无休止地轰击月球表面,因此月壤含有独特的太阳辐射历史,其完整的程度,在太阳系其他行星或卫星表面是难以找到的,这就为研究太阳活动的演化历史,以及太阳对地球气候变化的影响提供一条便捷的途径。至于对地-月空间环境的探测,所获得的太阳风数据可以为后续月球控测工程提供所需的月球轨道空间环境数据。

第二阶段:称为“落”,发射月球软着陆器,试验月球软着陆和月球车技术,就地勘测着陆区区域的地形地貌、地质构造、岩石成分与分布,探测月壤和月壳的厚度与结构……归结起来,有这样几个探测目标:月表形貌与地质构造调查;月表物质成分和资源勘察;月球内部结构研究;日-地-月空间环境探测等。第二阶段的探测是直接在着陆区作近距离的探测,亦即在第一阶段遥感探测的基础上对区域月表进行精细的探测,两者互为补充,可以深化对月球的认识,初步定于2012年左右发射。

这里再对月表物质成分和资源勘察说几句,月表物质成分是了解月球演化历史的关键,也是月球科学最基础的工作。月球蕴含丰富的矿产和能源资源,特别是月壤中含有地球上无法企及的大量核聚变燃料3氦,开发和利用月球资源是人类探测月球的动力之一。从中可以看出对月表物质成分和资源勘察的重要性与必要性。月球内部结构的研究也是科学家们所关注的问题,月球内部的结构组成不但体现月球目前的状态,还记录着其形成和演化的信息。月球内部结构的探测不仅可以使人类认识月球的状态、结构和组成,而且为了解月球的起源和演化提供了最可靠最直接的证据。通过对月球内部结构的研究,还可以获取月震和小天体撞击月球的确切资料,从而为完善月球内部结构的模型提供直接的科学依据。

第三阶段:称“回”,把在月球采集的样品送回地球,在实验室作精确的测试、分析和研究。要实现这个目的,必须发射带有自动采样返回舱的着陆器(或月球车),选择合造的地点进行钻孔采样和机械臂采样,然后返回舱从月面起飞,将月球样品带回地球,在实验室作精确的测试分析和研究。第三阶段工程实施后必然会更深化对月壤、月壳和月球形成演化的认识,这样会给今后月球基地的选址和建设提供重要依据。

在第三阶段中采集月球样品必须使用机器人,据资料介绍,经过多年的研制,我国已建成模拟的“机器人遥控操作系统”,即模拟科学家在地面操作太空机器人做一系列的动作。太空机器人将在中国人登上月球前承担主要的探测任务。与此同时,在第三阶段中,我国自行研制的月球车也将在探测月球中亮相,计划于2017年前后实施“回”工程。“嫦娥工程”作为我国探月计划第一阶段“绕月飞行”的名字,其缘由来自我国古代嫦娥奔月的美丽传说。很自然,要执行绕月飞行的第一颗卫星被称为“嫦娥一号”。

“嫦娥工程”由五大系统组成,它们分别是:

运载火箭系统:选择以发射“东方红3号”为主的“长征3号”甲。该运载火箭取得9次发射9次成功的佳绩,而其中7次是发射“东方红3号”。“长征3号”甲运载火箭符合发射绕月卫星需要较大的运载能力和高可靠性的要求。

据资料介绍,“长征3号”甲运载火箭,其奔月轨道的运载能力可达1750千克。

为了发射“嫦娥一号”卫星,火箭又进行了多项适应性改进,特别在可靠性方面更下了大力气,对多项关键环节均采取了冗余设计。

月球探测卫星:第一颗“嫦娥一号”绕月卫星,主要以成熟的“东方红3号”通信卫星为基础,充分利用、继承其成熟的技术和相关卫星的经验。就其目前的技术状态,“嫦娥一号”是一颗脱颖而出的新卫星。

“嫦娥一号”卫星所承担的任务主要有4个方面,即为月球“画像”,获取月球表面三维影像等(已在前一题中作了说明,这里不再述说)。为完成这4个方面的任务,“嫦娥一号”卫星上装有6大类设备,共25台仪器,如光学成像系统(CCD立体相机,干扰成像光谱仪),激光高度计,Y/X射线谱仪,微波探测仪,空间环境探测(太阳高能粒子探测仪,低能离子探测仪),数管系统等。

其中CCD光学系统采用正下方、前方、后方的3幅二维原始数据构成月表的三维立体图像。这样,对卫星的姿态和精确定轨提出了更高的要求。干涉成像仪是一种利用不同物体具有不同光谱特性来成像的一种相机。它对月面进行多光谱遥感,可以实现区域性的资源和物质特性等数据提供。Y/X射线谱仪是根据各种元素受宇宙射线激发产生的Y和X射线能谱的差异,可以获得不同元素的分布。如Y可以对Th、U、K等元素,x射线可以对Na、S、Ni等元素,而对于Fe、Ti、Al、Mg等元素则这两种射线都可获取其信息。微波探测,卫星上常采用微波/毫米波辐射计。利用不同频段的微波在月壤中穿透深度不同的特点,对月壤厚度进行测定,“嫦娥一号”卫星上设计4个不同的频段。空间环境探测,主要测量太阳风中的重离子成分、质子能谱、低能离子成分及在空间的分布。

发射场系统:选择我国发射地球同步轨道卫星的西昌卫星发射中心。为适应探月卫星的特点,该发射场进行了多处改进,特别在安全和可靠性上做了更多的改进。

测控系统:为提高轨道测量精度,首次采用甚长基线干涉仪(VILBI)为探月卫星的测、定轨道提供赤经和赤纬,以提高对“嫦娥一号”JAY绕月卫星的地面导引能力。

地面应用系统:即“嫦娥一号”卫星的下行数据接收,数据处理和研究及实施在轨业务的运行。亦即该系统包括月球探测卫星(“嫦娥一号”)运行管理中心、数据接收中心、数据预处理、数据管理、科学应用与研究5个分系统组成。

在这里还要提一笔的是,在“嫦娥一号”卫星上将搭载30多首乐曲,当它进入绕月轨道后,在距地球380000千米外的遥远太空会向地面传回一首首优美的乐曲。这30多首代表中国优秀文化乐曲的天籁之音将响彻寰宇。乐曲是从150余首推荐的曲目中选出的,《谁不说俺家乡好》等乐曲有幸获选,并且能在月球上空这样一个特殊的场合来播放,向世界传播显得更加有意义。在实际播送中,我们听到那清晰、逼真的乐曲声,就像在家里播放时一样……