书城童书《太空宇航知识篇》(六)
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第16章 世界之最(8)

王赣骏在谈到初上太空时的不适时说:“起飞后由于过载增加,身体感到很不是滋味,突然觉得脸在肿大,脚在萎缩,好像两腿是多余的了。在太空中,不分上下左右,人倒着、斜着都无关系,一切都很不习惯。”他最感不适的是胃口不好。他和其他航天员的食物都是脱水或浓缩食品,吃时加上水,用电炉加热,做出来也像地面上的菜,但总不如地面上的菜香。各种饮料都是浓缩的,喝时兑上水。由于无重力影响,吃东西时常常把食物错塞到鼻孔。因此,他想办法把食物悬挂在一个地方,然后主动用嘴去咬,这样的效果好。每天的菜谱是安排好了的,但可由自己挑选。王赣骏与众不同的是,每餐必喝一杯中国香片茶,而且还在太空品尝了北京烤鸭呢。在太空中穿衣服也同在地面不一样,十分不便。王赣骏说,在太空穿衣时,只要将衣服一抖,衣服就张开了,人往里一钻,两手一伸,两腿一套,就穿好了。在太空睡觉没有专用床,随便靠在什么地方都可以睡着,但为了避免睡着后不小心身体飘走,一般都在一个敞开的柜子里睡。王赣骏介绍说,为了保持旺盛的精力,航天员每天必须锻炼身体,由于航天飞机上的空间有限,跑步是在跑步机上进行,用弹力绳将双肩绑着,以免脚用力跳动后人飞起来。在太空中也有烦闷的时候,王赣骏带了几盒录音磁带上去欣赏,其中有14首中国名曲,使他时常沉浸在对故乡的怀念之中。

王赣骏这次太空飞行历经7天,绕地球111圈,行程460多万千米。他把一面中国五星红旗带上太空,表现了一片赤子之情。当他结束飞行返回地面后,多次不无自豪地表示:“我以我的中国血统为荣,我为中国人争了一口气!”

测量大气密度的气球卫星

在一般人看来,气球只是节日中点缀欢乐气氛的玩具,可是科学家却把气球型卫星送上了太空。气球卫星结构很简单,就是用非常薄的聚酯薄膜制成的一个大球囊,表面还镀了一层闪闪发亮的金属膜。

当气球卫星发射升空时,球囊折叠成一个小包,入轨后,充气剂使它膨胀成大圆球。气球卫星上没有复杂的电子仪器,研制比较容易,造价低,而且能在发射其他卫星时搭载上天。

1960年,美国发射了“回声”1号气球卫星,这个直径30米的庞然大物,体重却只有60千克。它像一面镜子,能把地面向它发送的无线电波反射到其他地区,从而实现了最早的卫星通信。1964年,又发射了更大的“回声”2号气球卫星,直径达41米。这两颗卫星是当时最明亮的人造天体,它们还承担了测量近地空间大气密度的任务。在卫星轨道的高度上,仍存在十分稀薄的空气,对于体积庞大、质量极小的气球卫星,却也能产生一定的阻力,使它们的运行高度渐渐降低,最后陨落。跟踪和测量气球卫星的轨道变化,就能知道大气密度分布情况。

我国于1981年和1990年先后发射过3颗气球卫星,都是用于考察高空大气的。

“太阳同步卫星”

庞大的卫星家族英才济济,神通各异。对于气象地球资源、照相侦察一类卫星,得请谁出山呢?那是非“太阳同步卫星”莫属了。

通常的卫星经过同一纬度的时刻是不同的,这给需要在固定时刻进行观测和应用的用户带来不便。而“太阳同步卫星”则能保证以相同方向、相同的当地时间经过某一纬度的上空。通过选择恰当的发射时间,可使卫星经过某些特定的观测区上空时始终有较好的光照条件。这对获得清晰的摄影效果,使太阳能电池得到充足供电,都是必不可少的。

“太阳同步卫星”为何有此神通呢?

这是由它特殊的轨道条件决定的。这种卫星的发射,必须使其轨道平面旋转的方向与地球公转方向相同,转速也相同(即360°/年或0.9856°/天)。它的倾角必须大于90°,形成一条逆行轨道,高度在几百千米到6000千米之间。对于倾角略大于90°的轨道,已接近“极地轨道”,它可以俯瞰包括两极在内的整个地球,可谓明察秋毫。大气阻力将影响卫星的同步性能,这可通过卫星上的动力装置使其保持同步。

美国的“艾萨”号气象卫星,“锁眼”号照相侦察卫星,“陆地”、“海洋”等资源卫星都属“太阳同步卫星”。近年间,我国发射了“资源”1号太阳同步极地卫星,标志着我国也加入了发射此类高档卫星的行列。

红外天文卫星

红外天文卫星,是用来观测红外辐射天体的天文卫星。它的任务就是用红外望远镜对宇宙空间的红外辐射源,包括太阳系天体、恒星、电离氢区、分子云、行星状星云、类星体及星系进行普查,并在普查的基础上绘制红外天体图和对选定的天区和红外辐射源进行专门的观测。

红外天文卫星一般选用近圆形太阳同步轨道,卫星上主要的专用观测仪器是大型红外望远镜。此外还配备有电子计算机、磁带记录器、遥测遥控设备以及向地球发回观测数据的通信天线和传感器。

世界上第一颗红外天文卫星是由美国、荷兰和英国合作发射的。它于1983年1月25日升空,在空间工作了10个月,获得不少观测结果,例如发现在火星和木星轨道之间有3个都绕太阳旋转的尘埃粒子环,它们很可能是小行星碰撞后形成的碎片;发现5颗新彗星并计算出它们的轨道;发现数十万个以上的新红外辐射源。这些发现大大增进了人们对宇宙的认识,并促进了红外天文学的发展。

海事卫星

海洋那么广大,看不到边际。在茫茫大海中航行,可以说是十分艰辛的。尽管现代科技可以造出极为先进的海轮,但天有不测风云,仍然会遇到狂风或者突然的其他自然灾害,使得海轮遇险。在这紧要关头,就必须与陆地取得联系。海事卫星就是用于海上和陆地间无线电联络的通信卫星。

海事卫星的通信系统由2部分组成:

卫星和地面的卫星测控站属空间部分;岸站和船站属地面部分。岸站是卫星通信的地面中间站。船站就是海上用户站,它的天线始终指向卫星。海上船只可根据需求,由船站将信号发射给地球静止卫星轨道上的海事卫星,经它转发给岸站,岸站再通过与之连接的地面通信网络或国际卫星通信网络,实现与世界各地陆上用户的相互通信。

海事卫星除广泛用于电话、电报、电传和数据业务外,还兼有救援和导航业务,同时又能把船只的航向、速度和位置等数据随时传输给岸站,并存贮在岸站控制中心的电子计算机中。因此,船只一旦在海上遇难或船上发生紧急事件,岸站就可以迅速确定船只所在海域的具体位置,并及时组织营救。

电子侦察卫星

发射电子侦察卫星,其目的是为了取得现代战略情报,用于侦察雷达、通信和遥测等系统所辐射的电磁信号,并测定辐射源地理位置。电子侦察卫星是卫星电子侦察系统的空间部分,卫星将侦察收到的电磁信号进行预处理后,发送到地面接收站,以分析电磁信号的各种参数并进行辐射源的定位,从中取得情报。

电子侦察卫星不受地域、天气条件的限制,能在各种天气条件下对大面积地区进行长期监视和侦察,获得时效性强的情报。

美国是发射电子侦察卫星最早的国家。第一颗电子侦察卫星于1962年5月发射,获得了大量的雷达和通信方面的情报。1971年美国又发射了多星定位制电子侦察卫星,这类卫星可长期监视各种地面雷达的配置位置变化、舰载雷达的特性和位置,监视舰船的类别、等级和航线。

电子侦察卫星按侦察目的可分为普查型和详查型2类。普查型电子侦察卫星能监视大面积地区,测定辐射源的位置和粗略地测定电磁信号的工作频段;详查型电子侦察卫星能全面测量电磁信号的各种参数,测定辐射源的位置。

一箭多星的发射

大家知道,一枚火箭只发射1颗卫星。可是美国在1960年首次用一枚火箭发射了2颗卫星,1961年又实现了用一枚火箭发射3颗卫星。接着,苏联多次用一枚火箭发射8颗卫星。欧洲航天局在我国成功地发射一箭三星前,将1颗气象卫星和1颗实验通信卫星同时送入太空。

1981年9月20日,我国成功地用一枚运载火箭把3颗卫星同时送入地球轨道。这3颗空间物理探测卫星准确入轨,运行正常,向地面发送了各种科学和试验的数据。一箭三星的发射成功,使我国成为世界上第四个掌握一箭多星发射技术的国家。

为什么要发射一箭多星呢?一箭多星是一种优越的发射方式,如在近地的同一轨道上,需要2颗以上卫星,彼此相隔一定距离,互相配合地进行一种探测,那么一箭多星就是最好的发射方式。

一箭多星的发射常用2种方式。第一种是把几颗卫星一次送入一个相同的轨道或几乎相同的轨道。第二种是分次分批释放卫星,使各种卫星分别进入不同的轨道。就是说,运载火箭达到某一预定轨道速度时,先释放第一颗卫星,使卫星进入第一种轨道运行;然后火箭继续飞行,达到另一种预定的轨道速度时,释放第二颗卫星;依次类推,逐个把卫星送入各自的运行轨道。

“袖珍”卫星

通讯卫星的体重通常为几十到几百千克,最大的竟近2000千克。出于“大而全”的思维定势,卫星重量的攀比之势有增无减。但是现在却有人反其道而行之,提出研制1~10千克、只有垒球般大小的“袖珍”卫星。

这一设想的前提是:微电子和微机械技术的长足进步,可以使卫星量轻个小。

而每颗只有1.7万美元的廉价,又是它应运而生的另一个原因。

“袖珍”卫星传递信息的方式得采用“人海战术”:几百颗卫星运行在400千米高的圆形极地轨道上,组成3条“卫星通讯链路”。其信息传输方式类似于“接力赛”:在同一链路中,信息从一颗卫星传到下一颗卫星直至到达目的地。这样的传输机制保证速度更快,更符合作战要求。

为使“袖珍”卫星微型化,必须在卫星尺寸和可靠性上实现突破,大致有如下措施:太阳能电的设计定在短期通讯目标上;改金属结构为碳纤维,增强热塑料结构;天线采用全向辐射型,省去了姿态控制系统。这些要求在技术上都是不难满足的。但是人们唯一担心的是:近地轨道上的几百颗小卫星是否会增加大型航天器受到撞击的危险,以及日后是否会留下更多的太空垃圾?

能发电的绳系卫星

伟大的科学家富兰克林在雷雨交加时放风筝的故事已世人所皆知。他冒着生命危险为人类揭示了一条真理:雷电与摩擦起电有着共同的本质。如今,航天专家竟将“风筝”放到了300千米高的电离层,这就是1992年8月4日从“阿特兰蒂斯”号航天飞机上发射的绳系卫星——一颗用250米长的“绳”系着的特殊卫星。它的目的在于试验太空发电,它的奥妙就在系绳上。

系绳怎能发电?

原来它不是一根普通的系绳,而是外裹绝缘层、内芯为铜纤维制成的直径为2.5毫米的电缆。当它在轨道上运行时,就与地磁场组成了一台绝妙的发电机。由于系绳的运行速度高达8000米/秒,为任何发电机的转速所不及,因此每1000米的系绳就可产生200伏左右的电压。设计中的系绳长达20千米,可产生3.2千伏电压、3安培电流。遗憾的是由于施放时的故障,它只展开了250米,所以只获得40伏电压。尽管如此,这仍是一项青史留名的实验。

能预报地震的卫星

上海西南方有个历史悠久的佘山天文台。在睛朗的夜晚,佘山上常常有一道道细窄的绿光射向天空,这是天文工作者在进行激光卫星测距。

当卫星、飞船在天上运行时,地面上可以借助光学观测或用雷达来测量它们的位置,但这些方法误差很大,而且操作也比较麻烦。后来,科学家创造了一种高效率的激光测距法,只要向卫星发射一束激光,再用装有高灵敏光电接收器的望远镜记录卫星反射回的激光信号,精确测定激光束从地面到卫星又返回的时间,就能马上用计算机算出卫星的高度与位置。

由于光的传播速度高达3×108米/秒,所以卫星激光测距法必须用原子钟计时。目前测量卫星直线距离的精度已达到1厘米左右。如果在地球上两个或更多地点经常同时测量一颗卫星,就能确定地壳板块每年1厘米甚至更小的位移。同样,在一些断裂带两旁布置一系列激光卫星测量点,便可以监测地层变化,预报未来的地震。

从卫星反射回地面的激光信号非常微弱,因此专门发射了用于激光测距的卫星。它是个不带电子仪器的实心金属球,表面镶嵌着几百个立体反射镜,能把任何方向发射来的激光朝原路反射回去。

流星能用来通信

有一个古老的传说:当你看见天边飞过一颗流星时,赶紧许下一个愿,就会梦想成真。这当然只是美好的幻想,然而流星确实有一种奇异的功能:它可帮助你与远方的亲友通信。

我们平时难得看见几颗流星,其实天上随时都有流星出现,不过绝大多数流星体都只有灰尘或砂粒那么大,与大气摩擦后瞬间就烧成气体,难以用肉眼看到。但是最小的流星在燃烧时,也会在大气层约90千米的高空留下一条尾迹。这条由电离气体组成的“尾巴”,平均存在时间为零点几秒,大流星尾迹可留存好几分钟或更长久。对于无线电超短波,流星尾迹如同一面镜子,能把地面发来的电波信号反射到远处,这与通信卫星转播电视节目的原理是相同的,由于地球表面呈圆弧形,而超短波只能直线传播,所以相距较远的两地通常无法用超短波通信。

每天闯入大气层的流星有上亿颗,理论上你随时能找到这种“天然通信卫星”。

但流星的出现毕竟是没有规律的,用于流星尾迹通信的电台也就比较复杂。它有一种压缩信号的本领,能将语言或电报、数据等信息暂时压缩贮存,等到发觉一颗适用的流星出现时,赶紧把“积压”下来的一段信号快速发出去。而接收一方的电台则将断断续续收到的信号“修复”成原先的模样。我国丹江口水利枢纽管理局于20世纪80年代,就启用了先进的流星余迹通讯洪水预警系统。

有些卫星看上去是不动的

我们在天空中常看到许多卫星绕地球运动,它们从我们的头顶上移动。但有的卫星,我们看上去却是不动的,静止地悬于空间,这是为什么?

原来这类卫星在地球静止轨道上运动。此轨道是一条特殊的地球同步轨道。

在地面上的人看来,在这种轨道上运行的卫星是静止不动的,所以称为静止卫星。

静止卫星并非不动,只是它绕地球轴线转动的角速度和地球自转的角速度大小一样,方向相同。它距地面的高度为35793千米,运动速度为3.075千米/秒。