此外,绳系卫星非常有利于进行空间环境方面的科学实验,我们可以像放风筝一样释放回收,重复利用。如果某颗卫星出现故障,我们也可以从空间站释放出一个绳系机械手,进行卫星修复,修复后再将它推到既定的轨道上。这种自如的收放减少了太空垃圾的产生。
总之,绳系卫星作为一种开拓太空研究和探索的手段,必将日益受到人们的重视。
反卫星武器——反卫星卫星
大家知道,古代战争,用矛用盾。矛锋利,用于进攻;盾坚硬,用于防御。如今,那种短兵相接“叮当”响的矛和盾已销声匿迹,取而代之的是现代战争中的“矛”和“盾”。随着科学技术的发展,“矛”和“盾”的概念也已泛化了:你有潜艇,我有鱼雷;你有飞机,我有雷达;你有突防手段,我有反突防妙法……真可谓“道高一尺,魔高一丈”。
1975年7月的一天,在地球上空运行着的一颗美国预警卫星和另一颗向地面转发信号的“陪伴”卫星,正在窥视着苏联从西伯利亚秘密发射导弹时尾部喷出的红外光,突然,一束强光向它射来,于是这颗正在刺探军机的预警卫星“失灵”了。另一颗“陪伴”卫星的电子仪器也遭到了破坏,保持姿态稳定的系统失灵了,随即便与地面失去了联系。
这不是科学幻想,也并非是耸人听闻的虚构。这是当时苏联正在进行一次损坏和摧毁太空(外层空间)运行卫星的武器试验,试图有朝一日,能将太空对手消灭掉。
几个星期后,苏联又进行了另一次试验。一颗卫星从苏联哈萨克斯坦的丘拉坦基地发射,进入轨道后就追赶另一个在太空运行着的苏联卫星,经过一阵追逐之后,“猎者”(后发射的卫星)靠近并“停下”来察看它的“猎物”。然后,离开一定距离,自身爆炸,一命呜呼。这次不露声色的演习说明,“猎者”可以根据地面指令来“获取”它的“猎物”。
类似这样的试验,苏联进行了几十次,而美国也在进行研究和试验。而这些试验中的“猎者”就是被人们称为“卫星杀手”的截击卫星,也叫做反卫星卫星。
众所周知,在现代战争中,要想掌握战争主动权,必须设法发挥自己卫星的“千里眼”和“顺风耳”的作用;同时,为了使敌人处于被动挨打的地位,又要想方设法使对方成为“瞎子”和“聋子”。因此,敌对双方都千方百计设法消灭对方的军用卫星,保护自己,这样,就促使反卫星武器的发展,“卫星杀手”——截击卫星(反卫星卫星)就是消灭“敌人”的有效太空武器之一。
当今世界各国发射的3000多个航天器中,直接为军事目的服务的军用卫星为数最多,如侦察卫星、导航卫星、通信卫星、军事气象卫星及预警卫星等,而且90%以上是美、苏发射的。
这些军用卫星中,充当太空“间谍”的侦察卫星数量最多。这些“间谍”可以“站在”几百千米到上千千米,以至3.6万千米高度的轨道上,不分昼夜地探测、侦察对方的军事设备、武装设备、军队调动、国防施工、洲际弹道导弹的发射及核潜艇位置等情况,并及时地传输给军事指挥机关。它可以获得常规手段无法得到的军事情报,真可谓“高瞻远瞩、明察秋毫”。
美国太空反卫星武器攻击示意图显然,一个超级大国的太空间谍活动,必然危害着另一个超级大国及其他国家的利益。为了使自己的“间谍”免受袭击,美、苏都在绞尽脑汁,以逃避对方对其“间谍”的发现、跟踪,并从生物竞争中得到启示。
用什么手段才能有效地对付太空“间谍”呢?科学家和工程师们经大胆探索,提出了多种很有吸引力的方案。这些方案大致可以分为两大类。
一类是从地面发射的直接摧毁太空“间谍”的武器,如从陆地或海上发射反卫星导弹,拦截太空目标;从地面用激光武器摧毁太空目标;从地面用粒子束武器摧毁目标等。
从地面上发射反卫星导弹,可以利用反弹道导弹来实现,也可以借助中、远程弹道导弹来实现。
利用反弹道导弹拦截卫星,使拦截太空卫星与拦截来袭的弹道导弹结合起来,共用一套系统,可以节省研制经费,缩短武器的研制周期。从海上发射反卫星导弹,是对地面发射反卫星导弹的一个补充。俗话说,“天高任鸟飞,海阔凭鱼跃”。占地球表面面积71%的海洋,是广阔的天然发射场,因此可以克服受地面发射限制所造成的机动性差的弊病。
用地面激光武器拦截太空目标,也是一种有效的手段,将激光器配上跟踪引导系统等,就是一种理想的反卫星武器。
另一类就是以可机动的卫星——截击卫星摧毁太空的“间谍”,这个系统也称反卫星卫星系统。
用截击卫星去消灭太空的“间谍”,也可以采用多种方式,例如截击卫星根据目标飞行轨迹,迅速改变其飞行轨道,靠近目标。目标一旦进入杀伤范围内,截击卫星就自我爆炸,摧毁目标,这是其一。
其二,星载激光武器。将激光武器装配在截击卫星上,用激光束射向目标,使目标上的能源、照相装置和电子仪器等设备丧失工作能力,从而使其失去作用;或用强激光束将目标彻底摧毁。激光武器在太空环境中是很理想的武器之一,它以光速射向目标,瞬间就可把目标化为灰烬。
其三,粒子束武器,在截击卫星上装配粒子加速器,用加速器所形成的强大的粒子束,以近似光速射向太空“间谍”,将其击毙。粒子束武器,锋芒未露,一旦研制成功,“敌人”几乎就没有“逃生”的希望。
其四,发射火箭武器击毁目标,在截击卫星上携带火箭武器,射向目标,在目标附近引爆,以大量散弹片或弹丸飞向目标,将之击毁。
此外,还有其他一些手段,如在太空“间谍”运行轨道上,撒一片“砂粒云”或金属碎片等,也可以摧毁目标。
从发展来看,未来反卫星技术发展的重点是定向能反卫星技术,尤其是激光反卫星技术和高功率微波反卫星技术。其中,定向能反卫星技术在2010年前的发展重点将是激光反卫星技术,2010~2020年有可能进一步发展涉及用混沌理论的研究结果来改进的高功率微波反卫星技术。反卫星技术今后总的发展趋势是:①地基与天基、动能与定向能等多种反卫星技术手段相结合,具备根据不同战争级别对各种轨道的卫星进行多种程度打击的能力。②实现灵活的作战效应,具备多种打击方式,包括硬杀伤和软杀伤,具备多种作战效果,包括使目标卫星暂时失灵(可恢复)和永久性摧毁。③发展精确打击能力,只杀伤敌人目标,不伤害自己和友方。④发展按需及时作战能力,适应未来天战需求。
浓缩的就是精华——现代小卫星
目前,世界上的人造地球卫星正朝着越来越大和越来越小的两个方向发展,即一方面研制综合型高功率的大型卫星,另一方面研制重量轻微型化的小型卫星。人们往往对大卫星比较关注,殊不知小卫星虽然块头小,但却有大智慧。为了与以前的小型卫星相区别,习惯上称目前研制的小卫星为现代小卫星。
现代小卫星有多种,其分类方法没有公认标准。英国萨瑞卫星技术中心的提法目前比较被人们认可。他们是以卫星的重量大小划分的:卫星重量在500千克以下,造价从几十万至上千万美元的卫星为小卫星。它又分了4个等级:500~100千克的为小型卫星;100~10千克的为微型卫星;10~1千克的为纳米卫星;而小于1千克的为芯片卫星。2000年1月26日美国就率先发射了芯片卫星。
现代化小卫星的发展已经历了两个阶段:第一阶段是从20世纪80年代中期至90年代初期,称为探索研究阶段,主要取得了采用微电子学、高速计算机等方面的经验,扩大了小型卫星的应用范围;第二阶段是从20世纪90年代初期到90年代末期,成为发展应用并初步形成规模阶段,主要是采用了高新技术成果,成为名副其实的性能高、成本低、研制周期短的现代化小型卫星。21世纪初,现代小卫星进入第三阶段,主要是大量采用最新科技成果、全新设计概念和先进的管理方式,实现现代小卫星的快速发展,科学高效的管理机制,包括矩阵式管理模式。
随着航天技术的不断发展,小卫星引起各国的普遍重视,这是为什么呢?
在民用方面,小卫星可以应用在通信、对地观测、空间遥感、气象观测、海洋探测、科学研究等各个领域。其中利用小卫星进行移动通信已成为当今发展的热点,“铱星”和“全球星”就是典型例子。而小卫星在军事上的应用已在海湾战争、“沙漠之狐”以及科索沃事件中得到了充分的体现。美国早在1991年就提出研制小型军用遥感卫星,卫星上携带多光谱成像仪,支持导弹防御任务。1994年发射的用于弹道导弹防御目的的小卫星能对导弹的发射进行红外探测和跟踪。
在现代小卫星的发展中,走在前面的当数美国。美国宇航局和军方都非常重视小卫星的发展。他们提出了低轨道移动通信卫星的设想,并且正在开发一系列有关的新技术,如自主控制、微型遥感器和采用电推进方式的微推进系统。他们还在研制10千克级的空间探测卫星,用一枚火箭就可发射100颗这种卫星,把它们分布在不同轨道高度上组成磁层星座,从而能同时测量地球磁层和等离子体的相互作用。1999年9月24日,美国成功发射了空间成像公司具有1米分辨率的“艾科诺斯”卫星,标志着小型数据传输型高分辨率遥感卫星正式进入商业应用领域。
欧洲的小卫星计划也非常活跃。他们的小卫星主要应用于海洋监测,对全球的海洋地貌进行长期的测量。其小型科学卫星用于研究恒星内部的结构,以及探测太阳系以外的行星。用于星际探测、对地观测、侦察、气象研究的小卫星也在发展之中。法国于1995年和1999年先后发射了重50千克的Cerise和Clementine微小型电子侦察卫星,并计划在近年发射重90千克的Proba微小卫星。英国萨瑞卫星技术中心于1999年4月发射了“Uosat-12”小卫星。
1994年2月8日,我国成功发射了“实践4号”卫星。该星是高性能的小型科学卫星,使我国首次获得了海拔200~36000千米之间的空间环境参数和高能粒子效应资料。
1999年5月10日升空的“实践5号”是我国第一颗采用公用平台思想设计的小型科学试验卫星,其性能达到国际水平。
2000年6月28日,由中国航天科工集团公司、清华大学、英国萨瑞大学合作研制的“航天清华1号”微型卫星,用俄罗斯的“宇宙-3M”运载火箭从普列谢茨克航天发射场发射升空,该卫星是我国参与研制的首颗微型卫星。
2003年10月21日,中国科学院研制的首颗微型卫星“创新1号”发射升空。卫星重88.8千克,装有处理转发器和收发天线等有效载荷,可在交通运输、环境保护、防汛抗旱等数据信息传递中发挥重要作用。
2004年4月18日,“试验卫星1号”和“纳星1号”一块发射升空。前者重204千克,是我国第一颗传输型立体测绘微型卫星,主要用于国土资源摄影测量、地理环境监测和测图科学试验。后者重量不到30千克,是当时在轨运行最小的轮控三轴稳定卫星,主要用于微型卫星轨道保持与变轨试验、CMOS相机对地成像试验、卫星程序上载与软件试验,以及数据传输、遥感摄影、姿态控制等试验。该星完成了规定的任务,标志着我国已成为进入这一领域的少数国家之一。
2008年9月,中国的“神七”在太空第一次通过伴星(小卫星)拍摄了宇宙飞船的外景。
知识点铱星
铱星是指1997年、1998年美国铱星公司发射的几十颗用于手机全球通讯的人造卫星。其使用的过程是:当地面上的用户使用卫星手机打电话时,该区域上空的卫星会先确认使用者的账号和位置,接着自动选择最便宜也是最近的路径传送电话讯号。如果用户是在一个人烟稀少的地区,电话将直接由卫星层层转达到目的地;如果是在一个地面移动电话系统的邻近区域,则控制系统会使用现在的地面移动通信系统的网络传送电话讯号。