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第5章 航天科技(4)

太原卫星发射中心位于山西太原以北的岢岚县,1968年建成投入使用,当年12月8日,我国第一代中程火箭的全程飞行试验在这里成功进行。为适应国内外发射任务的需要,1979年建成了7号发射塔,主要执行“长征”4号和“长征”2号丙改进型运载火箭的发射任务。1988年和1990年,“长征”4号火箭两次成功地发射了“风云”1号气象卫星。1999年5月10日,“长征”4号乙运载火箭在这里成功地将第二批“风云”1号气象卫星和“实践”5号小卫星送入轨道。“长征”2号丙改进型在这里已发射了7次。

技术试验卫星

技术试验卫星,是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。人造卫星在发射上天前必须经过一系列的地面试验,以考验卫星的技术性能。但是地面环境毕竟不同于天上,在地面上试完了还必须上天“实地”试一试。无论哪个国家在发射每一种应用卫星之初,都要发射一些技术试验卫星。美国的返回式卫星就是发射了12颗技术试验卫星后才掌握了卫星回收技术的。从1966年12月到1974年5月,美国曾发射了6颗多用途技术试验卫星,它们叫“应用技术卫星”系列。这些卫星进行了很多试验:空-地和船-岸之间的话音通信;传输全球云层分布图;卫星导航;卫星天线作用;卫星姿态稳定及无线电传输等,为美国以后的通信卫星、气象卫星、导航卫星、资源卫星的研制、应用作了大量的准备。

随着试验项目的完成,人们逐渐掌握了某类卫星的技术和应用技术,于是在新种类卫星诞生前,试验卫星的发射便大大减少了。

“实践”1号卫星是中国第一颗科学探测和技术实验卫星。它于1971年3月3日发射,重221千克,外形为近似球体的多面体,直径1米。它的主要任务是试验卫星上太阳能电池供电系统、主动无源温度控制系统、长寿命遥测设备及无线电线路性能及其他太空环境探测。“实践”1号的设计寿命为1年,可它实际在太空中工作了8年之久,直到1979年6月17日才陨落。技术试验卫星中最让普通人感觉兴趣的是生物卫星。我们知道,在载人航天之前必须先进行动物试验,看看动物能否适应太空生活,看看太空失重、强辐射的环境对动物生长、发育、遗传、生育有什么影响,采取什么防护措施,然后才能慎重地将人送入太空。

1957年11月3日,前苏联发射了一颗载有一只名叫“莱伊卡”小狗的人造卫星——“人造地球卫星”2号,这是世界上第一颗生物卫星。

“超级间谍”——侦察卫星

侦察卫星,就是窃取军事情报的卫星,它站得高看得远,既能监视又能窃听,是个名副其实的“超级间谍”。

1990年8月2日,伊拉克突然袭击并占领了科威特的国土,由此拉开了一场持续半年之久的海湾战争。40多万美国及盟国军队云集海湾,伊拉克的重要机场、武器库、战略设施受到了美国导弹和飞机的狂轰滥炸,损失惨重。美国何以能准确地掌握伊拉克的军事机密呢?其中侦察卫星功不可没。

侦察卫星利用光电遥感器或无线电接收机,搜集到地面的目标辐射、反射或发射出的电磁波信息,用胶卷或磁带记录下来后存贮在卫星返回舱里,待卫星返回时地面回收。或者通过无线电传输的方法,随时或在某个适当的时候传输给地面接收站,经光学、电子计算机处理后使用。

侦察卫星根据执行任务和侦察设备的不同,分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和预警卫星。在预警卫星出现前,人们用巨型雷达探测,由于地球曲面的阻挡,只有当导弹爬高到250千米高空时,雷达才能“看”到目标,预警时间只有15分钟,常常由于来不及准备而被动挨打。预警卫星可以把预警时间提到30分钟。海湾战争中,美国的爱国者导弹拦击伊拉克的飞毛腿导弹,预警卫星起了极大的作用。预警卫星运行在地球静止轨道,并由几颗卫星组成一个预警网。

海湾战争中,为多国部队服务的军事卫星至少有32颗,其中不少是侦察卫星。“锁眼11”侦察卫星是美国最新型的数字成像无线电传输卫星,它不用胶卷而是用电荷耦合器件摄像机拍摄地面场景图象,然后把图象传送给地面。地面收看的效果犹如看电视片。它的地面分辨率为15~3米,它最早发现伊拉克军队向科威特推进的行动。

还有一种更先进的“锁眼12”)(KH-12)侦察卫星,它的地面分辨率高达01米,足可以清点沙漠中伊军的坦克、帐篷和人员。这种卫星具有一种“斜视”功能,即当卫星不能直接飞越海湾地区上空时,也能通过改变其光学系统的指向来摄取旁边地域的图像。

侦察卫星上的红外设备还可以在夜间拍照。“长曲棍球”号侦察卫星是一种雷达成像型卫星。海湾地区地表沙漠多,最适合雷达全天候监视。雷达成像卫星与可见光照相侦察卫星不同,它不受光照条件限制,可以昼夜工作,不间断地提供地面目标图像。这些卫星传回了大量数据,在处理、分析这些情报的美国图像照片判读中心里堆积如山,使处理人员每天工作长达18小时以上。经过处理的信息输入美国海、空军的导弹制导系统中,其结果是伊拉克一个个精心伪装的战略重地大多进了多国部队的轰炸清单。

2001年10月,为了打击阿富汗塔利班,美国又发射了一颗“锁眼-11”侦察卫星,监视塔利班的行动。

能看透地层的资源卫星

资源卫星,是勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层,发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构,能普查农作物、森林、海洋、空气等资源,能预报和鉴别农作物的收成,考察和预报各种严重的自然灾害。

资源卫星分两类:一是陆地资源卫星,二是海洋资源卫星。资源卫星一般采用太阳同步轨道运行,这能使卫星的轨道面每天顺地球自转的方向转动1度,与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测,又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区,实现定时勘测。

世界上第一颗陆地资源卫星是美国在1972年7月23日发射的,名为“陆地卫星”1号。它采用近圆形太阳同步轨道,卫星距地球920千米高,每天绕地球14圈。卫星上的摄像设备不断地拍下地球的情况,它拍的每幅图像可覆盖地面近20000平方千米,是航空摄影的140倍。世界上的第一颗海洋资源卫星是美国于1978年6月发射的,名叫“海洋卫星”1号。它装有各种遥测设备,可在各种天气里观察海水特征,测绘航线,寻找鱼群,测量海浪、海风等。美国用这颗卫星拍摄的图片,绘制了世界三大洋的海底地形图,为人类发展海运、开发海洋提供了资料。可惜的是,它只工作了105天,就因电源系统短路而失去了作用。

神奇的资源卫星

中国在修建大同——秦皇岛的铁路时,原先认为桑乾河为不可通的地段,铁路须绕行40千米。而每千米的铁路建设费高达900万元人民币,还要占用数千亩良田。后来设计人员研究了资源卫星提供的卫星图片,认为桑乾河的地质条件可以让铁路通过,这样一下子就减少了国家4亿元的投资。

美国夏威夷群岛上的居民一直找不到充足的淡水,人们祈求资源卫星来帮忙。通过研究资源卫星提供的图片,专家们发现某些岛屿沿海处的温度辐射比周围要低10℃。根据图片坐标去实地勘探,结果发现那里竟是地下淡水的入海处。就这样,资源卫星一下子为夏威夷的人找到了200多处地下淡水源。

世界上最长的河流叫亚马孙河,长期以来该河流域的资源状况一直是个谜。因为那里是一个原始森林密布、野兽出没、人迹罕至的地方,它的面积有500万平方千米,大约占南美洲巴西国土的60%。如果要进行人工勘测,可能需几千人工作100年以上,耗资70亿美元。这么大的投资,使得人们无力去解开亚马孙之谜。然而80年代中期以后,人们并没有费太大的劲,就对世界第一大河流域的地形地貌、土壤植被、森林、矿藏等等资源了如指掌了,并且发现了这条大河还有一条几千千米长的大支流。

“天上的驿站”——通信卫星

通信卫星,是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使,把来自地面的各种“信件”带到天上,然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它“站”在36000千米高的高空,所以它的“投递”覆盖面特别大,一颗卫星就可以负责1/3地球表面的通信。

“烽火连三月,家书抵万金。”中国古代劳动人民就有过对快速通信的殷切期望,但是那时人们只能靠驿马、驿车。20世纪实现了无线电通信,使人类的通信手段大为改观。我们知道无线电通信是靠电波传送信号的,电波分长波(波长20000~3000米)、中波(波长3000~200米)、短波(波长200~10米)、超短波(波长10~1米)和微波(波长1米以下)等波段,而后两者具有传输信息容量大、信号稳定可靠等优点。但超短波和微波传输只能直线传播,人们只好每隔50千米为它们建造一个中继通信站,使它们像跑接力赛一样一棒一棒地跑下去,把电波传送到遥远的地方。这种接力通信的方式在许多情况下是不可行的,如果把北京的电视节目传到美国纽约,不知要建造多少个中继通信站(每站必设收信机、发信机和天线铁塔),而且在崇山峻岭和汪洋大海中,根本无法建立中继站。怎么办呢?于是人们想到了在天上挂一个“驿站”,利用超短波、微波直线传输的特性,把信号发给天上的卫星,再由卫星接收后转发到地面的另一个地方。

通信卫星一般采用地球静止轨道,这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以每秒3075千米的速度自西向东绕地球转,绕地球一周的时间为23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看卫星像挂在天上不动,这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星,昼夜不间断地进行通信,不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”了。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星,便可以实现除南北极之外的全球通信。现在,通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。当你和远隔重洋的亲人通电话、通电报时,当你从电视上观看世界新闻、体育比赛时,当你收听广播时,你也许没有意识到通信卫星正在为你效劳。

通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一,许多国家都发射了通信卫星。美国是最先发射成功通信卫星的国家,1965年4月6日美国发射了第一颗实用静止轨道通信卫星:国际通信卫星1号。到目前为止,这种卫星已发展到第八代,一代比一代体积大、重量重、技术先进、通信能力强、卫星寿命长。其中第五代国际通信卫星5号是当今容量大、技术先进的比较常用的国际通信卫星。

前苏联的通信卫星系列叫“闪电号”,包括闪电1、2、3号三种型号。由于前苏联国土广阔的需要,闪电号卫星大多数不在静止轨道上,而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

气象卫星——人类平步青云的观象台

天有不测风云。在大自然中,天气变化无常,有时晴空万里,有时电闪雷鸣,有时风急雨骤。人类为了掌握天气变化的规律,探知大自然的奥秘,建立了成千上万个气象观测站;但由于地理条件的限制,气象观测并不能满足天气预报的要求。气象卫星的出现,带给人类的不仅仅是观测手段的变化,更是气象预报技术的革命。

气象卫星鸟瞰大地,能从太空观测到地球大气和地面上的事物,如大海、大陆、高原、沙漠、盆地、湖泊、植被、冰雪覆盖区域等,还有各种不同气团的云系能都反映在观测仪器上,形成图像。另外,还能获得一些定量探测资料,如大气温度、湿度、气压、臭氧含量、大气辐射和高空风向风速等。卫星把这些资料传到地面站。地面接收系统得到这些资料后,必须用容量大、速度快、功能全的计算机进行处理。图像资料的处理是一个很复杂的过程。处理后得到的黑白灰度不同的云图,才能供分析使用。

气象卫星可分为太阳同步轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。太阳同步轨道气象卫星每天对全球表面巡查两遍,可以获得全球气象资料。地球静止轨道气象卫星可以对全球1/3的地区连续进行气象观测,及时将气象资料传回地面。气象卫星具有一些明显的优势:观测范围广、次数多、时效快、完整、连续和系统;不受自然条件和国界的限制,也不受时间和空间的限制,可以准确地预报台风、暴风雪、暴雨等灾难性天气,而且可以监视森林火灾。

世界上第一个太空探险者——加加林

世界上第一个太空探险者,是前苏联的宇航员加加林。他是人类第一个进入太空的使者,实现了人类飞向宇宙的愿望。

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