书城教材教辅航空航天科学知识(青少年科普知识阅读手册)
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第15章

“旅行者”号探测器本身重816千克,携带有105千克科学探测仪器。它的主体是扁平的十面棱柱体,顶端装有一直径为3.7米的抛物面天线,左右两侧各伸出一根悬臂,较长的一根是磁强计支柱,短的一根是科学仪器支架。探测仪器有10种,主要是行星及其卫星的摄像设备和各种空间环境探测设备。“旅行者”号的土星探测之行,初步揭示了土星家族的面貌。

目前,“旅行者”探测器都已飞出太阳系,飞向茫茫宇宙深处。

陆地卫星

陆地卫星是美国地球资源卫星系列,是美国用于探测地球资源与环境的系列地球观测卫星系统,曾称作地球资源技术卫星。自1972年7月23日发射“陆地卫星”1号以来,到1984年3月1日已发射到“陆地卫星”5号。第一代陆地卫星1~3号分别发射于1972年7月23日、1975年1月22日和1978年3月5日。星体呈蝴蝶状,高3.04米,直径1.52米。这个卫星系列是在雨云号卫星的基础上研制的。陆地卫星取三轴稳定对地定向姿态,采用900千米近圆形太阳同步轨道(近极太阳同步圆形轨道),倾角99°,周期103分钟,每天绕地球14圈,第二天向西偏170千米,于地方时9时30分通过赤道上空,18天后又回到原轨道运行。每帧图像的地面覆盖面积为18398千米,相邻两帧重叠14千米。

陆地卫星的主要任务是调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源,监视和协助管理农、林、畜牧业和水利资源的合理使用,预报和鉴别农作物的收成,研究自然植物的生长和地貌,考察和预报各种严重的自然灾害(如地震)和环境污染,拍摄各种目标的图像,借以绘制各种专题图,如地质图、地貌图、水文图等。

“陆地卫星”1号

“陆地卫星”采用近极地圆形太阳同步轨道,能使卫星的轨道面每天顺着地球自转的方向转动1度,这与地球绕太阳公转的速度(0.9856度/天,约每天1度)恰好相等。这样,既使得卫星对地球任何地点都能观测,又保证了卫星在同一时刻飞临某个地区,从而实现了定期勘测的目的。“陆地卫星”携带的仪器主要有:多光谱扫描仪、反波束光导管摄像机、宽频磁带记录仪和一套数据收集和转发系统等。多光谱扫描仪和反波束光导管摄像机都属于多光谱遥感器。它们同时拍摄卫星正下方的地面图像,每次拍摄的面积长宽各为185千米的正方形,每天拍摄照片上千张。这些照片变成电信号后发送给地面接收站或贮存在宽频带记录仪里,待卫星飞临地面站上空时,再将图像信息发送给地面。卫星上还装有姿态控制系统,经常校正卫星飞行姿态,保证遥感器对准地面勘测目标,也保证太阳能电池有充足的日照条件。

地球资源卫星发射以后,证明它在勘查、监视和管理地球资源方面是一个很有效的工具。它在地质构造、探矿、地震、森林清查、土地利用、城市规划、农作物产量监视、海洋研究以及环境污染监测等方面,都发挥了较大的作用。

雷达卫星

雷达卫星是由雷达测高计、雷达散射计和合成孔径雷达组成的。它们和地面上使用的雷达相似,是通过无线电波测定目标位置和有关参数的,因而可不受地域、天气条件的限制,能在各种天气条件下昼夜对地面大范围地区长期探测、监视和侦察,获得时效性强的信息。

雷达测高计主要用于大地测量和海洋观测,可测量卫星对海面的平均高度,从而获得地球基本形状、扁率和重力场分布等参数。雷达散射计是一种用来测量海面或地面散射回波信号功率的雷达,它所测定的散射系数主要决定于被测表面粗糙度。因海风影响海面的粗糙度,故散射计可间接测定风速和估计方向。合成孔径雷达是利用雷达与目标的相对运动,把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合一较大的等效天线孔径的雷达。它的特点是分辨率很高,能全天候工作。雷达卫星可观测海底地貌的起伏和发现潜水艇。

雷达探测隐身机

RAH-66“科曼奇”直升机的机头、机身侧面、尾梁、尾桨等都采用了新型科学的外观设计,尽量避免容易造成电磁波反射的棱角和平面,以减少、消散雷达反射波;两台发动机包藏在机身内,进气道设计在机身两侧上方并采用埋入式,进气道口呈棱形,不会对雷达波形成强反射;导弹舱采取内藏式设计,平时舱门关闭,发射时才打开;机炮被设计成能在水平面转动180度,并向后收藏在炮塔的整流通罩内;悬挂武器或副油箱用的短翼可拆卸,在执行武装侦察等只需携带少量武器而要求高度隐身的任务时,就拆掉短翼;起落架采用后三点收放式,收起后起落架舱门自动关闭遮挡,可减小雷达反射截面积;采用吸波性能好的新型复合材料制造壳体及外部部件,以进一步减少雷达波的反射。由于采取了各种新技术措施,RAH-66“科曼奇”有效雷达反射比目前一般直升机小得多,仅为它们的1%。另外,RAH-66直升机还可加装雷达干扰器,从而使敌方探测雷达失灵。

6-2火箭

6-2工程开始于1940年。6-2工程的目标是扩大容积和承载重量,以容纳自控、导航系统和战斗部。1942年10月3日,6-2火箭试验成功,年底定型投产。从投产到德国战败,德国共制造了6000枚6-2火箭,其中4300枚用于袭击英国和荷兰。6-2火箭是单级液体火箭,全长14米,重13吨,直径165米,最大射程320千米,射高96千米,弹头重1吨。6-2火箭采用较先进的程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。6-2火箭在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用,成为航天发展史上一个重要的里程碑。

M

MH-53E“海龙”

MH-53E“海龙”是美国西科斯基飞机公司为满足海军航空扫雷的需要而研制的,1991年正式服役。全机空重16482千克,最大平飞速度315千米/小时,升限5640米,转场航程(中途不加油)为2075千米。该机加装了布雷区导航与自航空扫雷能力。

民用气象卫星

1968年8月,从一颗“艾萨”卫星发出的最新云图,预示一场罕见的强台风就要来临。于是,气象部门立即向当地居民发出警报,要求他们迅速向北转移。结果,避免了一场可能会造成5000多人死亡的悲剧。1985年8月,中国东北三省受到6号、8号、9号强台风的袭击,河水暴涨,泛滥成灾。由于气象部门根据卫星云图及早地做出了正确的预报,减少了损失。1986年4月21日14时,中国国家气象局卫星气象中心根据卫星红外云图的分布,及时发现了内蒙兴安盟地区长70~80千米,宽25千米的森林大火,为及时扑灭山火发挥了不可替代的作用。被命名为“卡拉”和“卡米尔”的飓风曾被国际气象组织准确测出,及时的预报使30万人撤离,5万人免于丧生。

民用间谍卫星

冷战结束使许多武器变得多余了。但是间谍卫星则可能由军用改为民用。于监视军队部署情况的卫星现在可以用来为城市地区运输系统和环境管理人员及计划人员提供以前无法得到的信息。1994年,美国总统克林顿批准间谍卫星用于商业目的以后,发达国家已争先恐后地生产“空间高分辨率遥感卫星”。

自1995年至20世纪末的5年间,将有一系列商业卫星环绕地球运行并记录数据。它们将每隔几小时用数字图像向地面站传送信息。地面站将加工这些数字图像,并把它们连同大量有关的数据输入个人计算机的信息系统。到1997年,能辨认地球上1米见方的物体的卫星将投入运行。印尼政府计划使用这样的设备搜集100个城镇土地使用情况的数据。

由于设在一个国家的接收站可以得到另一个国家的数据,各国政府是否会相互指责进行间谍活动?科学家们认为:由于每个国家都能得到同样的信息,要保守的秘密就越来越少了。这种情况将促进全球的稳定。

美国国家航空航天博物馆

1976年7月开馆的美国国家航空航天博物馆,是史密森氏学会创建的众多博物馆之一,也是全世界首屈一指的有关飞行的专题博物馆。座落在美国首都华盛顿的东南方,每月接待观众达10万之多,第1年的参观人数超过1000万人次,创美国各博物馆最高纪录。它是目前世界上最大的飞行博物馆,是由玻璃、大理石和钢材构成的现代化建筑。

秘密载荷试验

1989年下半年至1990年,美国航天飞机曾在空间进行过3次秘密的载荷试验。这些秘密载荷是人的脑壳。它们都是自愿献身科学研究的人生前捐赠的。进行这项试验的目的,是测定宇航员在航天器中实际受到环境辐射的程度,以评定宇航员在空间飞行时的健康风险和制订相应的管理办法。

试验前,科研人员先将捐赠来的脑壳分割成若干厚2.64厘米的片段,再把一百多个辐射计和核示踪检测器插入头骨里。然后,将这些片段重新装配起来,并用能模拟人头部皮肤和组织的特制塑料覆盖好,使之如同真人的头部一样。被试验的脑壳安放在航天飞机驾驶舱中段右侧靠近宇航员睡袋的下方。当航天飞机着陆后,空间中心医学部的科研人员就可根据收集到的实际辐射量数据来作分析研究。在对人脑壳进行空间试验后,研究人员还将按计划把人的遗体带到空间去,安装上更先进的测试仪器,进一步测定环境辐射对人体器官和组织的影响。这项秘密试验的结果将可用于合理安排空间站的任务,以及确定载人飞船飞往月球或火星的飞行时间和在这些星球上可逗留的时间。

“密码”无人机

“密码”无人机是美国西科斯基飞机公司应国防部要求研制的一种小型无人机,主要用于向战场指挥员提供与战斗进展有关的战场实时信息。“密码”机外型十分奇特,酷似一个面包圈。该机飞行高度2500米左右,巡航半径30千米,内装光学照相机、前视红外传感器及其它可执行军事任务的传感器。它主要担负在中低空范围内对敌各种目标的侦察搜索任务,并可利用机上地面穿透雷达探测地下的雷达等装置。

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NH90军用直升机

NH90是由法国、德国、意大利和荷兰4国联合研制的军用直升机。有两种型别:NFH90反潜型,它以搭载的军舰为中心,在100海里内进行搜潜、识别、跟踪和攻击,还可参加防空战,包括对反舰导弹的探测等。TTH90为陆基战术运输型。NH90直升机为全复合材料机身,整个设计具有低易损性,不易被探测和维护方便等特点。并在-40°~+50°温度范围内具有全天候工作的能力。还有能满足抗坠毁要求的可收放前三点式起落架,前轮是双轮,后轮是单轮。NFH90直升机具有多种海上作战能力,如反潜、反舰、攻击超视距目标、垂直补给、搜索救援、护航和自卫等。机身两侧可挂带“飞鱼”导弹之类的空舰反舰导弹,机头下方可作360°回转的搜索雷达能连续工作4小时15分钟。全副武装时最大巡航速度260千米/小时。座舱最多可容纳4人,机上设有救援绞车,主、被动式深水声纳和声纳浮标分配器。各国所需NH90直升机的数量也已明确:德国272架,法国220架,意大利214架,荷兰20架。NH90一旦服役,将取代现在装备的“美洲豹”、“超级美洲豹”和UH-1等直升机。第1架原型机已于1995年9月29日出厂,1999年正式投入生产,2003年投入使用。

纳米技术卫星

所谓纳米技术,就是研究尺寸为0.1~100纳米的微细粒子——电子、原子和分子的运动规律和特性,根据这些规律和特性,人们再去研究纳米生物学、纳米机械、纳米电子、纳米制造等技术。

纳米技术的基本特征是以精确完美的控制和准确入微的离散方式,快速排布分子或原子结构,按照人的意向操纵原子、分子或原子团、分子团,制造出具有特定功能的微型设备,从而使物质加工处理技术提高到前所未有的水平。

纳米卫星采用微型机电一体化系统中的多重集成技术,利用大规模集成电路的设计思想和制造工艺,不仅把机械部件像电子电路一样集成起来,而且把传感器、执行器、微处理器以及其他电学和光学系统都集成于一个极小的几何空间内,形成机电一体化的、具有特定功能的卫星部件或分系统,使装置轻小、坚固,可靠性提高,从而具有更多优势:

(1)卫星具有可重组性。

(2)分布式的星座结构,可以大大提高卫星的生存能力。

(3)纳米卫星重量轻,可不使用大型运载工具进行发射,其成本可比一般卫星大大降低。

(4)分布式的星座结构,可以多次发射。

(5)纳米卫星的研制将不再需要大型的实验设施和高跨度厂房,而可以在大学、研究所的实验室里进行,给研制工作带来了极大的方便,也降低了研制费用。

以集成电路为例,1992年生产的16兆位的芯片,集成度高达3200万个元器件,线条宽为0.5微米,即500纳米;而后来生产的64兆位的芯片,线条宽为0.3微米,即300纳米,集成度可达12800万个元器件;20世纪末可出现1000兆位的芯片,线条宽只有100纳米,集成高度达200亿个元器件。在21世纪,进入纳米空间,集成度会达到2万亿个元器件,线条宽为0.1纳米,利用这类产品制成卫星,空间技术将会爆发一场革命。

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扑翼机

机翼机是能像鸟和昆虫翅膀那样上下扑动的重于空气的航空器,又称振翼机。扑动的机翼不仅产生升力,还产生向前的推进力。1930年,一架意大利的扑翼机模型进行过试飞,它重约22.7千克,装有一台0.37千瓦(0.5马力)的发动机。扑翼机的设计方案中,有的形如蝙蝠,具有薄膜似的扑动翼面;有的装有带缝隙和活门的扑动翼,具有类似飞鸟翅膀的作用。鸟类和昆虫的飞行表明,扑翼机在低速飞行时所需的功率比普通飞机小得多,并且具有优异的垂直起落能力。但是要真正实现像鸟类翅膀那样的复杂运动或是像蜻蜓和其他昆虫翅膀那样的高频扑扇运动则非常困难。设计扑翼机所遇到的控制技术、材料和结构方面的问题一直未能解决。扑翼机仍停留在模型制作和设想阶段。尽管如此,仍有不少科学家、工程师和业余爱好者致力于扑翼机的研究工作。

“徘徊者”号探测器