书城自然握手太空的航天科技(新编科技大博览·A卷)
14740000000004

第4章 航天科技(3)

从人类发射第一颗人造卫星以来,迄今已有170多个国家和地区开拓了卫星应用,发展速度令人吃惊。1957年全世界只有2颗卫星上天,1958年达到8颗,1959年14颗,1960年35颗,到1960年后,每年发射的卫星都在100颗以上。截止1996年,世界各国发射的卫星总数为4000颗左右,其中绝大多数已停止工作或坠入大气层而被烧毁,仍留在轨道上继续工作的卫星虽然为数不多,但名目繁多,按运行轨道分,有低轨道卫星、中高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星等。按用途分,可分为科学卫星类、技术试验卫星类和应用卫星类等三大类。其中每一类又可按具体的用途范围再进行分类,如用于科学探测研究的卫星有空间物理探测卫星和天文卫星等;大家比较熟悉的直接为国民经济、军事和文化教育服务的应用卫星有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星、侦察卫星等。

上述各式各样的卫星,不仅用途不同,其外形也呈现出千姿百态,有球形、锥形、圆柱形,有的伸出长长的“触角”,有的则张着庞大的“翅膀”;有的像翩翩起舞的蝴蝶,有的又像戴在帝王头上的“皇冠”。卫星外形这样奇形怪状,这并非是科学家随心所欲之作,而主要是根据卫星肩负的使命,对卫星有效容积、姿态控制特征、能源要求和运载火箭大小等因素进行综合考虑后确定的。

卫星的外形虽然复杂,执行的任务也各不相同,但不论什么卫星,其基本组成通常都是由专用系统和通用系统两大部分构成。专用系统的组成将视卫星担负的任务而定,如通信卫星有无线电接收和转发设备等通信专用系统,侦察卫星必须有高空照相机、可见光和红外扫描辐射仪等遥感设备,科学探测卫星必须装有相应的探测仪器等。照明发电类卫星则必须有太阳光反射与接收等聚能转换系统等。而通用系统则是各类卫星都不可缺少的组成部分。通常包括结构、温度控制、姿态控制、无线电遥测、遥控、跟踪和能源等分系统。

民用火箭的种类

民用火箭的种类很多,这里让我们给主要民用火箭画个像。

气象火箭它把科学仪器送到低于120千米的高空,探测那里大气的温度、压力、密度和流动速度,以预测气象变化。这是很重要的气象探测,因为那里是气象卫星和一般探测气球都到不了的盲区。1960年2月19日,我国发射成功T-TM气象火箭。

地球物理火箭它把科学仪器送到120千米以上的高空,探测那里的各种地球物理状况的数据资料。

生物火箭它将生物和科学仪器送到高空,观测生物的生理等变化,研究高空环境对生物的影响。这是为载人航天活动服务的,在人类进入太空以前,科学家们发射了大量的生物火箭,而且至今仍在发射。在20世纪60年代,我国就用生物火箭把果蝇、大小白鼠等生物送到高空进行实验,最有名的是1966年7月15日和28日,分别将小狗“小豹”和“姗姗”送进几十千米的高空,并安全返回,后来它们还婚配产仔。

科学实验火箭它把科学仪器和实验材料送到高空,进行各种科学实验。如日本在1980年和1981年,用火箭将小型炼钢炉送到高空,利用短暂的失重状态进行炼钢实验。1988年,日本还两次用德国火箭将微重力实验装置,送到240~270千米高空,利用6分钟的微重环境,进行半导体材料实验。

防雷、除雹、降雨火箭大气中的雷电,常常会击毁电力设施、电子仪器、引起火灾,击毁竖立在发射台上和飞行中的航天运载火箭等,可用火箭将特定装置送到可能有雷电产生的空间,预先引发雷电,以达到防雷、避雷和减轻雷电损失的目的。用火箭将炸药送到有冰雹的云层中爆炸,可以消除冰雹或减轻雹灾。同样还可以用火箭把催化剂送到降雨云中,进行人工降雨。

加速和减速动力火箭火箭可作为飞机和船舶的加速动力。火箭也可作为各种飞行器的减速动力,叫制动火箭。如航天器返回地球或在其他星球上着陆前,可用制动火箭降低速度。

邮政火箭为交通不便的边远地区运送信件和物资,特别是运送紧急需要的药品、救灾物资和工程抢险材料等。1992年,俄罗斯曾用火箭将哥伦布航行到美洲500周年的纪念品发送到美国。

观察和摄影火箭用火箭把电视摄像机送到空中,然后用降落伞吊挂着对地面摄影,这比卫星对地面拍照更清晰、灵活和及时得多,可用于观察火山爆发、森林火灾、地震和洪水等灾情,观测地球南北两极、百慕大“黑三角”等不易到达和有危险的地区,海滩、空难现场的观察和指挥营救、野生动物跟踪,对体育比赛进行现场摄影和报道等。

从1957年至1988年的各种航天火箭体育运动火箭即模型火箭,它是一种重要的体育器材,深受青少年的喜爱,模型火箭竞赛已成为一项国际性的体育竞赛活动。模型火箭运动参加者,可以动手制作模型火箭,可以用模型火箭进行科学探测、实验和研究,把体育与教学、科研、科学普及活动结合起来,对小学、中学、大学和自学计划中的数学、空气动力学、物理学、工艺学、甚至文学的形象教学都有很大帮助。

这里顺便说一下模型火箭与火箭模型的区别。火箭模型是真实火箭的缩小比例的模型,如“长征二号E”火箭模型、“长征三号”火箭模型等等,它们一般用作陈设和观赏。模型火箭的外形既可以是真实火箭的缩比模型,也可以根据需要来设计,它们可以像真实火箭一样地点火发射。

军用火箭的种类

军用火箭和导弹是一个庞大的队伍,只有让它们列队来点卯。

火箭武器有火箭炮。前苏联在第二次世界大战中使用的“喀秋莎”,就是一种火箭炮,它曾经使德国法西斯军队丧胆。中国制造的70式火箭炮,射程达10000多米。还有火箭筒。中国制造的70式火箭筒,可穿透300毫米厚的装甲。还有火箭弹,是由发射装置发射,由火箭发动机推动的爆破、燃烧和杀伤武器。还有火箭增程弹,它像普通炮弹那样发射出去,然后由火箭发动机的推力来增加射程。如我国的130毫米的加农炮,就配备了火箭增程弹。还有航空火箭弹,即从飞机上发射的火箭武器。在越南战争中,美国曾大量使用航空火箭弹。此外,还有布雷火箭、照明火箭、干扰火箭、侦察摄影火箭和战场上运送紧急军政邮件的火箭等等。

导弹导弹的种类很多,有打击战略目标的战略导弹;有战役中战场上使用的战术导弹;有像飞机一样带巨大翅膀,可在大气层中巡航飞行的巡航导弹;有反弹道导弹,即截击弹道导弹的导弹等等。

在战略导弹中,有从陆地上发射,打击遥远陆地目标的地地战略导弹,它们沿弹道轨迹飞行,所以叫地地战略弹道导弹,一般是洲际(射程8000千米以上)导弹。如美国的“民兵”、MX,前苏联——俄罗斯的SS-18、SS-19等,我国在1980年5月,也从内陆基地向南太平洋海域进行了洲际导弹发射飞行试验。

还有从水下潜艇上发射,打击陆地上战略目标的潜地战略弹道导弹。如美国的“北极星”、“海神”、三叉戟”,前苏联——俄罗斯的“SS-N-20”、“SS-N-23”,法国的M-4、M-20等。它们有中程(1000千米以上)的,也有远程(4000千米以上)的。1982年10月,我国也从潜艇水下发射导弹成功。潜射导弹是一种重要的战略武器,因为潜艇在水下航行,可驶向有利位置发射导弹,然后遁去,隐蔽性好,机动性强,有很强的生存能力。

战术导弹的种类繁多,有从地面发射,打击地面目标的地地战术弹道导弹;有从地面和海面发射,打击空中目标的面空导弹(也叫防空导弹);有从空中发射打击空中目标的空空导弹;有从空中发射,打击地面目标的空地导弹;有专门对付舰艇的反舰导弹;还有专门对付坦克的反坦克导弹;专门袭击雷达的反雷达导弹(又叫反辐射导弹)等等。

巡航导弹有战略的,也有战术的。如海湾战争前后,美国从海面舰艇上发射后,飞行2000多千米,攻击伊拉克的“战斧”巡航导弹,就是战略巡航导弹;一些从陆地和空中发射的反舰巡航导弹,则是战术巡航导弹。

反弹道导弹的导弹,是防御战略导弹进攻的导弹。20世纪60年代前苏联开始在莫斯科周围部署“橡皮套鞋”反导弹系统。接着,美国也搞了“奈基——宇斯”反导弹系统。到80年代实施“星球大战计划”时,美国的反弹道导弹导弹研制达到了高潮。

肯尼迪航天中心

美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心,被人们称为人类通向太空的大门。它濒临大西洋,由于地理条件优越,1947年被辟为火箭试验发射场。这里是在美国本土最接近赤道的地区,又在美国的边缘,面临浩瀚的海洋,其东南方向有巴哈马群岛和西印度群岛,适宜于建立一系列监控站,是各种航天器理想的发射场所。从美国第一颗人造卫星到举世瞩目的航天飞机,都是从这里启程飞上太空的。

肯尼迪航天中心南北长56千米,东西宽20千米。中心包括技术阵地和发射阵地两大部分。在技术阵地建有火箭及卫星、飞船组装检测厂房。特别引人注目的是装配大楼,其容积360万立方米,高160米,楼内备有各种先进的测试仪器和显示、记录设备。发射阵地建在5千米外,拥有发射控制中心和发射台。整个航天中心有23个发射阵地,其中著名的39号发射阵地有A、B两座发射台,许多大型航天器都从这里飞出地球。

欧洲航天港——库鲁

欧洲空间局把阿丽亚娜火箭发射基地建在南美洲东北海岸的法属圭亚那,它的优越之处是靠近赤道,从这里易于把卫星送入极地轨道和赤道轨道。从地理位置上看,库鲁是全球最佳的卫星发射地点,它可以把卫星向东射入大西洋上空,又能得到地球自转的助推,而且向北和向东的海面上有一个很宽的发射弧度。由于这个地方位于赤道之上,所以用同一种火箭把卫星送入赤道上空轨道时,可比在美国卡纳维拉尔角发射多载15%的重量。

1968年库鲁航天中心的第一个发射台和控制中心建成,同年4月9日发射第一枚火箭。1985年又建成第二发射台,用于发射阿丽亚娜3型和4型火箭。截至目前,这里已有400多次的发射纪录。每年大约有9次商业卫星的发射任务。

鹿儿岛和种子岛航天中心

日本有两座火箭发射基地,第一座是鹿儿岛发射场,又称内之浦发射场。位于日本九州的鹿儿岛县境,始建于1967年,有两套发射设施,分别用于发射L和M系列火箭。这座发射基地所处的位置,能把卫星送上倾角为30度的地球轨道。

第二座是种子岛发射场,位于九州南端的种子岛,与鹿儿岛发射场毗邻。这座发射场有供N系列和H系列运载火箭发射的设施。它的光学、无线电测位跟踪站和遥测数据接收站设在竹畦岛,距种子岛22千米。

拜科努尔航天中心

在前苏联的领土上有三座航天城:拜科努尔、卡普斯丁亚尔和普列谢茨克。其中拜科努尔航天中心最负盛誉。拜科努尔航天中心位于莫斯科东南2100千米处的丘拉坦沙漠地带(今哈萨克斯坦共和国境内),始建于1955年,占地广阔,装备齐全。在这里,火箭飞行路线可跨过朝东和东北方向的一片杳无人烟的宽阔地带,空间轨道在前苏联境内就有几千千米,一直延伸到太平洋上的赤道上空为止。由于它在前苏联境内属低纬度地区,有利于将各种航天器发射入轨。世界上第一颗人造卫星和第一艘载人飞船都从这里飞上太空,后来的联盟号系列载人飞船、礼炮号和和平号轨道站,还有部分人造卫星和月球号、金星号、火星号空间探测器也都从这里发射进入太空。

我国的卫星发射中心

酒泉卫星发射中心位于甘肃酒泉,是我国运载火箭、科学试验卫星的发射试验基地。通常向东南方向发射,将科学试验卫星送入轨道。该发射场也可进行中、远程运载火箭的发射试验。酒泉卫星发射场包括测试区、发射区以及各种测试设备和保障设施,还有运载火箭和航天器的装配测试厂房、发射台、勤务塔、脐带塔、发射指挥控制中心、推进剂贮存和加注设施、计算中心、测定站等。为发射服务的一系列生活设施也是应有尽有。北京时间1999年11月20日6时30分,我国一枚新型运载火箭自酒泉卫星发射中心起飞,成功地将中国第一艘载人航天试验飞船送入太空。为实施载人航天工程,酒泉卫星发射中心专门建设了垂直总装发射工位。

西昌卫星发射中心位于四川西南部的西昌市,主要发射方向也是东南。西昌发射中心是我国低纬度航天器发射点,1984年起主要发射试验通信卫星。运载火箭主要是由我国研制的长征号,有“长征”1号、“长征”2号和“长征”3号。1970年4月24日,“长征”1号火箭把我国第一颗人造卫星“东方红”1号送入轨道。从此,我国也成了世界上为数不多的能发射人造卫星的国家。1984年4月8日,“长征”3号火箭又成功地发射了我国第一颗地球静止卫星的试验通信卫星。