书城科普必知的航天科技(青少年科技爱好培养)
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第10章 太空探索(1)

第一个航天英雄万户

中国是火药的发明国。14世纪末,我国一个叫万户的人,根据火药燃烧后能产生巨大推力的原理,提出了运用火箭把人送上天的设想,并且勇敢地亲自做试验。他把47支火箭捆绑在椅子腿上,自己坐在椅子上,手拿两个大风筝,让人把火箭点燃,试图借助火箭产生的推力和风筝的升力飞上天去。只听得一声巨响,万户和椅子都被炸得粉碎。万户的梦想虽未实现,但他试图飞上天的勇敢探索精神深深地感动了后人。为了纪念这位航天先驱,前苏联宇航科学院把月球背面的一座环形山命名为“万户山。”

“神舟五号”载人飞船发射成功

2003年10月15日9时整,“神舟五号”载人飞船发射成功,将中国第一名航天员杨利伟送上太空。

飞船经过绕地球14圈以后,于16日6点23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆,航天员自主走出返回舱,状态良好。

这次航天飞行任务的顺利完成,标志着我国突破和掌握了载人航天的基本技术,完成和实现了中国载人航天工程第一步的计划和目标,使中国成为世界上第三个,也是发展中国家第一个能够独立开展载人活动的国家!

“嫦娥”探月计划

2003年,中国启动名为“嫦娥”工程的探月计划。

“嫦娥”工程将分为“绕”“落”“回”三个阶段实施。“绕”即发射月球探测卫星;“落”是将月球探测器发射致月球表面;“回”即返回,是月球探测器发射至月球表面软着陆,采集月球样品再返回地球。

实现“嫦娥”工程三个阶段的目标估计需要十多年时间,2006年即可实现第一阶段目标。或许用不了太长时间,嫦娥就会见到故乡人了。

“水星”计划

“水星”计划是美国的第一个载人航天计划。

“水星”飞船由密封座舱、逃逸系统、天线容器、回收部件、反推火箭与分离火箭、防热层等部分组成。先后共发射25艘,其中载猴子和猩猩飞行各2艘,载假人飞行4艘,载人亚轨道飞行2艘、载人轨道飞行4艘,其余是在计划早期用于考核飞船和火箭。

早在1959年8月21日,美国就开始用“小兵”火箭发射“水星”飞船外壳的试验,但由于“小兵”火箭在技术上还没有完全过关,成功率很低。不得不请出技术上相对成熟的“红石”导弹和“宇宙神”洲际导弹,经改装后作为运载工具,但仍没有成功。

1961年7月21日,航天员弗吉尔·格里索姆乘“水星4”号飞船作一次亚轨道飞行,太空飞行时间16分钟。

在经过载假人和载动物黑猩猩的几次轨道飞行成功后,1962年2月20日,大推力的“宇宙神”火箭终于将“水星6”号飞船送入太空,约翰·格伦成为美国第一个绕地球飞行的船天员,在轨道上飞行4小时55分钟。

水星科学考察

1973年11月3日,“水星10号”探测器从地球升空,开始了飞往水星的旅程。1974年3月29日,它抵达了水星,在离水星表面705公里处通过,随后又在当年的9月21日和1975年3月6日两次通过水星。这次考察总共探测了45%的水星表面,传回了2700多幅水星照片。自那以后,对水星的空间探索沉寂了将近20年。

但是对水星的研究并没有停止,长期的研究再次触发了科学家对水星进行考察的兴趣。上世纪末,美国开始筹划“信使号”飞船探测计划。“信使号”定于2004年3月或5月的中下旬发射,根据预定的飞行轨道,它将在2004年6月及2006年3月两次飞越金星,在对金星进行考察后于2007年7月27日从水星附近飞过,而后又将在2008年4月11日第二次通过水星,最后于2009年4月6日开始进入环绕水星的轨道。这个轨道的最高点为15000公里,最低点200公里。轨道与水星赤道成80度,最低点在北纬60度。“信使号”将携带大量科学仪器,届时将对水星的表面、内部、大气以及附近的空间环境进行综合考察,送回更多关于水星的信息。

“上升”号计划

“上升”号计划是前苏联“东方”号计划的后续载人航天计划。

在计划实施过程中,前苏联领导人赫鲁晓夫得知美国准备搞载3人的航天飞行计划,便立即要求抢先发射载3人的飞船。

1964年10月12日,“上升1”号首先载着弗·米·科马罗夫、康·彼·费奥克蒂托夫和鲍·叶戈罗夫3名航天员进入轨道,绕地球飞行16圈,历时24小时17分。争得了载多人太空飞行的“第一”。

这时,苏联又得知美国在“双子星座”计划中安排有太空行走的内容。为了抢得这个“第一”,科罗廖夫机灵应对,在“上升”型飞船的壁上开一个口,安装一个气闸室,供航天员进行太空行走时,出入座舱之用。

1965年3月18日,“上升2”号飞船载着阿·阿·列昂诺夫和帕·伊·别到亚耶夫进入太空。在绕地球飞行的第二圈时,列昂诺夫系着保险绳,走出舱座,破天荒地在空旷的太空中游荡了10分钟,但在进入座舱时却花了12分多钟,险些进不了舱。

“上升2”号在太空飞行26小时,于3月19日返回地面,整个“上升”号计划结束。4天后,美国载2人的飞船发射成功,两个多月后,美国航天员进行了太空行走。

“阿波罗”飞船

“阿波罗”飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。发射时从上至下以指挥舱——服务舱——登月舱的次序与“土星5”号火箭的第3级相连,在指挥舱的上面还有发射应急逃逸塔。

“土星5”号火箭载着“阿波罗”飞船从肯尼迪航天中心升空,达到61千米高空时,第一级火箭分离,第二级火箭工作。在达到185千米高度时,第二级火箭分离,第三级火箭工作约两分钟,将飞船送入绕地球飞行的轨道。在到达发射场上空前,第三级火箭再次点火工作约5分钟,将飞船推出绕地球飞行的轨道,飞向月球。

进入奔月轨道后,第三级火箭上保护登月舱的外罩分成4瓣分离。然后飞船的指挥舱与服务舱一起与登月舱暂时分离,并调转180度,让服务舱在前,指挥舱与登月舱对接。最后,登月舱与第三级火箭脱离连接。整个飞船以服务舱——指挥舱——登月舱的次序飞向月球。

返回时,登月舱上半段与指挥舱对接,两名登月航天员进入指挥舱后,抛弃登月舱上半段,进入返回地球的航程。接近地球后,服务舱与指挥舱分离,指挥舱载着3名航天员再入地球大气层,最后打开降落伞,溅落在夏威夷附近的太平洋上。

从1969年7月到1972年12月,除“阿波罗13”号登月失败外,先后有6艘“阿波罗”飞船送12人登上月球。

火星上的“人造”洞

2004年2月6日美国宇航局的“勇气”号火星车用机械臂上的打钻机在火星上的一块岩石上打了一个洞。科学家说,“勇气”号创造了历史,这是人类首次在火星表面上留下“人造”洞。

“勇气”号花费3个小时用机械臂上的打钻机钻入一块名为“阿迪朗达克”的岩石内部进行探测,它钻的这个洞深2.7毫米,宽45毫米,科学家们可以通过这个洞分析火星过去的地质构造。接下来,它将利用机械臂上的显微成像仪拍摄岩石的显微照片。

在火星另一个半球探测的“机遇”号火星车6日向着陆点附近的一处外露岩床行进了大约2米。抵达后,它将在那儿停留数天,探测岩石中赤铁矿的含量,并再传回土壤的显微照片。

火星上有生命的痕迹

科学家现在知道了在火星什么地方寻找生命,这一观点是俄罗斯科学院航天研究所实验室主任伊戈尔·米特罗法诺夫在接受俄塔社记者采访时发表的。他强调,从美国“机遇”号火星车传送回地球的资料能对寻找生命的区域作出判断,俄罗斯科学家不怀疑,地球人能在火星上发现原始生命形式的痕迹,但是我们过去不能确切知道在哪里去寻找它们。

米特罗法诺夫指出,火星车在火星地表发现含有所谓与水化合的矿物,这证明火星某个时期像地球一样曾存在过生命。他认为,这一发现能重新“瞄准”在“机遇”号火星车曾经研究过的火星地区寻找这类矿物和古生命踪迹的实验。

此前,美国宇航局宣布,火星车发现了火星上过去曾存在大量水的证据。

火星的火山

现正在围绕火星运转的欧洲“火星快车”探测器拍摄到火星奥林匹克山顶一幅高质量彩色照片,该山是太阳系中最高的火山。从照片中可以看到复杂的火山口,火山口深3千米,其横截面约为80千米。火山拥有几个塌陷处,彼此又部分重叠,都是在火山各次喷发时形成的。看来,这火山喷发是在很早很早以前发生的,因为那时在火星上曾经历火山活动时期。

第一位火星移民

来自地球上的第一位火星移民也许不是人类,而是植物。美国宇航局打算在2007年发射“侦察员”飞船,把带有水母发光基因的拟南芥送到火星上去。

之所以选择拟南芥做试验,是因为它有三个优点:它的株身较矮,可放在较小的暖房里;它的生命周期不长,只有六个星期;它的全部基因组已经破译。(基于同样理由,国际空间站的“独立试验”也用它来研究植物对微重力的反应。)火星定居不是梦

在过去100年里,有太多东西改变了我们的生活,在未来100年中,我们的生活无疑会改变更多。人类实现了登月的梦想后,更大的目标就是载人火星飞行,踏上火星之时,更长远的计划是改造火星环境,使之成为适合人类居住的第二个地球。科学家们坚信,人类最快可以在10年内踏上火星。

能在火星上种植树木是火星变得适合人类居住最重要的条件,这样在以后的数万年间,大量的树木就可以为火星大气提供足够的氧气,使登上火星的人类可以自由地呼吸。但就火星目前的情况,地球上的微生物在火星上仍无法得到足够的氮维持生命,因为氮元素是植物进行光合作用的主要元素,对于植物的生长具有至关重要的作用。

科研人员认识到,在火星解冻的过程中可以将地球上的微生物及植物带上火星,预计火星表面将在未来100年之内解冻,整个火星星体解冻的时间可能需要大约700年。

火星与地球的相似之处

关于火星人、火星生命等激动人心的问题已经争论了近一个世纪。因为自从望远镜发明以后,由于多种特性与地球相似,火星一直被誉为第二个地球。

火星的运行确实与地球有着相似之处,它绕太阳一圈的周期为687天,而它的自转周期仅比地球长41分,更令人惊讶的是它的自转轴倾角也只比地球的大32分。因此,火星上不仅有类似地球上的季节之分,还能明显区分出“五带”,即热带、南北温带和寒带。火星的平均温度与地球相差也不大,赤道地区的昼夜温度在20度到-80度之间,而最寒冷的极区的温度变化于-70度到-140度。此外,火星上还有定量的大气、白皑皑的极冠,且随季节变化大小范围有明显的变化。由此可见,当人类着手为自己寻找另一个理想家园时,对火星寄予深切希望是顺理成章的事。

火星地貌

火星表面十分荒凉,从望远镜中看到的明亮呈橘黄色的区域是它的“大陆”,那里到处是黄、红色的沙丘和怪石,火星的南、北半球有很明显的区别,北半球比较平坦,间或有些死火山,平均比南半球低4千米,而南半球则有比较多的大大小小的环形山,山边缘的坡度也比较平缓,脊棱也受过某种“风化”作用。从大小比例来看,火星上的环形山除了起源于陨星外,还有不少是火山活动的结果。100多年前所谓“火星运河”其实就是这些环形山及其阴影造成的错觉。

火星上确有奇特的“河床”,这些干涸的河床纵横交错,似乎主流和支流相连,达几千条之多,多数人认为是由于过去火星在早期的活动时代,火山喷出来的巨大熔岩造成的,但也有人认为不能排除这可能是真的河流遗迹。尽管火星上目前没有液态水,但在火星形成早期,可能有较高的温度,完全有可能形成大量的液态水,造成真正的大江巨川。

筹建火星空间站

美国航宇局(NASA)近日制定的一项探索火星的长期计划显示,NASA将在未来10年间完成6次重大的火星探索行动,其间,意大利和法国的航空部门也将参与这些行动。

与此同时,俄罗期“能源”火箭航天公司专家计划,在火星轨道上建造一座便于人类长期研究开发火星的空间站,并打算在条件成熟时吸引多国参与该计划的实施。

专家们已设计出了火星空间站的原型,这座未来的空间站重约400吨,由多个舱体对接而成,可容纳10名宇航员长期工作。空间站舱体由前向后依次为:气密过度舱、气压舱、科研舱、两个居住舱、两个过度舱、健身医疗舱和联动机件舱。

空间站各组件将由超大推力“能源”型火箭分批送入地球轨道,并在那里完成组装。再由空间站上的数百个蜂窝状小型电动喷气发动机产生动力,最终使空间站远征火星。预计,空间站建设工期长达10年,所需资金约为100亿美元。

太空医学研究

目前,太空医学研究的内容包括细胞组织工程、器官移植、再生医学和病理研究。太空环境为医学研究提供了难得的条件。比如,一种寄生在草莓中的环孢寄生虫常常引起严重的胃肠道疾病,也是造成新生儿脱水死亡的重要原因之一,在地面环境中还没有谁能在实验室的培养基中培养出这种寄生虫。最近,研究人员在太空中采用新方法培养出了这种寄生虫,为防治该种疾病提供了新线索。