书城童书难以想象的天文奇观
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第21章 天文探索之路(2)

人造卫星按轨道分类,可以分为低轨道卫星、中高轨道卫星和地球静止轨道卫星。低轨道卫星距离地面的高度为200~2000千米;中高轨道卫星的高度为2000-20000千米;地球静止轨道卫星的高度为35786千米。

如果按用途分类,可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。科学卫星包括各种空间物理探测卫星和天文卫星;技术试验卫星是指用于卫星技术和空间技术试验的卫星;应用卫星则包括各种通信卫星、气象卫星、资源卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星等。

空中间谍——侦察卫星

侦察卫星是一种获取军事情报的卫星,它之所以能胜任间谍之职,是因为它站得高,看得远,具有侦察面积大、范围广、速度快、效果好、可随时监视某一地区等优点。现在,侦察卫星使用得非常广泛,数量占所有人造卫星的1/3左右。

照相侦察卫星上都装有各种先进的照相机。其中,“全景照相机”可以旋转整个镜头,其旋转角度达180°,主要用来进行大面积搜索、监视、进行地面目标的“普查”。“画幅式照相机”主要用于“详查”地面目标,对可疑目标进行详细的辨认。美国“大鸟”照相侦察间谍卫星上的画幅式照相机,从160千米的高空拍摄下来的照片,竟能够分辨出地面上0.3米大小的物体,也就是说能够看清一个人背的包是什么样的。

能够减少自然灾害的卫星

世界各地时常发生各种自然灾害,一些专门的卫星在减灾防灾方面起到了重要作用。现代的某些气象卫星,能够不间断地对地球大气进行观测,连续关注一些潜在的气象灾害,并做出准确的预报。还有一种能穿云透雨的雷达卫星,它能发出一定频率的电磁波,穿到地表以下一定的深度,将反射和散射的回波形成图像,供科学家们参考研究。

现在,还有一种用于预报地震的卫星。这种卫星上装有遥感仪器,能准确测出地面、水面及各种界面上的温度。因为,地震前震区周围会出现温度异常的前兆,如果地震卫星捕捉到这种异常的变化,就会迅速提供温度图像,以供相关专家参考。

遨游太空的宇宙飞船

宇宙飞船实质上就是载人的卫星,与卫星不同的是它有应急、营救、返回、生命保障等系统,以及雷达、计算机和变轨发动机等设备。宇宙飞船的体积和质量都不太大,因此飞船每次只能乘2~3名宇航员,一般在太空中只能停留几天。

目前,科学家已经研制出三种结构的宇宙飞船,即一舱式、两舱式和三舱式。一舱式是最简单的,只有宇航员的座舱;两舱式飞船是由座舱和提供动力、电源、氧气和水的服务舱组成,改善了宇航员的生活和工作环境;三舱式是在两舱式的基础上增加了一个轨道舱,增大了宇航员的活动空间,可以进行多种科学实验。

返回舱的“黑障”现象

宇宙飞船的返回舱是一个密闭座舱,在轨道中飞行时与轨道舱连在一起,成为航天员的居住舱。在宇宙飞船起飞阶段和降落阶段,航天员都要半躺在该舱内的座椅上。座椅前方是仪表板,可以显示飞行情况。座椅上安装姿态控制〔手柄,在飞船自控失灵时,可以手动此手柄进行调整。

飞船(三舱式)返回地面之前,轨道舱和服务舱分别与返回舱分离,并在进人大气层的过程中焚毁,只有返回舱载着航天员返回地面。返回舱进人地球大气层时,在某一段时间内,会出现与外界联络严重失真甚至中断的现象,这在航天上叫“黑障”现象。原来,航天器在经过大气层时,与大气产生剧烈的摩擦,使其表面与周围的空气发生电离,从而导致通信电波衰减或无法发出。

当航天器的速度逐渐减慢后,通信也就恢复正常了。

航天飞机与空天飞机

航天飞机是集卫星、飞机、宇宙飞船技术于一身的,部分可重复使用的航天器。它需垂直起飞,水平降落,以火箭发动机为动力发射到太空,能在轨道上运行,且可以往返于地球表面和近地轨道之间。

它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。轨道器是航天飞机的主体,也是航天飞机中唯一可载人的部分,还是真正在地球轨道上飞行的部件。固体燃料助推火箭将航天飞机升到一定高度后,与轨道器分离,回收后经过修理可重复使用。外储箱是个巨大的壳体,内部装有供轨道器主发动机用的推进剂,是航天飞机组件中唯一不能回收的部分。航天飞机的轨道器是载人的部分,有宽大的机舱,它能够带着航天员定点着陆。

空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义,它集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身,既能在大气层中像航空飞机那样利用大气层中的氧气飞行,又能像航天飞机那样,利用自身携带的燃料在大气层以外飞行。空天飞机起飞时,不必借助火箭发射,也可以任意选择轨道,降落时又能像普通飞机一样自由选择跑道。

空天飞机的动力装置既不同于飞机发动机,也不同于火箭发动机,而是一种混合配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成:起飞时空气喷气发动机先工作,这样可以充分利用大气中的氧,节省燃料;飞到高空后,火箭喷气发动机开始工作,燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。

太空工作间——空间站

随着航天事业的不断发展,在太空中的短期停留已不能满足人类研究的需要,而空间站可以提供人类长期在太空工作、生活的空间和必要的条件。它就像是研究人员在太空中的家,也像是太空中的驿站,逐渐拉近人类与远处天体的距离。

空间站的组成

空间站作为宇航员在太空中长期工作和生活的地方,一般都有数百立方米的空间。具体划分为很多不同的区域,有过渡舱、对接舱、工作舱、服务舱和生活舱等。一个空间站通常有数十吨重,由直径不同的几段圆筒串联而成。

具体分工

过渡舱是宇航员进出空间站的必经通道。对接舱是空间站的重要组成部分,是其他载人飞船和航天器的停靠码头。工作舱,顾名思义就是宇航员进行太空工作的场所。生活舱则提供给宇航员舒适的生活环境。

太空实验室

太空实验室主要是在太空中进行短期实验的场所。它上面携带着各种太空实验仪器和设备,没有自主飞行能力,在飞行条件、生活条件、能源条件、实验保障条件等各个方面,都依附于航天飞机。

国际空间站

国际空间站是一个国际合作项目,参与的有美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局(11个成员国)共16个国家。这是人类航天史上首次多国合作完成的空间工程,规模浩大。

“卡西尼一惠更斯”计划是一个由美国国家航空航天局、欧洲空间局和意大利航天局三方合作的,对土星进行空间探测的科研项目。“卡西尼号”土星探测器由美国国家航天局负责建造,以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名一字命名;“惠更斯号”探测器以荷兰物理学家、天文学家、数学家惠更斯的名字命名,由法国阿尔卡特空间公司负责制造,属于欧洲航天局所有。

1997年10月15日,搭载着“惠更斯号”的“卡西尼号”探测器离开地球,开始了漫长的土星探测之旅。

2004年7月1日,在太空旅行了7年后,“卡西尼号”探测器进人土星轨道,正式开始了对土星的探测使命,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行考察。

2004年12月25日,欧洲“惠更斯号”探测器脱离位于环土星轨道的美国“卡西尼号”探测器,飞向土星最大的一颗卫星一一土卫六。

2005年1月14日,“惠更斯号”抵达土卫六上空1270千米的目标位置,同时开启自身的降落程序,穿越土卫六的大气层,成功登陆土卫六。

2007年4月,为了掌握更多有关“卡西尼一惠更斯”计划土星及其卫星的资料,相关部门决定将“卡西尼一惠更斯”土星探测计划的任务期延长2年。

“卡西尼号”和“惠更斯号”经过多年的工作,传回了大量关于土星及其卫星的照片和数据,使科学家们有了许多新的发现,如:

(1)土星环拥有自己的大气层,其主要成分是氧气。

(2)土星上有“无线电波喷发”和“龙形风暴”。

(3)土星上的闪电强度要比地球的高出几百万倍。

(4)太阳系最危险区域:土星的外侧光环环正不断地遭受着小型天体的撞击。

(5)土卫六表面湖海中的液态碳氢化合物数量惊人,初步估算是地球上已探明的石油和天然气储量的数百倍。

人类对火星的探测历程

20世纪60年代,人类就开始利用航天器探测火星了。

1962年:苏联“火星1号”探测器飞越火星的尝试失败。

1965年:美国“水手4号”行星际探测器飞越火星,拍摄了21张照片。

1969年:美国“水手4号”探测器发回75张照片。

1969年:美国“手”探测器发回126张照片。

1971年:苏联“火星3号”探测器在火星着陆并发回照片。

1972年:美国“水手9号探测器沿着火星轨道飞行,发回7000多张。

1974年:苏联“火星5号”探测器沿着火星轨道飞行了数天。

1974年:苏联“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆探测结果没有公布。

1976年:美国“海盗1号”和“海盗2号”探测器在火星着陆。发回了5万多张照片和大量的数据。

1989年:苏联“福波斯1号”和“福波斯2号”探测器在前往火星的途中失踪。

1996年:“火星环球勘探者”发射升空,1997年进人环绕火星的轨道。

1998年:美国发射“火星气候”探测器。1999年9月23日,探测器与地面失去联系。

1999年:美国发射“火星极地着陆者”探测器。

2003年6月2日:欧洲宇航局发射“火星快车”探测器。

2003年6月8日:美国太空总署发射“火星探测漫步者-A”探测器。

2003年6月25日:美国太空总署发射“火星探测漫步者-B”探测器。

2007年8月:美国“凤凰号”火星着陆探测器升空。

2008年5月25日,“凤凰号”成功降落在火星北极附近区域。

翱翔蓝天的“神舟”系列

“神舟一号”是中国自主研制的第一艘“试验飞船”。1999年11月20日,“神舟一号”飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,经过21小时11分的太空飞行,“神舟一号”顺利返回地球一中国载人航天工程首次飞行试验取得圆满功。

继“神舟一号”后,中国又陆续成功发射了“神舟”系列的“二号”“三号”“四号”无人飞船。“神舟四号”是我国载人航天工程第三艘正样无人飞船,除没有载人外,技术状态与载人飞船完全一致。它的成功,标志着中国即将进人载人飞船时代。

2003年10月15日,中国独立研制的“神舟五号”载人飞船,在中国航天第一城酒泉卫星发射中心成功发射,进人预定轨道。飞船绕地球运行14圈后,在预定地区着陆。杨利伟成为第一个乘坐中国自己的飞船上天的中国人。

2005年10月12日上午,“神舟六号”发射成功。2005年10月17日凌晨4时33分,在经过115小时32分钟的太空飞行,完成中国真正意义上有人参与的空间科学实验后,“神舟六号”载人飞船返回舱在内蒙古顺利着陆。航天员费俊龙聂海胜安全返回。从“神舟五号”到“神舟六号”,名称虽只差一级,但却是从“一人”航天飞行到“多人”航天飞行的重大跨越,标志着我国在发展载人航天技术方面取得了又一个具有里程碑意义的重大胜利。

2008年9月25日,“神舟七号”飞船载着翟志刚、刘伯明和景海鹏三名航天员,从酒泉卫星发射中心发射升空。9月27日下午,“神舟七号”上的航天员翟志刚穿上中国自行研制的第一套舱外航天服,打开舱门,完成了太空行走。9月28日,飞船成功在内蒙古四子王旗着陆。

2011年11月,“神舟八号”无人飞船成功突破了空间交会对接及组合体运行等一系列关键技术而两度实现与“天宫一号”目标飞行器的空间交会对接与分离。

2013年6月,“神舟九号”载人飞船实现与“天宫一号”自动交会对接,这是中国实施的首次载人空间交会对接,是中国航天史上极具突破性的一章。而且,相对于首次参加飞行的刘旺和二度参加飞行的景海鹏两位航天员,首次“神女”刘洋的出现打破了中国从未有女航天员进人太空的纪录。

“神舟”系列自“神舟一号”起,就不断带给我们新的惊喜,而今“神舟十号”的飞天旅也在紧锣密鼓地进行着,它将展示给我们怎样的未知与神奇,让我们拭目以待……