卫星知识

风清扬斈 13年前 (2006-06-06) 网络资料 4504 0

 
卫星知识气象卫星知识

“风云一号”气象卫星


    “风云一号”气象卫星本体是1.4米*1.4米*1.2米的六面体, 星体外侧对称安装六块太阳帆板,总长度为8.6米。卫星姿态为三轴稳定,对地指向精度小于1度。卫星轨道是太阳同步轨道,高度900公里,倾角99度,偏心率小于0.0005,周期102.86分。24小时内卫星绕地球运行14圈。卫星上装有两台互为备份的甚高分辨率辐射仪(AVHRR),瞬间视场角为1.2毫弧度,星下点分辨率为1.1公里。该仪器有三个光谱通道,其波段和主要用途如下:

通道           波长(微米)         主要用途
1              0.58--0.68       白天云图,地表图像
2              0.725--1.1       白天云图,水冰,雪和植被
3              0.48--0.53       海洋水色图像
4              0.53--0.58       海洋水色图像
5              10.5--12.5       昼夜云图,地表和海面温度

    卫星发送资料的方式为:甚高分辨率图像传输(HRPT),高分辨北图像舆(APT)和延时图像传输(DPT)。HRPT和APT的信息格式与NOAA卫星基本相同。国家卫星气象中心通过GTS电路播发“风云一号”卫星的轨道预报和某些产品。

风云二号”气象卫星


    “风云二号”静止气象卫星将定位于105度E赤道上空距地面35800公里的地球同步轨道上。卫星是一个直径为2.1米、高1.6米的圆柱体。卫星姿态是自旋稳定,自旋速率为100加减1转/分。它的主要功能是:
    扫描辐射仪每半小时可获取一幅全景原始云图信息。包括可见光(0.55--1.05um)、红外(10.5--12.5um)和水汽(6.2--7.6um)三个通道。可见光星下点分辨率约1.25公里红外和水汽通道星下点分辨率约5公里。利用可见光通道可得到白天的云和地表的反射辐射信息,红外通道可得到昼夜云和地表的红外辐射信息,水汽通道可得到对流层中上部的水汽含量信息。利用这些原始云图信息,可加工处理出各种图象和气象参数,为用户提供服务。
 
卫星知识 (一)
 
  探索浩瀚的宇宙,是人类千百年来的美好梦想。我国在远古时就有嫦娥奔月的神话。公元前1700年,我国有"顺风飞车,日行万里"之说,还绘制了飞车腾云驾雾的想像图。外国也有许多有关月亮的美好传说。
自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天以来,到1990年12月底,前苏联、美国、法国、中国、日本、印度、以色列和英国等国家以及欧洲航天局先后研制出约80种运载火箭,修建了10多个大型航天发射场,建立了完善的地球测控网,世界各国和地区先后发射成功4127个航天器。其中包括3875个各类卫星,141个载人航天器,111个空间探测器,几十个应用卫星系统投入运行。目前航天员在太空的持续飞行时间长达438天,有12名航天员踏上月球。空间探测器的探测活动大大更新了有关空间物理和空间天文方面的知识。到上世纪末,已有5000多个航天器上天。有一百多个国家和地区开展航天活动,利用航天技术成果,或制定了本国航天活动计划。航天活动成为国民经济和军事部门的重要组成部分。
  航天技术是现代科学技术的结晶,它以基础科学和技术科学为基础,汇集了20世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交叉和渗透,产生了一些新学科,使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求,又促进了科学技术的进步。
  一、 火箭技术
  火箭技术推动了人类航天发展的历史。
  火药是中国古代的四大发明之一,火箭是在火药发明之后中国人发明的。早在公元1000年宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器,13世纪初传到外国。传说在14世纪末,中国有个学者万户在坐椅背后安装47支当时最大的火箭,两手各持大风筝,试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但是一声爆炸之后,只见烟雾弥漫,碎片纷飞,人也找不见了。为纪念这位世界上第一个试验火箭飞行的勇士,月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。18世纪,印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方,改善了制造方法并使火箭系列化,射程达3公里。这些初期火箭的原理成了近代火箭技术的基础。
  19世纪末20世纪初,随着科学技术的进步,近代火箭技术和航天飞行发展起来,先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基,美国人戈达德和德国奥伯特。
  齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典著作中,对火箭飞行的思想进行了深刻的论证,最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了理论基础。他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议,经过了短短的30年就实现了。他预想到现代火箭的真实结构,并论述了关于液氢-液氧作为推进剂用于火箭的可靠性,设想用新的燃料(原子核分解的能量)来作火箭的动力。他具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件,火箭由地面起飞的条件,人造地球卫星及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。他还提出过许多的技术建议,如建议用燃气舵控制火箭,用泵来强制输送推进剂,以及用仪器自动控制火箭等,都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。
  戈达德博士在1010年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力,1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭,飞行速度103km/h,上升高度12.5米,飞行距离56米。
奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理,而且还说明火箭只要能产生足够的推力,便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和戈达德一样,他也对许多种推进剂的组合进行了广泛的研究。
  真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭,飞行高度达3公里。1942年10月发射成功V-2火箭(A4型),飞行高度85公里,飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功,把航天先驱者的理论变成现实,是现代火箭技术发展史的重要一页。
  1945年5月,第二次世界大战德国战败,前苏联俘虏部分德国火箭技术人员,缴获了几枚V-2火箭和有关技术资料。在此基础上,1947年前苏联仿制V-2火箭成功。1948年自行设计了P-1 火箭,射程达300公里。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭,射程分别达到500公里和1750公里。1957年8月,成功发射两级液体洲际导弹P-7,射程8000公里,经过改装的P-7于1957年10月4日,发射成功世界上第一颗人造地球卫?quot;人造地球卫星1号",从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种航天器的需要,先后研制成功"东方"号、"联盟"号、"宇宙"号、"质子"号、"能源"号等多种型号的运载火箭,可将100多吨的有效载荷送入近地轨道。
  二战后,美国俘虏了以冯·布劳恩为首的德国火箭专家,缴获了100余枚V-2火箭。美国陆军在布劳恩的帮助下于1945年发射了V-2火箭,1949年开始研究"红石"弹道导弹,1954年制定人造卫星计划,1958年2月1日"丘辟特"C火箭成功发射美国第一颗人造卫星,美国为发射多种航天器的需要,先后研制成功"先锋"号、"丘诺"号?quot;红石"号、"侦察兵"号、"大力神"号和"土星"号等运载火箭。
  中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功。我国有"长征"号(CZ)系列运载火箭,主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四种基本型运载火箭和CZ-1D、C(CZ-2C)、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等几种改进型。
  1990年4月7日,中国CZ-3 运载火箭发射成功美国制造的"亚洲一号"卫星。长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列,至今已将27颗外国卫星发射上天。
法国从50年代开始自行研制探空火箭和导弹,并在此基础上研制"钻石"号运载火箭。1965年11月至1967年2月,法国"钻石"号火箭将A-1、D-1人造卫星送入太空。法国积极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业,它是欧洲空间局的主要成员国,并承担"阿里安"号运载火箭的大部份研制工作。
  欧空局正式成员国有比利时、丹麦、法国、联邦德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和英国;非正式成员国有奥地利和挪威;加拿大为观察员国。由欧空局研制的"阿里安"1号运载火箭于1979年12月24日首次发射成功。迄今已研制有"阿里安"1-5号五种基本型和多种改进型火箭。"阿里安"4号为欧空局主要运载工具,至今已发射80余次,失败7次,成功率在世界商用卫星运载工具中名列前茅。
  日本自1963年开始研制"谬"系列固体运载火箭,共有4代。1970年日本宇宙开发事业团决定引进美国"德尔它"号运载火箭技术,以发展本国的N号运载火箭。1975年9月,日本首次用N-1火箭成功地发射了"菊花"1号技术试验卫星。1994年试验成功带有氢氧燃料装置的N-2火箭。印度自行研制成功运载火箭系列SLV,ASLV,PSLV和GSLV。2001年4月同步轨道卫星运载火箭GSLV发射成功。
  此外,还有英国、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国均有利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。
  二、卫星时代
  人造地球卫星的计划设想早在1945年就在美国出现,美海军航空局已着手研究一种把科学仪器送入太空的卫星,次年美国陆军航空局在审?quot;兰德计划"的一项类似的研究报告中,就有"实验性环球空间飞行器"的初步设计。随着现代科学技术和一系列大功率运载火箭的发展,为人造地球卫星的研制和发射打下了坚实的基础。
  1957年10月4日,前苏联用"卫星"号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空,卫星呈球形,外径0.58米,外伸4根条形天线,重83.6公斤,卫星在天上正常工作了三个月。同年11月3日,前苏联发射了第二颗卫星,卫星呈圆锥形,重508.3公斤,这是一颗生物卫星,除了利用小狗"莱伊卡"作生物试验外,还有于探测太阳紫外线,X射线和宇宙线。按照今天的标准衡量,前苏联的第一颗卫星只不过是一个伸展开发射机天线的圆球,但它却是世界第一个人造天体,把人类几千年的梦想变成现实,为人类开创了航天新纪元。
  人造地球卫星出现之后,60年代前苏联和美国发射了大量的科学实验卫星、技术实验卫星和各类应用卫星。70年代军、民用卫星全面进入应用阶段,并向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋和地球资源等专门化方向发展。同时各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本方向发展。80年代后期新起的单一功能的微型化、小型化卫星是卫星发展上的新动向,这类重量轻、成本低、研制周期短、见效快的小型卫星将是未来卫星的一支生力军。除美、苏外,中国、欧洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等国都拥有自己研制的卫星。
  为什么经过短短的三十多年,航天活动取得了如此迅速的发展呢?除了美、苏搞空间军备竞赛发射了大量的军事应用卫星外,主要是人类一开始就非常重视航天技术的应用。航天活动大大扩大了人类知识宝库和物质资源、给人类日常生活带来了重大的影响和巨大的经济效益。航天活动大大推动了现代科学技术和现代工农业的向前发展。
  三、空间探测
  空间探测的主要目的是:了解太阳系的起源、演变和现状;通过对太阳系内的各主要行星及其卫星的比较研究进一步认识地球环境的形成和演变;了解太阳系的变化历史;探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测,开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。
  月球探测:月球是地球的唯一的天然卫星,自然成为空间探测的第一个目标。直接考察月球有助于更好地了解地-月系统的起源,月球是未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的第一个定居点。
  美国和前苏联自1958年至1976年8月共发射过83个无人月球探测器,其中美国36个,前苏联47个。此后,美、苏再也没有发射过无人月球探测器。1990年1月日本发射了一颗月球探测器,成为第三个向月球发射探测器的国家。探测器由两部分组成,一部分(182公斤)进入大椭圆轨道,在地-月系统中飞行,另一部分(11公斤)在月球轨道上飞行。日本还计划在1996年2月发射一颗重550公斤(含推进剂190公斤)的月球-A探测器。
  月球探测已经实现的主要方式有:(1)在月球近旁飞过或在其表面硬着陆,利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄月球照片;(2)以月球卫星的方式获取信息,其特点是探测时间长并能获取较全面的资料;(3)在月球软着陆,可拍摄局部地区的高分辨率照片和进行月面土壤分析。
  1999年7月31日,为了确证月球上到底有没有冰,美国"月球"勘探者号进行了飞行器撞击月球实验。
  行星和行星际探测 人类长期借助于天文望远镜观测行星表面的细节,发现了土星光环、木星卫星和天王星;运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星;借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气层观测行星,已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星和行星际空间的研究提供了新的手段。
  自1960年至1978年美、苏和西德共发射了63个行星和行星际探测器,其中美国23个,前苏联38个,西德2个。采用的探测方式有:(1)从行星附近飞过拍摄照片,测定它们的辐射和磁场;(2)在行星表面硬着陆,直接探测行星大气;(3)绕行星飞行,成为行星的人造卫星;(4)在行星上软着陆,对行星表面进行细致的分析和探测。1960年3月发射了第一个行星际探测器"先驱者"5号,进入了一条0.8~1.0天文单位的椭圆日心轨道,测量了行星际磁场、行星际粒子和太阳风,探测表明太阳风像喷水池螺旋形喷水图形;发现地球磁场在向着太阳的一面被太阳风压缩,另一面至少延伸到500万公里远。1962年8月发射的"水手"2号成功地飞过金星,发现金星没有磁场和辐射带。1970年8月发射的"金星"7号第一次降落金星表面,探测表明金星表面温度为475℃,压力为90±15个大气压。多次探测表明金星有稠密的大气层和厚厚的云层和频繁的闪电,发现金星大气中二氧化碳占97%,氮气占1%~3%,,水气占0.1%~0.4%。19**年11月发射的"水手"4号飞过火星,探测表明火星没有辐射带和磁场,测量到火星电离层的特性和大气密度垂直分布,火星表面大气压不到海平面大气压的百分之一,照片表明火星上的环形山与月球相似。1975年8月发射的"海盗"1号第一次在火星上着陆成功,探测表面火星大气中尘土含量很高,火星大气本身二氧化碳占95%,氮占2.7%,还有微量的氩、氧和水汽;对火星土壤分析表明,硅占15%~20%,铁占4%,还有少量的钙、铝、硫、钛、镁、铯和钾。1973年11月发射的"水手"10号,同水星相会的探测表明,水星有极稀薄的含有微量氩、氖和氦的大气,只有地球大气的一万亿分之一;水星表面温度在510℃~-210℃之间;水星有磁场,强度是地球磁场强度的百分之一,照片表明水星有密密麻麻环形山。1972年2月和1973年4月发射的"先驱者"10号和11号发现木星的辐射带强度是地球辐射带强度的10000倍,而且它的脉动磁场延伸到土星附近,发回了木星和土星云量的图像,有关土星主外光环很有价值的资料,它们通过小行星带时没有受到损害,它们最终将飞出太阳系进入恒星际空间,它们带有会被地外文明世界理解的信息牌。
  为了探索宇宙的奥秘,美欧联合研制的"哈勃空间望远镜"于1990年4月发射升空,这项计划获得了巨大的成功,十年间进行了10多万次的天文观测,观测了大约13670个天体,向地球发回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙诞生早期的"原始星系"、慧星撞击木星以及遥远星系等许多壮观图像,为近2600篇科学论文提供了依据。这是人类空间天文观测工作的一个里程碑。
  1997年7月4日,美国"探路者"号火星探测器在火星表面安全着陆,并释放出一辆火星?quot;漫游者"号,第一次拍摄到火星的彩色三维立体图像,传回地球大量的火星表面的照片。
  四、载人航天
  载人航天在航天活动中占有重要位置。尽管航天器携带装置精确、灵敏度高、能自动观察、操作、储存、处理数据,但它们不能代替人的思维。初期载人航天器一方面研究航天技术,另一方面进行生物学和医学试验,研究航天员在长期失重条件下的反应,航天员在密闭舱中的工作能力,航天器对接时和走出航天器时的人的生理反应。
    前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船("东方"号6艘、"上升"号2艘?quot;联盟"号9艘)。1965年3月航天员在"上升"号上第一次走出飞船,1966年1月两艘"联盟"号飞船第一次在轨道上交会对接,并实现两个航天员从一艘飞船向另一艘飞船转移。1971年到1982年发射了7艘重量为18~20吨的"礼炮"号空间站,截至1985年还发射了27艘载人飞船("联盟"T号、TM号)和25艘无人飞船("进步"号)用作天地往返运输系统。1986年发射了"和平"号空间站,这是未来永久性空间站的核心舱,将于90年代建成由7个舱组成的大型空间站。俄罗斯计划21世纪前期发射无人和载人火星飞船以及建立载人月球基地。设计寿命为五年的"和平号"空间站运行了十五年,于2001年3月23日13时59分安全地坠落在南太平洋海域。
  美国自1961年5月至1966年11月发射了16艘载人飞船("水星"和"双子星座")。"水星"和"双子星座"计划是载人登月飞行目标"阿波罗"计划的头两个阶段。1965年6月"双子星座"飞船上的航天员第一次步入太空,1966年3月"双子星座"-8号和"阿金纳"飞行器在轨道上第一次成功地实现对接,此后,"双子星座"飞船系统进行过多次交会和对接。1967年至1972年共发射了14次"阿波罗"飞船(其中3次无人飞行,3次载人绕月飞行,6次载人登月飞行,12名航天员登上月球)。1973年发射了"天空实验室"并和"阿波罗"飞船进行过对接。1969年尼克松政府宣布70年代研制载人航天飞机,1984年里根政府宣布90年代建立永久性载人空间站。
    1993年9月美俄二国达成协议,合作建造一个有16国参加的国际空间站,2006年完成。2001年5月,美国宇航发烧友蒂托进入国际空间站俄罗斯舱遨游8天,成为地球旅客航天游第一人。
  另一方面,美国和俄罗斯关于载人火星飞行的计划正在悄悄进行之中。二、三十年以后,人类就可能登上红色的行星--火星。
1999年11月20日,长征二号乙火箭发射"神舟号"无人试验飞船上天,11月21日飞船顺利回收,我国航天技术实现了历史性的跨越。中国航天员遨游宇宙的日子已经不远了。
 
 
 一、 中国是火药和火箭的故乡
    自古以来,人类就向往着飞向太空,遨游宇宙。这个美好的理想,到了二十世纪五十年代才变成现实。一九五七年苏联第一颗人造地球卫星上天,揭开了航天活动的序幕。

    这以后的二十多年中,世界各国把数以千计的各种航天器送往宇宙空间,航天技术迅速从科学技术试验进入实用和商品化阶段,它在经济、科学、文化、军事上取得的巨大社会效益,使航天工业成为世界上发展最快的新兴产业之一。

    我们伟大祖国,是世界四大文明古国之一。我国古代发明的指南针、造纸、印刷术、火药,对世界文明产生了深远的影响。中国,还是古代火箭的故乡。在宋朝,我国就制成了用火药推进的世界上最早的火箭。

    我国古代火箭的推进系统,是在竹筒或纸筒中装满火药,筒上端封闭,下端开口,筒侧小孔引出药线。点火后,火药在筒中燃烧,产生大量气体,高速向后喷射,产生向前推力。这就是现代火箭发动机的雏型。作为武器用的古代火箭,箭杆的顶端装有箭头,起杀伤作用;尾端装有箭羽,起稳定飞行作用。这种古代火箭的工作原理和基本结构,为现代火箭的设计和制造,提供了宝贵的启示。

    我国明朝发明的一种武器“一窝蜂”火箭,一次能发射32支火箭,杀伤力较大,当时已经用于战争。明朝发明的另一种用于水战的武器“火龙出水”,达到了更高的技术水平。“火龙”有龙身、龙头和龙尾。龙体内装有神机火箭数枚,龙体外周装有4个火药筒。发射时,先点燃龙体外的4个火药筒,推进“火龙”飞行,继而点燃龙体内的数枚火箭再度加速。通过多枚火箭联用和“两级”火箭接力。火箭可在水面上飞行数里远。我国古代这种“多能”火箭的设计思想,是很富有创见的。几百年后,俄国科学家齐奥尔科夫斯基提出了火箭列车原理,建立了现代多级火箭的理论基础。这说明,现代火箭技术渊源于古代火箭。在人类漫长的航天征途中,古代火箭占有重要的历史地位。

    在我国古代,不仅有嫦娥奔月的美丽神话,有《山海经》、《帝王世纪》上记载的“飞人”、“飞车”的传说,而且有勇于试验空中飞行的开拓者。据传,在明朝(十四世纪末),有一位称“万户”的学者,用几十支火箭捆绑在椅子后面,自已坐在椅子上,手拿两个大风筝,叫人把火箭点燃,使自己飞上天去。“万户”的试验虽然失败了,但他表现了惊人的胆略和非凡的预见。为了纪念这位世界上火箭飞行的先驱,苏联科学家把月球背面的一个环形山命名为“万户火山口”。

    我国古代火药、火箭技术的发展,其时间之早,技艺之高,在世界各国遥遥领先。十三世纪之后,随着商船的往来和蒙古族的西征,火药、火箭技术才逐渐传入欧洲,并对后来西方的文明与进步产生了深远的影响。二十世纪初,在欧美科学家的努力下,现代火箭技术在理论上有了重大突破。当苏、美开始发展导弹、火箭技术的时候,处在战争状态下的旧中国,战火连年,国民经济遭到严重破坏,千疮百孔。科学技术力量十分薄弱,人员研究场所、设备、仪器和资金极端缺乏,一些新发展的科学技术完全无法进行。对于发展现代火箭技术,更无从谈起,总而言之在尖端技术方面,旧中国给我们留下的完全是一张白纸。

    新中国的诞生,社会主义制度的建立,为我国科学技术的发展开辟了广阔的道路。

    自一九五六年以来,我国人民在中国共产常的领导下,坚持自力更生,艰苦奋斗,创建和发展了自己的航天事业,取得了举世瞩目的成就。它充分体现了中国人民自立于世界民族之林的志气和能力。

    二、 新中国航天事业的创立和发展

    在五十年代中期,根据国防建设的需要,党中央、国务院决定发展我国的导弹事业,并以国防科研、工业机构为主,重点发展弹道式地地导弹,以建立我国独立的战略反击力量,也为发展运载火箭技术打下物质技术基础。另一方面,以中国科学院为主,首先以研制探空火箭开路,开展高空探测活动,同时开展人造地球卫星有关单项技术的研究和测量、试验设备的研制,为发展我国航天器技术和地面测控技术作了准备。到了六十年代中期,随着我国第一颗人造卫星及其运载火箭研制工作的全面开展,这两条战线的工作开始结合起来,整个航天工程体系集中到国防科研、工业部门,在国家的统一规划、统一指挥下,航天技术便以更大的规模、更快的速度向前发展。

   (一) 下决心发展火箭技术

    五十年代,世界上几个主要大国已经进入了所谓“原子时代”和“喷气时代”,航天技术也进入了一个新的发展时期,而当时我国还处在帝国主义的封锁、包围和威胁之下。我们要不受人欺负,就必须拥有现代化的武器装备。我们这样一个大国,靠购买武器来支撑国防是不可能的,而且也摆脱不了受制于人的被动局面。因此,在制定十二年科学规划中,国家把国防现代化建设摆在突出的地位,把火箭和喷气技术、电子计算机等列为国家的重点发展项目。毛泽东主席、周恩来总理和其他中央领导人,专门听取了我国一些著名科学家的意见。如一九五六年,周恩来总理曾主持中央军委会议,听取了刚回国不久的火箭专家钱学森关于在我国发展导弹技术的规划设想。党中央果断作出了发展导弹技术的决策。一九五六年5月,国家成立了航空工业委员会(简称航委),聂荣臻任主任,黄克诚、赵尔陆任副主任,王士光、王净、安东、刘亚楼、李强、钱志道、钱学森等为委员,负责领导我国导弹和航空事业的发展建设。五月,周恩来总理主持中央军委会议,讨论了聂荣臻主任代表航委提出的《建立我国导弹研究工作的初步意见》,确定由航委负责组建国防部导弹管理局(国防部第五局)和导弹研究院(国防部第五研究院)。

    一九五六年十月八日,我国第一个导弹研究机构——国防部第五研究院(简称国防部五院,钱学森任院长),正式宣布成立。这是我国导弹、航天事业奠基的历史性纪念日。

    国防部五院成立之后,我国导弹、火箭技术究竟选择一条什么样的发展道路,聂荣臻副总理在向中央的报告中指出:我国导弹的研究,采取“自力更生为主,力争外援和利用资本主义国家已有的科学成果”的方针。一九五六年十月十七日,毛泽东主席、周恩来总理批准了这个方针。这就是国防部五院的建院方针。三十年中,在这个方针的指引下,我国导弹、航天事业战胜了重重困难,不断发展壮大,走出了一条适合我国国情的发展道路。

    为了缩短我国导弹技术起步阶段的摸索过程,我国政府曾就建立和发展我国导弹技术同苏联政府举行谈判,苏方只同意接收50名火箭专业留学生和提供两发供教学用的P-1模型导弹(即苏联仿制的德国V-2导弹),以及相关的资料和设备,也派来专家。大多数苏联专家热情帮助,在导弹的仿制和研制基地建设中做了大量有益的工作,起了积极的促进作用。1960年,中苏关系恶化,赫鲁晓夫背信弃义,撕毁合同,撤走全部专家。但这更激起了我国导弹研制人员自力更生、奋发图强的精神,做好仿制P-2导弹的工作。

    1960年9月,在祖国的地平线上,飞起了我国自己制造的第一枚导弹。这是我国运载工具史上一个重要的转折点。从此,中国有了自己的近程导弹。这是打基础、上水平的阶段。六十年代中期,航天事业在奠定基础之后,进入了从仿制到自行研制,从初级向高级发展的阶段。

    一九**年六月,我国第一个自行设计的中近程火箭成功地进行了发射试验,揭开了我国导弹、火箭发展史上新的一页。一九六六年十月,用我国独立设计生产的中近程导弹投掷国产原子弹,进行两弹结合试验,获得圆满成功,标志着我国导弹核武器的发展进入成熟阶段。

    在我国自行设计的中近程导弹试验成功之后,我们不失时机地展开多种新型火箭的研制,突破了很多关键性技术。一九七O年、一九七一年,我国独立研制的两级中远程火箭和第一枚远程火箭相继进行飞行试验,取得基本成功。八十年代第一个年头的春天,我国的远程火箭从西北导弹发射基地呼啸而起,划破万里长空,准时正点精确命中南太平洋海域目标。这次发射的圆满成功,标志着我国大型液体燃料火箭技术已经达到国际水平。

    与此同时,我国固体燃料火箭的研制也在迅速进展。一九八二年十月,我国首次成功地进行潜艇水下发射固体燃料火箭。一九八八年九月,我国又成功地进行了一次核潜艇水下发射固体火箭的试验。在公海上进行的这两次成功发射表明,我国现代火箭技术取得重大突破,产生了一个质的飞跃。潜艇水平发射火箭技术是近年来发展起来的一项新技术。目前世界上只有少数几个国家掌握了这种新技术。另一方面,在中国运载火箭技术研究院所取得经验的基础上,上海航天局从上世纪七十年代起也形成了一支运载火箭的研制、生产队伍,研制出了长征四号等运载火箭,增强了我国运载火箭技术的实力。

    中国的运载火箭进入了国际先进的行列,占有一席之地。运载火箭形成了一个配套的系列,可以适应高、中、低轨道、太阳同步轨道和地球同步轨道等各种卫星的发射要求。不仅成功地发射了48颗中国的卫星,从1990年起又承揽国外卫星发射服务,发射了共计27颗外国的卫星。西方舆论公认,“中国航天工业已从试验性阶段进入了商业时期”,“正顺利地成为世界上为数不多的航天国家中一个值得认真对待的竞争者”。

    目前我国正在着手提高火箭的运载能力。开发新一代的运载火箭,列入了国家的“十五”计划。以120吨级液氢液氧发动机为动力装置,通过5米、3.35米和2.25 米三种直径组合构成系列,具有大推力、无毒、无污染、低成本、高可靠等特点。低轨道运载能力1.5-25 吨,同步转移轨道运载能力1.5-14吨。可以相信,未来新一代的运载火箭必将全面提高我国运载火箭的国际地位,满足国内外市场卫星发射的需要。

    中国的航天事业,走过了30多年的历程。勤劳、勇敢的中国人民,依靠自己的力量,在一个经济、科学技术比较落后的发展中国家,建立和发展了具有世界水平的先进的航天事业,这是我们中华民族的骄傲!30多年的实践证明,1956年党中央和毛主席、周总理作出了建立我国独立的航天事业的决策,是正确的,富有远见的。

    1956年10月,组建国防部第五研究院,从事火箭技术研究。1965年,在国防部第五研究院的基础上,成立中华人民共和国第七机械工业部,统一管理导弹火箭和人造卫星的研究、设计、制造和基本建设,随着改革开放,1982年,七机部更名为中华人民共和国航天工业部。1988年,航空航天二部合并,成立中华人民共和国航空航天工业部。1993年,随着我国建设社会主义市场经济,航天部分改为中国航天工业总公司,同时设立国家航天局,行使政府职能。1999年,航天总公司一分为二,成立中国航天科技集团公司和中国机电集团公司。中国航天科技集团公司负责运载火箭和人造卫星的设计、研制和生产。而新成立的中华人民共和国国防科学技术委员会下设的国家航天局行使政府职能。

    三 、人造卫星

   (一)中国空间技术研究院

    我国人造卫星的研究工作比运载火箭起步晚些。在没有任何外援的情况下,依靠中国人自己探索并走出一条成功的道路,成为上第五个独立发射卫星的国家,在世界航天占有了一席之地。

    1957年10月4日,苏联第一颗人造卫星上星以后,我国一些科学家上书中央,要搞人造卫星。1958年5月17日,毛泽东主席在党的八届二次会议上宣布,“我国也要搞人造卫星。卫星应该从小的搞起,但是象美国鸡蛋那样大点的我们不搞,要搞我们就搞它个两万公斤的。”同年,国家将人造卫星列入了科学发展规划。原来设想在国庆十周年时就要发射卫星,但一则火箭技术还不具备条件,二来受三年自然灾害和苏联撤走专家等因素影响,人造卫星研制放慢了步伐。

    研制人造卫星的建议是由中国科学院首先提出来的。1958年10月,科学院党组上报关于人造地球卫星工作的报告,中央批复原则同意以科学院为主搞人造卫星,拨款二亿元人民币。科学院立即成立了“581组”和三个设计院,开展空间物理研究、探空火箭研究和地面试验设施建设等工作。为了加速研制小型火箭,科学院与上海市委合作,以581组为基础,成立上海机电设计院,经几年的努力,小型气象火箭研制取得了初步的成功。

    19**年6月,随着我国中远程导弹技术的突破,卫星运载工具条件成熟了。这时,上海机电设计院已划归七机部,在探空火箭研制的基础上制订了我国探空火箭,地球物理火箭和人造卫星的发展规划,并于**年5月成立了卫星和飞船研究室,立即启动中国第一颗人造卫星的方案调研和设计。而在科学院,同时向中央建议加快研制人造卫星,1965年1月,中央专委决定,第一颗人造卫星由科学院负责,科学院成立了651设计院开展研制工作。因而当时实际上存在二支独立的人造卫星研制队组。因此,解决组织体制问题,成为我国人造卫星工程研制初期的一个关键问题。

    1966年,正当我国第一个航天工程进入技术攻关阶段,卫星本体、运载火箭和地面观测三大系统的研制工作取得可喜进展时,一场对党和人民造成巨大灾难的“文化大革命”发生了,激烈的政治斗争浪潮冲击着全国每一个角落,毫无例外,也冲击着承担卫星工程研制的每个单位。负责卫星本体研制的中国科学院首当其冲,陷于瘫痪;担负运载火箭研制的七机部,职工队伍被分裂,科研生产被迫中断;担负地面观测站建设的地区,武斗不断,交通受阻,器材供应不上,工程施工无法进行。

    鉴于这种情况,为了保护我国这支新生的空间科学技术队伍免受摧残,保证“东方红一号”卫星工程按计划进行下去,周恩来总理、聂荣臻副总理采取了一系列措施,力图在尖端技术部门把动乱抑制到最低程度,尽可能减少损失。1967年初,根据我国空间技术发展的需要,聂荣臻副总理向中央提出了组建空间技术研究院的建议。3月17日,周恩来总理宣布对七机部等几个国防工业部实行军事管制,中国科学院新技术局及其归口从事卫星工程研制的单位,由国防科委所属的试验基地。由于中央采取了这一系列组织措施,才使我国空间工程能按继续进行。

    1968年2月20日,中国空间技术研究院正式宣告成立,下设6个研究所和3个工厂。钱学森兼任院长,列入军队编制,由国防科委直接领导。空间技术研究院的主要职责和任务是:参与制定国家的航天发展规划,负责航天器的技术指标论证,负责各类航天哭的研究、设计、生产和试验,负责与运载火箭、发射场和地面测控系统之间的技术协调。

    空间技术研究院成立后,其隶属关系和领导体制,几经变动。为了使人造卫星和运载火箭的研制工作更好地互相协调和配合,1970年五月,经国务院、中央军委批准,空间技术研究院划归本机部领导,但仍属军队编制。1973年7月,国务院、中央决定,空间技术研究院脱离军队序列,正式划归七机部建制。从此,在七机部形成了人造卫星、运载火箭比较配套的科研生产体系。

    空间技术研究院成立后,1970年于上海又产生一个上海卫星工程研究所,独立研制电子传输型卫星,但没有成功。文革结束后,还是划归空间技术研究院,承担气象卫星等任务。

    从此,中国航星格局基本稳定下来。航天工业部负责运载火箭和卫星及相关技术的研究试验工作。国防科工委负责卫星发射场、我国卫星测控网和卫星测控中心的建设和管理。而有关材料、工艺、零部件和设备的研制进行全国大协作。许多工厂、企业、科研机构和大专院校都曾为中国航天作出贡献。

   (二)探空火箭

    探空火箭是1958年起步的,大体经历了两个发展阶段:第一阶段为初期试验阶段(1958年至60年代末),主要任务是探索发展途径,掌握探空火箭研究、设计和制造方法,开展空间探测活动。1960年9月首次发射成功第一枚液体燃料气象火箭“T-7”、“T-A”、“和平二号”、“和平六号”4种气象火箭。利用“T-7A”火箭进行了高空生物试验和空间技术试验。“T-7”单级液体火箭,直径450毫米,起飞重量1138公斤,飞行高度60公里,有效载荷25公斤。“T-7A”火箭,起飞重量1145公斤,全长10.32米,主火箭450直径毫米,助推器直径460毫米,飞行高度115公里,有效载荷40公斤。“和平二号”为两级无控制固体火箭,起飞重量330公斤,全长6.65米,飞行高度70公里。“和平六号”单级无控制固体火箭,全长2.52米,起飞重量60公斤,飞行高度80公里。

   (三)人造地球卫星

    人造地球卫星是现代尖端科学技术的重要标志之一,无论在军事上、经济上、还是在科学技术方面都有重要意义。第一颗人造卫星研制始于1964年,定名为“651任务”。1970年4月24日我国成功地发射了第一颗“东方红”一号卫星。卫星重173公斤,外形为直径约1米的近似球形多面体。初始轨道参数是:近地点439公里,远地点2384公里,轨道倾角68.5O,运行周期114分钟。卫星飞行任务是进行卫星技术试验、探测电离层和大气密度。第一颗人造卫星的发射成功,在我国航天史上具有划时代的意义,是我国发展航天技术的一个良好的开端。

    1975年11月26日我国成功地发射了第一颗返回型遥感卫星,卫星重1790公斤,近地点高度173公里,远地点高度483公里,轨道倾角63O,轨道周期91分钟。卫星在轨道上运行3天后按预定时间返回我国大地,取得了预定的遥感试验资料。返回型遥感卫星发射成功,标志着我国航天技术跨入新台阶,开始了卫星应用的发展阶段,是迄今世界上掌握卫星返回技术的第三个国家,已经连续12次回收卫星成功,保持百分成功率。

    1984年4月8日发射了一颗试验通信卫星,4月16日卫星成功地定点于东经125度赤道上空。星上仪器工作良好。中央电视台电视节目通过微波中继线路传送到北京通信中央站,然后再发送到卫星上进行转播。电视传输试验进行了近一个小时,整个传输过程中画面稳定、图像清晰、色彩鲜艳、伴音清楚纯真。使地处边疆乌鲁木齐和昆明的各族人民第一次收看到从北京直接转播的电视节目。与此同时,也进行了多路数字电视通信试验,话音清晰、保真度好,几乎没有噪声和干扰。5月14日,通信试验结束,正式交付使用。从而使我国的卫星通信业务由试验阶段进行了试用阶段。我国试验通信卫星发射成功,为我国航天事业的发展开创了新局面,为我国航天技术的应用奠定了新基础。

    1997年5月12日,中德合作的“东方红三号”通信卫星发射成功,中国大容量通信卫星技术实现了重大突破。

    1988年9月9日,太阳同步轨道气象卫星“风云一号”发射成功。2000年6月25日,地球同步轨道气象卫星“风云二号”的发射成功,促进了我国气象现代化事业的发展。特别是在1999年5月发射的“风云一号”C星,由于成功运行,云团质量清晰,中国气象卫星已于2000年被世界气象组织列入全球天基气象观测系统,确立了中国卫星,气象大国的实力地位。

    1999年10月14日,中国-巴西合作研制的“资源一号”卫星发射上天,卫星综合性能达到国际同类卫星水平,2002年3月2日,中巴联合资源卫星正式交付使用,资源卫星的应用成果在中巴两国都产生了巨大的社会效益和经济效益。中巴联合资源卫星不仅是我国第一代传输型资源卫星,同时,它也开创了发展中国家在航天高科技领域成功合作的范例。两国航天部门决定,中巴资源卫星二将于2002年上天。

    中国于九十年代初期决策实施载人飞船项目,称为“921任务”。这不仅是航天技术发展的必然和需要,而且,对于中国航天事业的发展具有重大的战署意义,面对世纪更替和新陈代谢,籍以顺利完成航天科技队伍的新老交替,后继有人。同时在技术上攻克载人飞船的诸多技术难关。1999年11月20日,新型长征火箭成功发射我国第一艘不载人的“神州号”飞船,三天后在内蒙古大草原顺利回收。中国的载人飞船技术实现了历史性的跨越。2001年1月10日和2002年4月1日,“神州二号”和“神州三号”不载人飞船相继发射成功。中国离第一个宇航员遨游太空的日子不远了。

    在三艘“神州号”飞船上分别搭载了一批微生物、植物种子和乌鸡蛋等生物实验样品。从1987年起,我国先后在9颗卫星和三艘飞船上搭载了500多个微生物菌种、植物种子进行空间微重力实验,取得了丰硕的成果。经太空育种培植的农作物果实开始进入百姓生活。2001年10月,建立了中国第一个航天生物产业基地-北京东方红航天生物技术有限公司。

    2002年5月15日,风云一号D星和海洋一号卫星同时发射进入预定轨道。海洋一号是我国第一颗海洋探测卫星,用于测量海洋特性、渔业资源状况和海洋环境监测等,从此我国结束了没有海洋卫星的历史,我国海洋卫星遥感领域迈入世界先进行列。

    三十多年来,我国自行研制并发射成功40多颗人造卫星,不载人飞船试验取得了突破性的进展,并且开展了广泛的国际合作,为在新的世纪里,中国航天事业的进步打下了良好的基础。

    四 、发射场和测控网

    航天发射场是发射航天器的特定区域。场区内有整套试验设施和设备,用以装配、贮存、检测和航天器,测量飞行轨道,发送控制指令,接收和处理遥测信息。中国根据本国航天任务的需要,先后建成三个航天发射基地,即酒泉卫星发射中心、西昌卫星发射中心和太原卫星发射中心。已经分别用于发射成功返回型遥感卫星、太阳同步轨道气象卫星和地球同步轨道通信卫星。

    以西昌卫星发射中心为例作以简单介绍。该中心具备发射低倾角各种复杂卫星的能力,由六大系统组成,即测试发射、指挥控制、跟踪测量、通信、气象、技术勤务保障系统等。测试发射系统分为综合技术准备区和发射区。综合技术准备区主要担负卫星、火箭发射前的组装、检测工作。发射区由两座发射工位、两套火箭测试系统和一套技术勤务保障系统组成。长征三号火箭发射工位为一座固定式发射勤务塔,塔架高77米,塔顶装有悬臂式吊车,吊车下面是12层可作180O旋转的工作平台。平台合拢后能遮阳防雨,能保证技术人员对火箭进行测试操作。在卫星段封闭的空间内,空气经过净化,温、湿度可以调节,并设有卫星、整流罩的依靠平台和供卫星、整流罩对接吊装的吊车。塔上有完善的通信、电视监视系统及供水、供气、推进剂管道。长征二号E火箭的发射工位由一座高98米、重4300吨的移动勤务塔和一座高78米,重1100吨的脐带塔组成。两塔结合,可完成对火箭的吊装、捆绑、加注及发射工作。此外,在发射区还有常温、低温推进剂的贮存库和自动化加注系统。

    西昌卫星发射中心的跟踪测量系统,主要由西昌、宜宾、贵阳三个跟踪测量站组成,可完成对火箭一、二级动力飞行段的跟踪测量、飞行过程各系统参数的测量、信息交换和数据任务。该系统是全航区测控网的重要组成部分。

    指挥控制中心是发射中心的大脑机关。指挥控制大厅分为指挥显示厅、控制区、指挥高度、中心计算机厅和试验通信厅等。

    中国航天测控网由运载火箭测控系统和卫星测控网两大系统组成。运载火箭测控系统主要为三个卫星发射中心服务,设有发射控制中心和跟踪测量站。指挥控制中心接收测量站送来的数据,完成外测、遥测数据的实时处理。飞行弹道计算、显示、安全判决和安近代指令的发送等。跟踪测量站有光电经纬仪站、高精度长基线干涉仪测速固定站、单脉冲跟踪雷达站以及两艘远望号测量船。卫星测控网可分为近地卫星测控网和地球静止轨道卫星测控网以及定点支持网,它主要由西安卫星测控中心(有中心计算机系统、临近显示系统、跟踪和控制软件系统,能同时对6颗卫星进行测控),五个固定站(长春站、闽西站、南宁站、渭南站和喀什站),机动回收站和两艘远望号测量船组成。此外,为适应载人飞船飞行的需要,在靠近赤道的基里巴斯设立了一个国外跟踪测量站。

    五、 成果和应用

    中国卫星应用事业发展迅速,已开始为经济建设、国防建设和科学文化教育事业服务,并取得了显著成就。中国的科学实验卫星为空间科学研究提供了先进的技术手段,在地磁场、宇宙线、电离层、大气密度、太阳X射线、粒子辐射、红外线辐射等方面,获得了第一手探测资料,开辟了中国近地空间、是地空间和行星际空间的物理环境、生活环境研究的新领域。国土普查卫星获得了分辨率高、清晰度好、信息量丰富的国土照片。这些遥感资料已应用于石油勘探、地质调查、地图测绘、铁路选线、电站选址、草原及林区普查、海洋滩涂测量、环境监测、地震预报、考古研究等方面,取得了良好的社会效益和经济效益。如利用卫星照片,仅用两年时间完成了全国陆地、海域分析,绘制了耕地、林、草、水等10类1:200万和1:25万的土地利用图。利用卫星照片,查明了黄河、滦河、海河三大河流的流沙活动规律,为港口建设提供了科学依据。利用卫星照片,在北京找到了铁矿;在内蒙古找到了金矿,发现了新油田;在浙江找到铅锌矿;在西藏发现了铬和石油的富集地;在新疆发现了克拉玛依油田的四个新油带。利用卫星照片开展普查工作,减少了野外作业和航测的工作量,填补了人工无法涉足、飞机无法航测地区的空白。目前,中央人民广播电台和国内广播和30路对外广播,中央电视台两套电视节目和两套电视教育节目都是由中国广播卫星传送的,同时,还开通了数字的模拟电视、图片和文字传真、数据表报传送业务,改变了边远地区难、通信难的状况。利用外层空间的微重力、超洁净、深低温的特殊环境,在返回型遥感卫星上进行砷化镓、碲镉汞晶体生长和超导材料、难混熔合金等材料试验,以及有关植物、细菌、动物变异和省略变化等空间生物学试验,均获得理想结果,从而使我国空间微重力科学研究登上了新台阶。

    中国航天工业促进了国家的技术进步。航天技术几乎涉足自然科学的各个领域,博采了现代科学技术的最新成就,如自动控制技术、推进剂技术、遥感技术、计算机技术、热控制技术、微电子技术、真空密封技术、低温技术、复合材料技术、特种工艺等。航天工业在国家的组织下,开展全国大协作,逐项进行攻关,不仅满足了自身发展的需要,而且带动了国家的科技进步。中国的计算机、大规模集成电路、高可靠电子元器件、特种冶金材料、非金属复合材料等,都是首先为满足航天工业的需要而发展起来的,现今已成为国家经济的重要的新兴产业。航天技术的自动控制技术,遥测、遥控、遥感等技术,已广泛应用于石油、化工、机械等部门,促进了生产过程自动化。航天工业是中国工业部门最早实行系统工程管理的部门,这一先进的管理方法已被国民经济各部门所采纳,对提高中国的管理技术水平起到了推动作用。

第三章  宇宙探秘

    航天活动由三个部分组成,即空间科学,航天技术和航天应用。空间科学是基础,航天技术是手段,航天应用是目的。

    空间科学研究宇宙的过去,现在和未来,研究空间环境和生命的起源、演变,寻找地外文明和适合人类居住的其他星球。这一切离不开航天技术。

    自从人造卫星上天以来,美国、苏联和欧洲国家至今发射了上百个星际探测器,对太阳系内的月球和行星进行接近观测和直接取样品分析,开创了天体研究的新阶段。特别是1990年美国发射空间望远镜,10多年来在无大气遮挡的太空里观测了近14000个天体,发回了大量壮观的宇宙照片,包括正在衰亡的恒星、刚刚诞生的恒星、遥远的河外星系和宇宙中存在黑洞的证据等等,使天文观测和研究进入到一个新的天地。

    一、 认识宇宙

    目前宇宙观有几个学派。愈来愈多的科学家支持大爆炸宇宙观点,认为宇宙的年龄在120亿年─150亿年。并且宇宙继续不断膨胀,宇宙经历温度从热到冷,物质密度从密到稀的演化过程,经历繁星期、衰落期、黑洞期和黑暗期四个阶段,大约经过10200年左右,宇宙将成为大爆炸前的那种当今人们尚无法了解的时代。另外一派观点是稳恒态宇宙论,认为宇宙没有始端,也没有终结。宇宙自始至终存在,试图发现一个起点和所谓的终点是没有意义的。还有科学家认为,我们这个宇宙是看得见的宇宙,还有看不见的宇宙,看不见的物质。我们所处的宇宙是一个更大母宇宙的子宇宙,子宇宙是有限的,母宇宙则是无限的。还有一种宇宙学观点认为,从现代科学掌握的材料来看,我们所认识的宇宙,确实是时间上有开端,空间上有限度的。所以,宇宙究竟是什么样的,究竟有多少年龄,还是个谜。

    按照目前的观测推算,宇宙中大约有1250亿个星系,银河系是其中的一个。像银何系这样的河外星系约有10亿个。

    银河系的年龄约为120亿年。银河系呈扁平的圆盘状结构,直径约10万光年,是有旋涡结构的巨大星系。中心厚,密集的古老星球,形成椭球状的“凸核”,厚度1.5万光年。银河系约有2000亿颗星球,在旋涡的旋臂部分,仍有新的星球不断诞生。太阳系离银河中心为 2.5万光年,绕银河中心旋转一周约2.5万年。在银河系里,像地球这样可能出现生命条件的行星可能有100万颗,但都离得很远。最近拍到一张行星照片,大小像火星,离地球 150光年,发一个信号,光速来回走300年,一光年合9.6万亿公里。这颗行星表面温度高约1100℃,不可能有生命。但令科学家十分振奋,说明类似地球的行星比想像的要更近些。此前找到的一颗行星离我们4600光年远。科学家认为,也许只有像地球大小的行星才能有生命产生的条件,离恒星不远也不近,温度不高也不低。

    太阳系年纪约50亿年。地球则为46亿年,据推测是由100亿个10公里直径的小行星在地球轨道上相互撞击形成的。月球年龄为41.5亿年,当前备受瞩目的“大撞击”说认为,是由一个像火星大小的行星擦过地球时撞出来的。据计算,把月球拿过来,正好放满太平洋。

    空间望远镜拍摄到了宇宙中类似太阳大小的恒星死亡过程,它耗尽核能,化成一颗红色的巨大星球,然后坍塌为一颗白矮星,逐渐冷却,最后也许消失。按太阳的质量推算,大约可以燃烧100亿年,故60亿年以后,太阳上的核能将会耗尽,太阳系就会变成一个冰冷黑暗的世界。但对地球生命而言,5亿年以后就不好过,那时可能承受不了太阳不断升高温度的照射,地球上的水也大量蒸发到大气层,逃离地球,生命就无法生存。所以人类总归要寻找新的家园。

    现在人类观测比较多、了解比较深和足迹所能及到的,只是限于太阳系内。迄今为止已经证实除地球以外,太阳系内的其他行星上没有外星人,在其地底下或海洋底冰层下有无生命的痕迹也尚待寻找。太阳系有九大行星,还在寻找第十颗行星。从太阳以外,依次为水星,金星,地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。与地球构成比较相似的是金星、火星和木星,木星的卫星木卫之上现在还有活火山爆发和冰冻的海洋。但其中条件与地球最相像的是火星。

    二、  移民月球

   (一) 月球简况

    古今中外,文人墨客对月把酒,对月当歌,抒情感怀,写下了许多美好的诗篇和神话。月亮是离地球最近的星球,平均距离384401公里。月球与地球相比,半径之比3/11,体积之比1/49,质量之比1/83.1,密度之比3/5,引力之比1/6,月球的成分与地幔相仿。月球上白天气温高达127℃,晚上低到-183℃。月球上一昼夜就是地球上一个月。月面一片寂静,遍布环形山和尘埃。

 

    据美国登月宇航员描述,从月球上看地球时,只见在天上挂着一个面积比我们看月亮大10倍、亮度大80倍的蔚兰色的大球,辉煌壮观,魅力无穷,太漂亮了!

    月球在形成之初,从地球上看去比现在的月亮大15倍。由于地球自转速度变慢,近3000年里约每100年下降0.02秒,故对月球的引力也变小,现在月球的逃离速度约为4-5.8厘米/年。但大家千万不要小看这个小小的变化,因为有月球引力的存在,地心轴绕地球自旋轴以23º夹角规则运动,地球上各处春夏秋冬四季变化,年复一年。如果月球逃离地球,没有了月球的引力,地球就会像其他行星那样作不规则旋转,生物无法生长,南北极的冰山早就不复存在,地球上变成了汪洋一片。所以科学家在研究拉住月球的办法,其中一个重要的因素是减小海洋潮汐对月球的影响。

   (二) 探测月球的意义

   ① 月球具有高真空、高洁净、无磁场、弱重力和地质构造稳定的环境,是一个绝好的观测基地,研究宇宙,观测精度提高千百倍。也可以更好地监视地球、认识地球。

   ② 研究月球、地球、太阳系和宇宙的起源和演变。

   ③ 月球可以作为人类飞向太阳系其他行星的基地。从月球上发射只需地球上5%的能量。从大量存在的氧化硅中提取氧,从冰和水中提取氢和氧,可就地生产火箭燃料。

   ④ 开发月球资源,造福全人类,将来移民月球。

   月球上有铁、锰、铬、镍、铝、镁等50多种矿物,据分析在5厘米厚的表土层中就含有4万亿吨铁。月球上有大量的氦3, 计有100多万吨,用作核聚变发电,可供地球使用500-700年,而在地球上氦3仅有几千公斤储量。月球上还有大量制作玻璃和水泥的源料。月球上太阳能发电也取之不尽。

(三)  开发月球

    联合国和平利用外层空间委员会签订了《月球协定》,规定月球是人类的共同财富,不属于任何国家。但是,谁有能力,谁就可以先开发利用,谁就先获益。因此,世界上除美国,前苏联和欧洲国家以外,像日本、印度等国也都早已动手,实施月球探测计划。迄今美、苏等已发射86个探月飞行器,拍摄了数百万张月球正面和背面的照片。美国阿波罗计划6次、12人登上月球,取回了约400公斤的月球岩石和土壤样品。美国已掌握了载人登月技术,俄罗期掌握了无人探月技术。我国科学家早就探月向人大提案,决策较晚,但已列入十五计划。从火箭技术,卫星技术,天文观测,测控技术,和科学探测方面来看,我国已经完全具备条件,应该凭中国人民的聪明才智在月球上占有一席之地。

   去月球旅行比较方便,来回约需10天。地球飞往月球,火箭飞行75小时。美国第一次登月于1969年7月16日发射,21日降落月球,在月面停留21小时36分。24日返回地球。宇航员阿姆斯特朗向月面跨出第一步时说:“对一个人来说,这是一小步。但对人类来说,这是一大步。”

   美国计划于2004年进行新一轮登月活动,2010年建立月球永久基地。俄、欧、日、印都制订了探月计划,将来也可能会有国际合作的探月活动。但无论如何总要依靠自己的实力参与开发月球。人们设想,到了2020-2030年的时候,月球上就会充满科研机构,工厂,度假村,主要依靠就地取材解决生活和生产活动。到月球旅行的梦想不久就真的能实现了。

   三、 到火星去

   (一)  火星之谜

   行踪、颜色、亮度变幻莫测的火星早就为人类所关注。公元前4000多年,两河流域的苏美尔人记载了这颗红色的星,用战神“马尔斯”来命名。我国2000多年前的“吕氏春秋”和“淮南子”中也有明确记载,称其为荧惑。近300多年来,火星让人们充满了无限美好的遐想。美国天文学家洛威尔通过观测,描绘的火星情景令人心驰神往。据说有100多条运河,运河交汇处有绿洲,那里亮度有变化,就像农作物生长的季节变化。那就有智慧生物了。尽管这不是真的,但探测火星热方兴未艾。自从30多年前人类登月以后,就一直在努力想法子征服火星。自1962年以来,美、苏发射了20多个飞行器,大约只有1/2获得成功,有的飞越火星拍照,有的环绕火星飞行探测,有的释放自动探测装置在火星表面软着陆。特别是1997年7月4日美国“探路者”号火星探测的成功登陆火星表面,“漫游者”号火星车第一次在火星上拍摄到清晰的照片,才真正了解,火星是一个干燥、死寂的世界。这次探测发回了16550张彩色的照片,第一次绘制出火星三维地图。

   (二)  火星概貌

   火星的形状像只梨。南半球有巍峨的火山,北半球是平坦的低地。火星上有太阳系中最高的山脉,最低的盆地和最为平坦的原野。最高的火山比火星表面平均高度高出约27公里。最深的陨石坑深度超过珠穆朗玛峰。最平坦的平原比地球上的沙漠还要平坦。

   火星上曾有过洪水,流出了沟壑和沉积岩。火星上的岩石和细质沙土结构,是以前火星上的水、风和大气长期作用的结果,那时的环境和地球十分相似。火星上的巨大而平坦盆地过去可能是海洋,其平坦程度表明,它有可能经历过水的冲刷。火星岩石呈红、白、兰三色。火星土壤有三类,细质沙土,硬质土和粉状土壤。红色是火星上的典型颜色,火星表面大部分区域覆盖着非常细小的桔红色的粉末状氧化铁尘土。

   火星的南北极也有巨大的冰帽,南极冰帽比北极的高出6000米。冰帽的主要成分是干冰CO 2 。冰帽形状复杂,有点像瑞士的奶酪。

   火星上找到了水存在的证据。科学家推测在火星地下和两极的冰可能相当于1.5万千米立方—6万千米立方的水,如覆盖火星表面,约有10-40厘米厚。

   火星上有丰富的自然资源,可以就地取材,如二氧化碳,氮,碳,氧,金属矿等,用以制造砖瓦、陶器、玻璃、塑料、金属、电缆等各种生活用品。火星是与地球情况最为相近的行星。直径6786公里,约为地球的一半;引力为地球的1/3;自转周期24.7小时,即一昼夜与地球相仿;公转周期687地球日;火星大气极为稀薄,密度仅为地球大气的1/100,主要成份是二氧化碳,还有少量的氮、氢和水蒸汽;火星有二颗卫星,火星的自旋轴倾角与地球仅差32´,因而像地球一样有四季更替,并可划分五个气候带;火星二极冬季的最低温度为-120℃,夏季赤道地区最高温度为20℃;火星内部没有熔化的铁核,故磁场很弱,仅为地球的1/800;火星上约有300个火山口,但没有活动的火山,表明火星是个正在死亡的星球;火星上有尘暴,持续可达数月之久,遍及火星整个表面,风速一般达50米/秒。

   科学家认为,有证据表明,远古时候的火星,距今30-45亿年之前,火星温暖、湿润,表面充满着流动的水,并且可能适宜生命生存。而火星目前干燥多石的面貌至少在最近20亿年间没有发生多大变化。

   现在人们关注,在火星二极和地下冻土层能否找到大量的水?有水就适合人类生活。火星上是否发生过生命过程?是否存在生命痕迹?如果有,那么宇宙中的生命形式的产生有什么不同?

 (三)  到火星去

    1999年,美国、俄罗斯和欧空局组成21人“国际征服火星委员会”。2000年1月,荷兰会议对登陆火星计划进行了研究。、

    ① 计划时间

    2014-2016登陆火星。此前每年发射火星探测器,详细拍照、绘图,选择合适的着陆点,同时取回火星岩样品,在地球上分析。

    ② 发射窗口

    因为地球和火星都是围绕太阳运行,相互位置不断发生变化,故飞向火星和返回地球的最佳时间,每隔26个月才有一次,叫做“窗口”,每个窗口开启约几周时间。选择理想的窗口,飞行最短的路线,载人火星飞船一个来回约需1年半。

    ③ 载人火星飞船登陆方案

   飞向火星需要新的火箭,达到第二宇宙速度11.2公里/秒,登陆火星方案由二艘飞船组成,一艘货运飞船,一艘载人飞船。货运船提前9个月发射,与载人飞船同时到达火星。

  ——货运飞船。在近地空间装配,约需3-4个月,重143吨。飞向火星用时474天,在火星上空约400公里的轨道上环绕火星运行。在货运船上,有二个长22米的舱可往返于火星地面与货运船之间,为宇航员服务。

  ——载人飞船。在近地空间装配,约需10个月。飞船重585吨,太阳电池板长500米,总面积6万平米。飞船是由23个舱组成的太空之家。乘员6人:指令长、机长、随机工程师、医生,二名科学家。乘员是男女搭配,不同国籍,会几种语言,年龄约在40-50岁,美、俄、法、德等国正在训练一批15岁少年男女,作为将来火星上长时间逗留和长时间飞行之用。

    载人飞船飞往火星约191天,在1000-2000公里高的轨道上绕火星运行。然后派三人小组登陆火星,驾驶火星车考察,收集样品,寻找水和火星生命,研究火星地貌和岩石的化学成分,在火星上生活工作34天,返回飞船上值勤,另一个小组再登陆火星。这样可以在火星上工作一年或更长的时间。如登陆火星34天后立即返回地球,回程390天。故火星之旅最快也要615天。

 

  ——火星食谱。在火星引力小的条件下长时间生活,为使宇航员体内血液中的纳和铁的含量保持低水平,美国康奈尔大学科学家经二年研究结果,宇航员要吃素。用11种农作物配制出200多种各类食品,包括菜类、内类、汤类,三明治等,炖、炒,炸烹调手艺齐全,味道不错。另外,可能从地球上带去一些奶酪、肉类和巧克力等,约占食谱的10%。一日三餐很重要,吃不好就会想地球。

     被选农作物,不仅是低钠,低铁,而且必须在火星上易生长,优质高产,营养丰富,易烹调。还有农作物通过生物再造工程,能向宇航员提供氧气和水。现选11种植物是小麦、马铃薯、白薯、黄豆,花生、西红柿、胡罗卜、生菜和几种卷心菜。用培养液或火星土栽培。俄罗斯的科学家利用生物卫星试验过在太空开辟鸟类饲养场,养日本鹌鹑,生产肉类和蛋。

  ——再生式生命保障系统。现用再生式生命保障系统,可以在回收利用垃圾的同时,提供氧气和食品。美国研制的生物反应堆是先利用微生物净化污水,然后再通过常规的反渗透净化系统过滤。使用该系统,99%的可饮用水得以循环利用。使用焚烧炉处理粪便、垃圾,产生的二氧化碳和水蒸汽用来种植小麦和生菜。在为期三个月的地面模拟试验中,靠种植小麦提供人员之需氧气的25%。

   俄罗斯在“和平号”15年的运行中,对于通过人的汗尿循环利用饮用水,获得了他国无法匹敌的宝贵经验。

 (四) 火星之旅的难题

   登陆火星比登月困难得多,不仅有技术问题,还有太空环境问题。但最重要的是宇航员的健康安全问题。

  ① 另重力影响

   人体的循环系统在另重力状态下,血液就会如喷井般冲入头部。在长时间的太空环境中,为防止宇航员受另重力影响,科学家尝试制造一种人工重力机器,产生模拟重力。

  ② 宇宙射线

   有地球附近的辐射带,有在太空中四射的铁粒子和其他宇宙辐射,危及宇航员健康。目前尚未找到完全阻止宇宙线的方法,只能尽可能的减小影响。为此,载人飞船以最短的时间通过地球辐射带,依靠飞船舱壁和宇宙服的防护措施保护。在火星上生活时,使用经过国际空间站试验的一种名为TransHab居住舱,该舱的中央生活区有一道4-6英寸厚的充水保护层外衣,阻挡来自太阳喷发和银河系的宇宙辐射线。

  ③ 宇航员的精神健康

   专家们认为,精神健康对太空旅行的人来说,是再重要不过了。长时间的太空旅行,会打乱人体的生理节奏,例如控制血压和体温的基本功能。于是就会泱及情绪变坏和注意力分散。据说有的宇航员在天上短短的几十天,就会狂躁不安,发脾气,闹内讧。所以长时间的宇宙航行包括考虑怎样应付不守规矩或情绪不稳定的宇航员。现在宇航员在太空逗留时间最长的是俄国人瓦列里•波利亚科夫,共438昼夜,美国人最长的是女宇航员香农•露西德,共188天。在太空生存技能方面,已经积累了相当的经验。

  ④ 火星沙尘暴

   在火星表面,细小的沙尘漫天飞舞,高达数公里,速度最大可达100米/秒,沙尘可能粘污火星登陆器和太阳电池板,引起机器故障,甚至侵入人体。沙尘还可能导致强烈的静电。还要弄清沙尘的物理化学性质,酸性或碱性,易燃或有毒与否等等。然后采取相应措施,保证万无一失。

   综上所述,在2020年或2030年,人类有可能实现少数人到火星上定居,征服火星的目标为期不远了。据报道,美国宇航局制订为期30年的火星登陆计划,开出的预算费用是4500亿美元的天价。

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