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第6章 太空中的宠儿——人造卫星(2)

(2)电子侦察卫星它是悬在宇宙空间的窃听器。这种卫星能监视和窃听军事通信情报,也能确定敌方防空雷达、军用电台的精确位置,甚至能破译敌方的通信密码。

照相侦察卫星与电子侦察卫星常常联合使用,互相配合。例如,1973年中东战争时,美国利用大鸟号卫星拍摄了双方坦克的交战场面,用电子侦察卫星窃听了埃及飞行员的谈话内容。10分钟后,美国居然知道了埃及飞行员的人数、住所甚至电话号码。

(3)预警卫星预警卫星主要用于对付洲际弹道导弹。弹道导弹速度快、位置高、射程远、威力大。射程为一万公里的洲际弹道导弹,最大飞行高度在1000公里以上,从发射到着陆仅需要30分钟。一般的雷达对付洲际导弹几乎无能为力,而预警卫星有红外线探测器,可以捕捉导弹发射后飞行的红外辐射信号,并进行早期预警。

美国从1968年开始发射预警卫星,起初的卫星装有红外探测器和电视摄像机。20世纪70年代的预警卫星有了不少改进,可以在导弹点火90秒钟以内探测导弹的火焰,并能在五分钟以内将警报送入到战略防御指挥中心。现在,美国的导弹预警卫星已发展到第三代,它装有6000个红外传感器,能准确地探测地球除两极以外任何地方的导弹发射和核爆炸,并发出预警信号。在海湾战争中,它曾探测到全部“飞毛腿”导弹,为“爱国者”导弹提供了90~120秒的截击时间。有报道说,美国于1994年批准了一个新的“预报”计划,并将建立一个新型多层预警卫星系统,它将由四颗同步轨道卫星、二颗大椭圆轨道卫星和九颗低轨道卫星组成。

(4)核爆炸探测卫星自从1945年8月日本广岛长崎上空升起蘑菇状烟云以来,核武器的发展已有几十年的历史了。目前,仅美国、俄罗斯拥有的核武器就足以把地球毁灭许多次。这就不得不令世界上一切国家,包括一些大国对核武器的发展忧心忡忡。为了掌握别国的核资料,一些大国不惜血本研制核爆炸探测卫星。

卫星怎么能够探测核爆炸呢?原来,核爆炸发生后,周围会存在巨大的冲击波、光辐射、核辐射和电磁脉冲等。冲击波会衰变成声波,声波中的次声波会传到上千公里以外;光辐射包括X射线、可见光和红外射线,它们一起形成一种荧光辐射。卫星携上红外探测器、光学闪光探测器、电磁波脉冲接收设备等探测器,就可以测出核爆炸的时间、高度、当量等。核爆炸探测卫星一般轨道很高,美国早期核爆炸探测卫星“维拉”计划的轨道高度为11万公里以上。据统计,美国已发射了10颗以上核爆炸探测卫星。

通信卫星它是人类的空中信使。通信卫星装有通信转发器,它能转发地面站的信息。通信卫星和地面通信站一起被称为卫星通信系统。通信卫星不受季节、气候、距离的限制,传输信息的质量好、容量大、费用低,有经济价值和实用价值。目前,通信卫星可以分三类:一是国际通信卫星;一是国内通信卫星;另一是直播电视卫星。

(1)国际通信卫星1965年,一些国家政府为了共同使用通信卫星,组成了国际通信卫星组织。我国于1977年正式加入这个组织。国际通信卫星组织发射了六代通信卫星,它们都部署在大西洋、印度洋、太平洋上,进行国际间的电话、电报、电视和数据传输等电信业务。国际通信卫星组织还出租了一些卫星通信转发器信道,提供给部分国家使用。

(2)国内通信卫星国内卫星通信开20世纪始于70年代,至今许多国家自己研制或依靠别国建立了国内通信系统。加拿大在世界上发展静止国内通信卫星最早。1972年,加拿大的兄弟静止卫星被发射上天。法国和西德研制了交响乐通信卫星。我国于1984年4月8日发射了静止试验通信卫星。1986年2月,我国又发射了实用通信广播卫星,采用国内波束抛物面天线,以成都为中心的全国40%的地区可用三米口径的天线收看卫星转播的电视节目。另外,“东方红2号”数颗卫星能传送中央人民广播电台的30路对外广播,可转播中央电视台第一二套电视节目、两套电视教学节目、西藏电视台的电视节目等。

(3)直播电视卫星直播电视卫星是通信卫星的第四代。现在的通信卫星姿态控制性能很好,装有太阳能电池帆板,对地面的定向精度有了很大的提高,向地面发射的功率也增大了。20世纪70年代,美国斯坦福大学和加拿大多伦多大学曾用两国联合发射的通信技术卫星进行了电视教学,收到很好的效果。现在电视直播卫星已用于召开学术会议,伤病治疗等方面。

此外,美国一些公司,如摩托罗拉公司,正在研制用于手持电视的通信卫星。“奥德赛”系统、“千星”系统、“铱”系统等是其代表。“铱”系统由66颗卫星组成,分布在六个轨道上,2000年以前发射布置完毕。

导航卫星导航卫星堪称为太空中的灯塔,它帮助海上舰船辨明方向。导航卫星最初仅仅出于军事目的。美国海军从1959年开始发射导航卫星。其子午仪导航卫星曾为北极星导弹核潜艇在远洋航行中导过航。美国已建立起卫星导航系统,它由地面站、导航卫星网、船舶导航设备三部分组成。一些国家的卫星导航系统被广泛应用于海洋石油勘探、海洋水文测量等各种船舶上。卫星导航在天文学、地学研究中也起了不少作用。

有消息报道说,前苏联从1982年开始部署的“全球导航系统”,类似于美国“导航全球定位系统”,于1995年底取得成功。这个导航卫星系统由21颗工作卫星和三颗备用卫星组成,分布在三个中高轨道上,可供军民两用。它使用军民两种密码,为空中飞机、地面用户、海上航船和太空航天器提供高精度的三维定位,精确度可达100米。

地球资源卫星科学家们为了研究和更有效地利用地球资源,于是就研制了地球资源卫星。1972年7月25日,美国发射了一颗地球资源技术卫星,后来改名为陆地卫星Ⅰ号,由雨云气象卫星改进而来。它能够重复观测海洋与陆地各种资源,每隔18天送回一套全球图像数据。1975年、1978年,美国相继发射了陆地卫星Ⅱ号、Ⅲ号地球资源卫星。这种卫星广泛应用于地质、海洋、渔业、环保等部门中,并取得很大的收获。

目前,地球资源卫星能迅速、全面、经济地提供地球资源的情况,因而受到世界各国的青睐。现在,美国有“陆地卫星”;俄罗斯有“地球资源卫星”;法国有“斯波特”;印度有遥感卫星“IRS-A”;日本有“日本地球资源卫星”;加拿大有“雷达卫星”;欧洲也有“遥感卫星”。中国和巴西1988年合作研制了地球资源卫星“资源一号”,该卫星用太阳同步轨道运行和无线电传送信息。该卫星能每天飞经我国三次,一侧装有三块太阳电池组成的太阳帆板。我国用它能够遥测国土资源的变化、测量全国耕地面积、进行农作物估产并监测自然、人为灾害等。它为我国的资源普查和勘测提供了新的现代化手段。

气象卫星气象卫星是利用遥感器来对地球大气进行探测的卫星。早期的气象卫星是侦察卫星。侦察卫星无意中拍摄的云层图像,给气象工作者以极其可贵的情报。目前全世界有一百多颗气象卫星,它分低轨道、高轨道两种。前者通过南北极地区的上空运行,高度为700~1500公里,每天可以两次观测到全球的气象资料;后者高度为35,800公里,每隔20分钟就可以取得一次观测资料。气象卫星已经广泛应用于天气预报、航空、航海、军事、通讯等方面。

气象卫星主要凭借电视摄像机和红外扫描辐射仪来实现对地观测。卫星上的电视摄像机开启快门后,会把图像信息转化成电信号存储下来,并发回到地面接收站上。红外扫描仪的使用原理也容易理解,因为任何物体都有温度,有温度就会有热量,热量之中有红外辐射,红外扫描辐射仪能够测出地面和云顶的热辐射量,并得到红外云图。

气象卫星从具体运用来看,它不受地理条件的限制,能监视台风、暴雨等灾害性天气的变化。自从1966年气象卫星实现观测以来,发生在热带海洋上的任何一个风暴都没有被漏过。气象卫星能定量地观察大气温度、水汽、云层、降水等要素,对国民经济各部门意义都很大。气象卫星美国有“依托斯”;前苏联有“宇宙-144”、“宇宙-1567”;法国有“伊奥利”;日本有“向日葵”;另有我国的“风云一号”,均是20世纪七、八十年代发射的。

到21世纪初,美国要发射“诺阿”-11~11~-N9、NPOESS-1~-3、地球静止环境业务卫星-1共四颗气象卫星;中国要发射“风云”-7~-M共17颗气象卫星;俄罗斯要发射“流星”2-21~3M-2、电子-1~-2共八颗气象卫星;日本要发射“向日葵”-3~-5,气象卫星-1C、-1D、“风云”

2号共三颗卫星;欧洲空间局、印度也各将发射11颗、4颗气象卫星。

科学探测卫星科学探测卫星主要是研究近地空间环境和对太阳进行科学研究的卫星。

它主要为卫星、载人飞船、航天飞机提供各种科学数据。科学探测卫星有研究地球的,如关于地球重力场、磁场、辐射带等;有研究太阳的,如关于太阳的耀斑、X射线、γ射线、紫外线等。

美国已发射了近200颗科学探测卫星,主要有先锋号、探险者系列;前苏联发射了宇宙号系列;英国、法国、意大利、日本也有这类卫星。我国在1981年到1985年,相继发射了空间物理探测卫星、科学探测技术试验卫星共四颗。1994年7月3日,我国在酒泉成功地发射了一颗科学探测与技术试验卫星,这颗卫星搭载有植物、动物微细胞等,成功地返回到地面。

地震卫星和减灾卫星地震卫星是预测地震的卫星。空间测震有两个方面可以探索:一是根据地貌特征进行判断,美国1972年发射的地球资源卫星就曾拍到了地球上新发现的断层。这些断层的发现有助于地震预报;二是发射激光测地卫星进行研究。

减灾卫星的目的是减灾。过去人们对灾害的研究过于孤立分散,不能相互关联;而人造卫星却可以克服人为的“先天不足”的条件,利用卫星日夜监测地表一切自然变异对人类的不利影响。实际上,气象卫星、资源卫星、通信卫星、导航卫星都可以用于减灾活动。例如,美国每年只利用气象卫星就可以减少自然灾害带来的损失20亿美元,是卫星投资的10倍。许多国家目前正在加紧研究集通信、观测、导航等多功能于一体的新型减灾卫星。我国空间技术研究院研究的具有国际先进水平的减灾卫星,预计于2000年前发射。

告别地球母亲的怀抱——建立空间站前面说过,宇宙飞船与卫星的最大不同之处在于它能够载人;而空间站是什么的呢?空间站的本质也不过是个人造卫星,但这颗“人造卫星”却有保证人们生活和工作的设施和条件,或者再通俗一点讲,它就是供宇航员短期居住的一座“太空旅馆”。最特别的是,这个“太空旅馆”可以移动,并且可以与别的“太空客车”——宇宙飞船或航天飞机进行对接,并携手飞行。

空间站向我们走来空间站,又名载人空间站、航天站或轨道站,它是可以供多名航天员巡访、长期工作和居住以及具备生产试验条件的载人航天器。空间站,可以说是目前在太空中运行的质量最大、容积最大、技术最复杂的人造天体。早期的太空计划,特别是前苏联,把太空站作为其最终目的。空间站耗资巨大,技术复杂,为什么许多国家都乐此不疲呢?这里有几个原因,这些原因无不与空间站的任务有关。空间站的任务可分两类:即探索、开发、利用空间资源;开展生命科学研究。

太空环境相当恶劣,存在着大量的粒子辐射、宇宙射线、没有大气,微流星随时有可能袭击等。但事物总具有两面性,有坏就有好。你看,太空中的失重环境似乎对我们不利,但有些东西利用失重条件却有意想不到的收获。例如,过去由于重力作用,地球上生产一种叫聚苯乙烯微珠的药物,怎么也不圆整,瘪瘪的,呈蛋形,药效不大。1985年,美国在太空失重环境下生产了10亿颗这种塑料圆珠,居然十分标准,规格划一,真是医学工业上的奇迹。又如高纯度的大块晶体,像硅片、砷化镓半导体晶体,是制造超级巨型电子计算机的材料,这种材料在地球上因为冷热对流的原因,报废率极高,竟达50%以上,但在太空中不仅生产报废率低,而且纯度极高。所以,空间站用于特殊的工业生产,可以获得很高的商业回报。

又如在空间维修上,太空站也有得天独厚的条件。1984年4月,“挑战者”航天飞机在第11次飞行时修复了一颗失效的卫星,该航天飞机还在轨道上完成了回收两颗卫星的任务。这些在当时都被称为是航天技术上的新突破。但据科学家们称,使用空间站做类似的工作,其费用会更低,效果会更好。因为卫星回收与维修可以在空间站内部进行,这就像坐在屋里干活一样,更加方便。