书城工业技术征服太空之路丛书:向太空进军
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第24章 太空探索传奇和太空开发设想(4)

“太阳帆杯”奖的竞赛方案早已制订出来了,并号召各国报名参加,中标者可以得到一笔研制费,并且可以免费搭乘美国的航天飞机。目前世界上已有30多个组织报名参加。中国上海宇航学会设计队和北京航天科研院校部门组成的星星设计队已报名参加,而且正在加紧试制太阳帆船。

2005年6月22日凌晨4时46分,俄罗斯用“波浪”火箭发射了以太阳光为动力的“宇宙”一号(Cosmos-1)飞船,进行太阳帆的首次受控飞行尝试。最新飞行数据显示,飞船在起飞83秒后遭到失败,主持这一项目的美国行星学会说,在发射约20分钟后,飞船与地面失去了联系。首次试飞失败了。

知识点太阳风

太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200—800千米/秒的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同,不是由气体的分子组成,而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似,所以称它为太阳风。彗尾的形成就是太阳风“吹拂”彗星的结果。

令人振奋的空间开发计划

太阳能发电站

在美国,人们已经提出了发掘空间的太阳能来克服能源危机这样一个革命性的设想。这项研究的工作首先发端于亚瑟·D·利特尔公司。以后,这项研究成了宇航局的实验室以及一些主要的宇航公司,如格鲁曼、洛克韦尔、波音公司等所研究的课题。

在轨道上运行的发电站显然具有许多优点。它们可以不受恶劣天气的影响,不受白天才有阳光的限制,连续不断地产生电流。据洛克韦尔公司的科学顾问克拉夫特·艾里希博士估算,一个卫星太阳能电站1年内所提供的电能,就相当于37亿桶石油所产生的能量,这些石油相当于1973年中东全部石油输出量的一半。

现在要解决的问题是如何建造这种发电站,使我们可以依靠它来减少对石油的依赖性。为了获取足够的阳光,发电站的结构必然会庞大到数十千米。宇航员要在空间组装如此巨大的电站,必须借助一批航天飞机和空间拖船。

这种太阳能发电站将使用硕大无比的太阳能电池阵。航宇局设计的一种电池阵的长、宽均达8千米。在空间产生的电能,将转变成高能的微波能的形式向地球传输。在地面上,再把它转变成直流电,向各处输送。来自空间的能量波束可根据需要发送到某一地区,或直接从空间转发到另一地区。

但是,要实现如此宏大的设想,这还是几十年以后的事。目前,可能性最大的还是那些更为现实的计划。

太阳能源舱

在不久的将来,另一种小型的研制项目可能会有希望得到应用,这就是太阳能源舱。它既可以装在航天飞机的货舱中,也能在空间自由飞行。这种能源舱可以延长航天飞机在轨道上运行的时间。

马歇尔航天中心首先提出这种太阳能源舱的设计方案。它具有巨大的太阳“翼”,可以连续地给航天飞机供电,增加了能量供应,使航天飞机——空间实验室系统能承担范围更加广泛的任务。

“哈勃”太空望远镜

最初设想的太阳能源舱,其主结构是由“阿波罗”望远镜装置的外框架改装而成的(“阿波罗”望远镜是“天空实验室”计划中遗留下的现成设备,这样做可以充分利用以前的研制成果),同时,还在为一种新式的推进系统研制两套太阳能电池阵。“阿波罗”望远镜装置中的控制陀螺用来保持能源舱的稳定,当能源舱对接到航天飞机中时,该陀螺还可使航天飞机保持稳定。

未来能源舱将同航天飞机的一个外贮箱连接在一起,它将成为航天飞机建造各种空间设施时的“强大后盾”。美国宇航局还认为,能源舱是为建立半永久性轨道实验室而迈出的一大步。这种轨道实验室将由“空间实验室”的两个巨大的增压舱组成,它本身能在航天飞机往返飞行之际在轨道上运行。

空间望远镜

空间望远镜是最令人振奋的空间研究计划之一。它堪称为一个在轨道上自由飞行的光学实验室,全长约14.3米,直径达4.7米,具有一架望远镜,一套探测和通讯设备,另外,还有一套能源系统和推进系统。望远镜的主镜直径达2.4米,足可与加利福尼亚州威尔逊山顶上的直径为2.54米的巨型望远镜相媲美。

空间望远镜置身轨道,高瞻远瞩,它能看到的空间深度是地球上所有的望远镜的7倍。它的分辨力是如此之高,竟然能在相距580千米之遥识别一枚较大的银币。

空间望远镜可以在地球轨道上运行5年,向地球传送它的发现成果。然后由航天飞机把它带回地面进行检修,以备再次发射。望远镜在空间工作期间,装在它两侧的太阳能电池帆板将连续地提供4千瓦的电能。

苏联为了同欧美竞争,也在着眼于规模宏大的空间科研工程。有一种正在研究中的大型空间结构名叫“超宽屏幕”。权威科学家认为,这种空间建筑将给宇宙研究带来一场革命。

他们设想的这种射电望远镜,将有一个巨型球形反射镜,其直径为1~10千米。它由一个个直径为200米的蜂窝组件构成。每个组件的中央都有一个4米宽的反射室。各个组件的倾斜度,由位于这个庞大结构前方的一架无人航天飞机发出的信号来调节。

超宽屏幕除了可以扩大射电天文学的研究领域以外,还可用来研究宇宙中其他文明人类可能发向地球的极微弱的信号。计算表明,这样巨大的反射器,在理论上可以探测到相距10~100光年的1架100万瓦发射机所发出的信号。要是有更强的信号发向我们的太阳系,那么即使相距3000~10000光年之遥,这种信号也是可以探测到的。

超宽屏幕将配置在离地球极远处,最理想的位置是在某个月平衡点上(离地球384000千米)。这样,就可以克服地球上的广播信号对空间微弱信号的干扰。

航天飞机绝不仅仅是使在地球轨道上运行的或进入深空空间的有效载荷的范围得以扩大,它所起的作用将远远超过于此。它为许多种材料的加工提供了一个只能在空间才能找到的、特有的工作环境。

美国和俄罗斯都已把小型的电加热炉送上了轨道,以研究在空间加工材料的未来前景。有些方面已呈现出乐观的前景,如为电子工业制造高纯度的晶体,为医疗事业制备超纯净的疫苗和血清等。

新型超轻合金

“团结”号舱飞上太空在空间还能制造各种新式的超轻合金。正如美国宇航局一名高级官员所说:“我们将研制出超轻型的材料,将会给地球上的制造技术带来一场革命。我们可以像用酵母发酵面粉一样,把空气注入液态金属中,制造出泡沫状的金属材料,然后在失重条件下进行固化。”

“含有87%气体的一块泡沫钢材,它会像软木塞一样漂浮在水面!试想一下,飞机的机翼如果采用泡沫钢材,它会像不锈钢一样地坚硬,像铝一样地轻,这将是怎样的一种情景啊!”

空间材料加工一旦可以转入大规模的生产,下一个步骤便是建造空间工厂了,要组装这类大型的空间结构,需要把许多灵巧的制造机器送入空间。有几种制造机现在就已设计成了航天飞机上的“附属装置”。

宇航局马歇尔航天中心的几个研究项目,多次设想把航天飞机的大型外贮箱,作为各种空间站结构的核心。外贮箱的直径达8.4米,足可作为一个理想的永久性空间站。