书城科普读物神秘的太空世界丛书:人类星外根据地-太空站
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第1章 开发太空(1)

太空是宇宙存在的形式,对人类而言既是探索的对象,也是未来通向其他星球的通道,更是空间诸多能力的集中地。根据百度百科定义:“太空”是由无极元和能量相互作用而构成的、物质的,存在时空概念并存在于宇宙内部的一个有限的,有着开始和结束的整体事件。

1957年10月4日,前苏联第一颗人造卫星上天,拉开了人类航天时代的序幕。时至今日,人类在太空的许多坐标上都留下了印迹,包括各式各样的空间探测器、人造卫星等等,但迄今为止人类在太空最有意义的探索是空间站的建立和应用。空间站将人类从地球摇篮带往更遥远、神秘的宇宙提供了必不可少的重要条件;空间站是人类认识太空、利用太空的前进基地,是人类在地外生存的根据地。可以说现代空间探索如果没有空间站,就根本不会有现在人类对太空的认识和如此进步的宇宙以及天体物理学等学科的快速积累。

太空有着太多的秘密等待着人类去探索,太空是人类发展的必经之路。

开发太空飞向太空的意义

我们知道,地球是万物的摇篮。人类历经沧桑,终于以其高超的智慧和灵巧的双手征服了地球上的万物,成为了世界的主宰。但是人们并未因此而满足,他们抬头仰望,对美丽的天空产生了无尽的兴趣,于是便开始了征服太空的宏伟事业。

万物摇篮——地球人类之所以不倦地探索登天之路,是因为从千百年的生产和生活实践中越来越清楚地认识到,其赖以生存的地球属于宇宙中的一个星球,而且地球上发生的许多现象都与空间的现象有直接的联系。为搞清楚这种联系,人类从远古时代就开始进行孜孜不倦的研究和探索,虽然取得了很大的成就,但是人们也发现,没有人的参与,很多的情况不能搞清楚。为了突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和更深入地认识整个宇宙,就要充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验活动,开发太空及其丰富的资源。

载人飞行不只是为了人能上天而上天,而是对人类和平利用空间、开发宇宙、造福后代有着重要的意义。

卫星用胶卷记录所拍内容所以说,人类登天的原因之一便是人类自身发展的需要。人类最终要利用空间、开发宇宙。要实现这个目的,首先要弄清楚宇宙空间的环境对人体的影响,因此要进行生理学、生物学的研究,目的在于研究在空间那特有的环境下的种种现象,不但能为确保宇航员在长时间的航天活动中的身体健康与安全提供重要的资料,而且也为一般人能进入太空旅行提供可能。人类一直在寻求移居其他星球的可能性,因此不但要清楚地球附近的环境对人的影响,而且对太阳系内的其他星球乃至宇宙中的其他星系都要进行探索才能达到目的。

其次,便是提高国际地位,壮国威。我们知道,在目前的情况下,载人航天的另一个作用就是提高一个国家的国际地位从而壮国威。载人航天的发展水平是一个国家综合国力的体现,可以全面衡量一个国家的发展水平。事实证明,世界上的几个航天大国及集团都很重视载人航天技术的发展。比如,美国前总统肯尼迪曾说:“如果苏联控制了空间,他们就能控制地球……我们合众国是以能力和远见来立国的,我们这一代美国人一定要实现世界上领先的星际航行的目标。”美国前总统里根把发展载人航天作为美国的重大国策。他声称:“载人航天是取得航天领先地位的必要因素,这是文化价值观念和人类实现冲破地球生存局限这一理想的必然结果。”法国人也曾说:“如果欧洲不参与载人航天活动,整个欧洲将被看做是不敢涉足最困难技术领域的二等洲。”因此目前除了美、俄以外的西欧、日本、加拿大等国家和地区已经涉足载人航天领域。因此,载人航天技术的发展本身就显示了一个国家的技术实力和综合国力水平,同时可以大大提高一个国家的国际威望和地位。

再者,人类的登天行动也有不可低估的军事价值。资料显示,前苏联以及美国都利用载人飞船和空间站完成军事任务、空间侦察、指挥控制地面军事行动等工作。有人的侦察比无人卫星的侦察带有更多的有利方面,它不像卫星按程序工作,而是靠人的主观能动性,可以对目标进行有选择的侦察,当预定的侦察地区被云层覆盖时就可以停止工作,待有利时机出现再工作。而卫星是按程序工作,不管有没有云,到时间就工作,这样往往信息的可用率比较低。而主动控制不但可以节省胶卷,同时提高了信息的质量和可用性。前苏联和美国都曾在载人航天器上进行过侦察、监视、研制空间兵器、协助指挥与控制地面军事力量等方面的试验。由于宇航员可以有目的地选择侦察和跟踪目标,可以灵活地根据不同需要选用不同的侦察仪器和手段,可以筛选、滤掉不必要的数据,这样就大大提高了军事侦察情报的实际质量。

前苏联就利用“礼炮”号空间站对从北纬516度到南纬516度所有的国家、地区进行地毯式的照相侦察,这当然也包括了我国全部的领空和领海,而且每隔两天就可以重复一次,从而进行对比分析,探测别国的军事动态。前苏联利用该空间站进行了反弹道导弹观测试验、指挥控制陆军释放烟雾训练,进行天基激光瞄准跟踪试验等大量军事行动。而美国的航天飞机则是潜在的最有效的卫星、导弹防卫和进攻两栖武器,宇航员可以利用航天飞机在轨道上自由地检修、回收自己的卫星及其他航天器,也可以拦截、搜查、破坏、偷窃敌方的卫星,这种制天权对敌方的威胁远远高于制空权。

而且这种活动还没有被认为是非法的行为,因为一个国家的领空还没有划到太空的范围。如果是飞机飞到其他国家的上空进行侦察,那就是侵犯主权,肯定遭到抗议甚至有被击落的危险。而航天器还不存在这个问题,因此它的安全性好,不易受到攻击,这在战争时期尤其有用。

通过以上我们所列举的事实说明,在进行空间活动中,有人的飞行,尤其是长时间的飞行是非常必要的,是无人的航天器所替代不了的。因此,发展长寿命的有人的空间飞行器是完全必要的,而且并不是为了研究而研究,为了发展而发展。人类并不满足能够把人送上天这一成就。

登天“梦”想的实现

人类第一个宇航员——加加林

“联盟”号飞船我们知道,多少年来,人们在形容做一件非常困难的工作或者事情时经常说:“这比登天还难!”这足以说明人们一直认为登天是何等之难!事实上在技术不发达的过去,登天确实是无法实现的,顶多只是梦想而已。然而后来,在人造卫星上天以后,人们打开了上天的希望之路。

就在人造地球卫星上天后的第四年,即1961年4月12日,前苏联就成功地发射了“东方1”号载人飞船,第一次真的把宇航员加加林送入了太空。尽管加加林在天上只围绕地球转了一圈就返回了地面,但就是这么一圈,揭开了人类进入太空的新纪元,同时也说明了人能够进入太空,并且可以在太空生存,人类千百年的梦想终于在20世纪60年代实现了,这是人类文明史的一大进步。

自那以后,前苏联又不断地研制发射了新的载人飞船,如继“东方1”号以后的“上升”号以及“联盟”号,先后把多名宇航员送入了太空。与此同时,美国也不但用“水星”、“双子星座”飞船把人送上天,而且还曾6次利用“阿波罗”飞船把人送到月球上,写下了人类历史上不朽的篇章。

我国“神舟1”号无人试验飞船

我国在1999年11月20日把无人试验飞船送上了太空,运行近一天的时间准确、安全地返回地面。这一切说明了人能够上天,而且以现在的观点看,人上天不再是不可思议的难事了。

截止到2003年2月,俄罗斯(包括前苏联)和美国共进行了200多次的载人航天发射,共把727名宇航员送入了太空。其中俄罗斯发射85次,被送上天的宇航员有190名;美国发射181次,被送上天的宇航员有537名。而在这些载人航天飞行和试验中有22名宇航员为了航天事业而殉难,献出了自己宝贵的生命。正是在这些不屈不挠的奋斗中,我们进军太空的步伐在不断地加大,我们的美好梦想在一个个地实现着。

永不止步的太空探索

尽管事实表明,我们现在能够把人送上天,但是人类并不满足这一已取得的成就,上天并不是人类最终的目的,而是在千百年探索太空的过程中,对太空的认识逐渐进步、深化。

正是由于这种深化,我们人类在对太空加深认识的同时进一步地发现,宇宙空间的种种现象的发生比我们想象的要复杂得多;而且进一步地发现,宇宙空间的各种现象对我们生存的地球的影响也比我们想象得要大得多。从我们的祖先开始,对于神秘的宇宙空间就产生了浓厚的兴趣,这其中不光是出于好奇,而且是通过人类长期的生产活动和生活的实践,逐渐认识到了地球上的许多现象,如天气的变化、四季的产生、风雨雷电的形成以及自然灾害的出现,虽然发生在地球上,但是它的根源在天上。因此,人类一直想弄清楚,是一种什么样的力量给人类赖以生存的地球带来如此巨大的变化,对人类的生产活动及生活带来这么大的影响。

我国古代劳动人民所发明的司南

后来,随着载人航天的成功,我们人类能够驾驶和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和更深入地认识整个宇宙,并充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验活动,开发太空极其丰富的资源。

郑和下西洋纪念碑综观我们人类文明的发展史,单从活动范围的角度去看,人类的活动空间和活动范围随着科学技术的不断发展也在不断地扩大。最初在那刀耕火种的时代,人类的活动场所只能局限在地球陆地的范围内,居住在洞穴之中,以树叶为衣;尽管我们的祖先对神秘莫测的太空产生着浓郁的幻想,但却只能是望空兴叹;后来人类发明了造船和指南针,进而发展了航海业,从此人类的活动范围从陆地延伸到了海洋。像郑和下西洋、哥伦布发现新大陆,都是航海业发展的巨大成果和最好的见证;再后来,人类又发明了飞艇和飞机,这一次的技术飞跃,使我们人类的活动空间又一次地扩大了,从海洋扩大到了大气层以内的空间;尤其在后来又发明了超音速的喷气式飞机,它的作用不用说我们也明白,大大缩短了国际间的距离,扩大了国际间的交往与合作。

而今天,航天技术的发展使人类的活动空间再一次地扩大了,不但能够在大气层以内的空间自由飞行,而且已经实现了从大气层内到大气层以外的外层空间的活动,人类还不止一次地登上了月球。人类活动范围的每一次飞跃,都大大增强了对外层宇宙空间的认识,提高了改造自然的能力,促进了生产力的发展和人类社会文明的进步。

人类的第四环境——太空环境

事实上,我们所称的外层空间,就是指地球稠密大气层以外的空间区域,有时我们也称之为宇宙空间或太空,即我们的祖先俗称为“天”的那部分空间。正是由于航天技术的出现和成熟,我们已经预见到人类的活动范围必将再次扩展到太空。因此,在1981年召开的国际宇航联合会第三十二届大会上,与会的各国代表重新界定了人类活动的范围:把陆地称为人类活动的第一环境;把海洋称为人类活动的第二环境;把大气层称为人类活动的第三环境;把宇宙空间称为人类活动的第四环境。从这里也可以看出,人类对在空间的活动是多么的重视,当然所谓的活动也不单单是能够把人送上天而已,而是要在那里从事各种有益于人类发展的活动,其中包括人类的居住环境。我们想想到那个时候将是什么样子?所以说,人类并不满足能上天。当然人类要进入第四环境,比进入第二、第三环境要困难得多。

太空环境

自宇宙大爆炸以后,随着宇宙的膨胀,温度不断降低,现在,太空已成为高寒的环境,平均温度为零下2703℃。

在太空中,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成宇宙射线。如太阳有太阳电磁辐射,太阳宇宙线辐射和太阳风,太阳宇宙线辐射是太阳在发生耀斑爆发时向外发射的高能粒子,而太阳风则是由日冕吹出的高能等离子体流。

许多天体都有磁场,磁场俘获上述高能带电粒子,形成辐射很强的辐射带,如在地球的上空,就有内外两个辐射带。由此可见,太空还是一个强辐射环境。

太空还是一个高真空、微重力环境。重力仅为百分之一到十万分之一g(g—重力加速度),而人在地面上感受到的重力是1g。

太空资源

或许一说到资源,大家首先想到的是水、石油、煤炭和各种矿物等,很少有人一下子会想到太空资源。事实上太空资源是取之不尽用之不竭的。只是因为科技所限,所以才未能大规模开发。下面简单介绍几种常见的太空资源:

太空轨道资源

太空中人类信息的提供者——卫星事实上,与海、空航线一样,太空中的卫星轨道也是一种资源,而且是一种重要资源。