书城童书影响中国学生的十万个为什么·辉煌科技1
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第5章 何为“水星”计划(3)

庆大霉素是目前广泛用于临床的广谱抗生素,但是,生产庆大霉素的菌种的生产能力比较低。而太空育种则可以大幅度地提高庆大霉素的产量。生产庆大霉素的细菌的孢壁厚,而且化学组成特殊,对一般的理化诱变因素有一定的耐受性。利用太空失重和生长快的条件等,就可以使生产庆大霉素的细菌发生基因突发,然后再选择那些发生过基因突变和生长快速的菌种,可以提高庆大霉素的生产能力。

此外,将不同的微生物送入空间站,可以更好地了解太空条件对微生物生命活动影响的本质,可以观察重力变化导致菌体形成的变化,分析酶活力的水平和重组质粒的稳定性,观察菌株产生抗生素、有机溶剂的能力及其他新的代谢变化情况,筛选优于原种性状的新菌株等等。

“美苏对接”是怎么回事?

人们高度关注载人航天的安全问题,航天科技工作者为此倾注了全部力量,但事故总是难免的。随着载人航天事业的发展,事故救援越来越显得迫切需要。

航天活动的范围是远远超出国界的,航天事故的救援,更需要全球的支援。

在“冷战”时期,美国和苏联在政治上严重对立,在航天事业上也展开激烈的竞争,但在航天事故救援上却找到了共同利益。

1972年5月24日,美国总统尼克松与苏联部长会议主席柯西金签订协议,商定3年后美苏各3名航天员乘各自的飞船,与“礼炮”型航天站对接,一起飞行56小时,两国航天员共同工作,探索在未来太空事故中拯(zhěng)救航天员的某种能力。

美苏对这次轨道对接和联合飞行都非常重视,它们相互提供了对接装置的图纸资料,在1973年初就各自确定了参加联合飞行的航天员,苏联还于1974年12月2日发射了“联盟16”号载人飞船,为美苏飞船的轨道对接作准备飞行,美国航天员为两国航天员的太空会合而苦学俄语。

1975年7月15日,苏联从拜科努尔发射场用“联盟”型火箭发射了“联盟19”号飞船,7个半小时后,美国从肯尼迪航天中心用“土星1B”火箭发射了“阿波罗”飞船的指挥舱和服务舱,追赶“联盟19”号飞船,两天后,两艘飞船在太平洋上空会合并对接。

对接舱门开启后,苏联航天员阿·列昂诺夫与美国航天员汤姆·斯塔福德首先热情握手,互致问候,然后,苏联航天员瓦·库巴索夫与美国航天员狄克·斯莱登、万斯·布兰德都进行了互访。在16小时47分钟的联合飞行中,两国5名航天员联合进行了科学实验,如冶炼铝钨合金等。在两艘飞船脱离对接前,两国航天员交换了针叶松和加拿大枞(cōng)树种子作为纪念。

“联盟19”号飞船于7月21日在哈萨克斯坦境内着陆,“阿波罗”飞船则于7月24日溅落在太平洋上。

人们将“冷战”中的这次太空握手简称作“美苏对接”,不失为一件美谈。

航天飞机是如何诞生的?

一枚航天运载火箭发射一艘航天飞船,都是一次性使用,很不经济。让它们重复使用,是必然的逻辑发展。

美国在顺利执行“阿波罗”载人登月计划的鼓舞下,也满腔热情地投入可重复使用的航天运输系统的研制,做为航天站的往返运输系统,并以此取名为“Space Shuttle”,即“太空穿梭机”。我国着名科学家钱学森根据“航天”的定义,并联系到航空,将其转译为“航天飞机”,非常贴切。

航天飞机的设想是美好的,但实施起来却是非常困难。美国人设想了许多方案,都难以达到预想的完美程度。

要从地面起飞,最好是像飞机那样充分利用空气动力,这样就要有机翼,就要水平起飞。所以最早设想的一种方案,像是一架笨重的飞机,比B-52巨型轰炸机还大。因为它必须有足够的推进剂,使其加速到宇宙速度,巨大的燃料就把它的身体撑起来了。让这样的庞然大物飞起来,并进入太空轨道,技术难度可见。

后来推出一种方案,将一架庞大的飞机分成两架,让大的驮载小的。大飞机在地球大气层中飞行,它可以只带燃料,而利用空气中的氧气燃烧,这样它就可以大大瘦身了。在达到一定速度后,小飞机启动火箭发动机进入轨道,所以被称为“轨道器”。不过,这种轨道器的运载能力有限。

1971年,洛克威尔公司推出一种新的两级方案,将轨道器加长加大了。这种方案实施起来技术难度很大,成本也很高。

1972年,格鲁曼公司提出一种新方案,放弃了全部重复使用的想法,将质量最大的、起飞时使用的推进剂装在一个外挂燃料箱中,用完后扔掉。同时,再设两枚固体火箭帮助起飞,完成任务后分离。当然,这样一来就必须垂直发射了。这个方案成本较低,经完善后就是现在的航天飞机。

虽然是部分重复使用,但研制起来技术难度仍然很大。“天空实验室”航天站在1979年7月坠毁时,也没有等到航天飞机到来。直到1981年4月12日,航天飞机才第一次轨道试飞成功。

美国航天飞机的组成和结构?

美国航天飞机是追求航天运载工具重复使用的产物,因而它是一种特殊的航天运载工具。由于它的轨道器在轨道上运行,因而可以执行航天器的任务,如对天地进行观测等。同时,由于轨道器上设有密封座舱和生命保障设备,因而又具有载人航天器的功能。

美国航天飞机由轨道飞行器、外挂燃料箱和固体火箭助推器三大部分组成。

轨道飞行器。简称轨道器,它是美国航天飞机最具代表性的部分,长37.24米,高17.27米,翼展29.79米。

它的前段是航天员座舱,分上、中、下3层。上层为主舱,有飞行控制室、卧室、洗浴室、厨房、健身房兼贮物室,可容纳8人;中层为中舱,也是供航天员工作和休息的地方;下层为底舱,是设置冷气管道、风扇、水泵、油泵(bèng)和存放废弃物等的地方。

它的中段为货舱,是放置人造地球卫星、探测器和大型实验设备的地方,长18.3米,直径4.6米,可装载24吨物品进入太空,可载19.5吨物资从太空返回地面。货舱的上部可以像蚌(bàng)壳一样张开。与货舱相连的还有加拿大制造的遥控机械臂,用于施放、回收人造地球卫星和探测器等航天器。在货舱中也可用上面级火箭将航天器发射到更高的轨道。在货舱中还可对回收的航天器进行修理。

它的后段有垂直尾翼、三台主发动机和两台轨道机动发动机。主发动机在起飞时工作,它使用外挂燃料箱中的推进剂。每台可产生1668千牛的推力。

在轨道器中段和后段外两侧是机翼。

在轨道器的头部和机翼前缘,贴有约2万块防热瓦,保护轨道器在回返时不被气动加热产生的600-1500℃的高温所烧毁。

在轨道器的头锥部和尾部内,还有用于轻微轨道调整的小发动机,共44台。

外挂燃料箱。简称外贮箱,长46.2米,直径8.25米,能装700多吨液氢液氧推进剂,它与轨道器相连。

固体火箭助推器。共两枚,连接在外贮箱两侧上,长45米,直径约3.6米,每枚可产生15682千牛的推力,承担航天飞机起飞时80%的推力。

“暴风雪”号航天飞机是什么样子?

苏联曾暗地里与美国搞载人登月竞争,只是发射登月飞船的“N-1”巨型火箭,在1969年2月第一次试射时,起飞后54秒爆炸。7月3日第2次试射又爆炸,这就将抢先载人登月爆成了泡影。1971年和1972年又各进行一次发射,均告失败。登月计划也悄然取消了。此后集中力量搞航天站,用一次性火箭发射一次性使用的载人飞船与航天站配套,逐渐取得成功。

但是,苏联并没有排斥发展可重复使用的运载工具,一种叫做“暴风雪”号航天飞机的往返运输系统,也在不紧不慢地进行着研制。1988年11月15日,成功地进行了第一次无人驾驶轨道试飞。“暴风雪”号航天飞机由轨道器和运载火箭组成。

轨道器的外形与美国航天飞机轨道器相似,长30米,高16米,翼展24米,机身直径5.6米,货舱直径4.7米,长18.3米。但轨道器上没有起飞时使用的主发动机,因而有更大的密封座舱容积和有效载荷量,可容纳10名航天员,可将30吨货物从地面带到太空,将20吨货物从太空带回地面,最长可在太空飞行30天,返回时可机动飞行,有更大的着陆时间和空间选择。设计寿命可重复使用100次。

运载“暴风雪”号航天飞机轨道器的是“能源”号火箭。这种火箭是在“N-1”火箭的基础上研制的,是迄今已使用过的火箭中最大的火箭。它由芯级加液体助推器组成,根据不同大小的载荷使用不同数量(4-8枚)的助推器,最大有效载荷可达270吨。发射“暴风雪”号航天飞机轨道器时使用4枚助推器。与其它火箭发射航天器时的情形不同,“暴风雪”号航天飞机不在火箭的顶端,而是驮载在火箭的侧身上。在这里,“能源”火箭大致相当于美国航天飞机的外贮箱和固体火箭助推器。由于苏联经由社会动荡到解体,“暴风雪”号航天飞机终未投入使用。由于经费难继等原因,继承者俄罗斯取消了“暴风雪”号航天飞机计划。“暴风雪”号航天飞机没有能够成为一种往返运输系统,苏联第三代航天站也没有等到自己的航天飞机到来。

“和平”号航天站是什么样子?

1986年2月20日,当“礼炮7”号还在轨道上正常运行时,苏联发射了它的第三代航天站——“和平”号航天站的主体,重21吨,长13.13米,最大直径4.2米,带有6个对接口。以后陆续对接了“量子1”、“量子2”、“结晶”、“光谱”和“自然”号等5个专业舱。使“和平”号天航天站的质量,在对接一艘载人飞船、一艘货运飞船时,达到137吨,全长32.9米,体积达400立方米,成为最大的轨道航天器,形体非常壮观。

苏联解体后,维持“和平”号航天站的经费十分困难,俄罗斯尝试包括拉赞助在内的种种办法筹(chóu)集经费,但成效不大,原因很多。其中美国人不愿意看到这样一个航天站在轨道上继续运行,特别是在由美国主导的国际航天站开始组装以后更是这样。俄罗斯无奈忍痛让“和平”号航天站于2001年3月23日在太平洋上空解体坠毁。

“和平”号航天站的设计寿命为5年,它实际上运行15年多。共有35艘“联盟T”和“联盟TM”型载人飞船,62艘“进步”和“进步M”型货运飞船,9架次美国航天飞机与它对接,134人次进站工作,共完成23次考察,近17000次科学实验,传回的无线电信息达100多万张计算机软盘,从“和平”号共运回4.7吨试验物体;在“和平”号上的0.09平方米的温室里,共培植出100多种植物;从“和平”号上共发现地球上的10个稀有金属矿区、117个油脉;从“和平”号上探测到宇宙中的超新星爆发,并窥(kuī)视到它的内核。

航天员尤·罗曼年科、穆·马纳罗夫和弗·季托夫、瓦·波利亚科夫先后在“和平”号上创造连续飞行326、366和439天的记录。俄罗斯女航天员叶·康达科娃、美国女航天员香农·露西德则先后创造169和188天的连续飞行记录。

航天员在“和平”号出舱活动78次,在太空行走的时间达359小时12分钟。其中阿·索洛维约夫5上“和平”号,舱外行走16次,合计时间77小时。谢·阿夫杰耶夫3上“和平”号,累计飞行时间737天。

“和平”号绕地球飞行8万多圈,航程35亿千米。

你知道追赶彗星的“罗塞塔”吗?

2004年3月2日欧洲航天局的“罗塞塔”探测器启程飞向丘里莫夫-格拉西缅科彗星,按宇宙尺度这次飞行距地球不是非常遥远,其远地点稍稍飞离木星轨道之外,而近地点处在地球与火星轨道之间,围绕太阳飞行一周时间约为6.6年。

但是为了飞入彗核附近的轨道,“罗塞塔”需要提高到足够高的速度,为此它必须在地球引力场中完成3次机动飞行,还有一次机动飞行是在火星引力场中,并4次围绕太阳飞行。现在“罗塞塔”计划飞行控制中心专家正在检验“罗塞塔”上的仪器设备,根据3月8日的情况来看,“罗塞塔”已处于离开地球约200万千米的地方,在此距离上对飞行控制中心发出的信号作出回应只需要14秒钟,现在是利用设在澳大利亚和西班牙的航天通讯站与“罗塞塔”进行联系,同时利用法属圭亚那库鲁航天发射场对“罗塞塔”进行跟踪。

测试结果表明,“罗塞塔”通讯系统工作正常,现在它的主天线最大通信能力达到22千比特/秒,副天线由于离开地球太远现在传输数据的速度仅为7.8比特/秒,而且很快它的通信将中止。飞行控制中心也对“罗塞塔”上空间方位控制系统进行了试验,并对随舱陀(tuó)螺仪进行了校准。还对舱内储存系统进行了试验,储存系统容量为256千兆比特,另外还测试了供电系统和太阳能电池板转动性能,太阳能电池板应该总是处于与太阳光线垂直的位置。

对“罗塞塔”最初飞行阶段按计划进行的全部测试工作完成得很顺利,甚至是超进度完成测试。因此可以说目前一切进展正常,但不应忘记,“罗塞塔”还面临很长的行程。按计划,“罗塞塔”应在2005年3月在地球引力场中进行下一次加速飞行。