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第12章 遨游太空(4)

着陆后约6.5小时,阿姆斯特朗身穿宇航服,首先走出登月舱。他在5米高的平台上呆了好几分钟,使自己激动的心情平静下来,才慢慢爬下9级扶梯。历史性的时候到来了,阿姆斯特朗小心翼翼地伸出左脚,踏上月球,在月球上印上了人类的第一个脚印。

他说:“对于一个人来说,这是一小步,但是对人类来说,却迈出了伟大的一步!”人类终于登上了千百年来朝思暮想的“广寒宫”。

18分钟以后,宇航员奥尔德林也踏上了月面,和阿姆斯特朗一起,采取了22千克土壤、岩石样品,拍摄了照片,安设了月震仪、太阳能电池阵和激光反射器,最后将一面美国国旗插在了这个万籁俱寂、荒凉无比的星球上。7月21日13时54分,两人离开月球与柯林斯会合,经2天多的飞行,载着三名宇航员的指令舱平安溅落在夏威夷西南的太平洋洋面上。

至此,历时8天零3小时18分钟的人类首次登月计划圆满结束。在探索宇宙的大事业中,人类迈出了历史性的伟大一步。卫星为什么不会掉在地球上呢?地球是太阳系中的一个成员,它具有得天独厚的自然环境,孕育了人类和人类文明,因此地球在太阳系中的地位十分显赫。但不公平的是地球只有一个卫星--月球,而太阳系中其他的一些行星却有几个卫星,甚至十几个卫星。

亿万年来月球孤独地伴在地球的身旁。1957年10月4日,一条火龙腾空而起,为月球送来了一个小伙伴,这就是前苏联发射的第一颗人造地球卫星--“东方1号”。它的个头虽小,却活跃异常,每96分钟便可以绕地球转一周,并且不停地与地球交换着信息。

“东方1号”卫星是一个铝合金圆球,直径58厘米,重83.5千克。它的轨道呈椭圆形,近地点228.5千米,远地点946.1千米。这颗卫星上装有两个化学电池和两台无线电发报机,把气象、宇宙线和陨石、尘埃等探测资料发送回地球,人类的太空飞行真正迈开了第一步。

西方国家和中国也不甘落后,美国的“探险1号”,英国的“羚羊1号”,加拿大的“百灵鸟1号”法国的“圣马尔科”,德国的“阿祖尔”,日本的“太隅1号”和中国的“东方红1号”相继发射成功,地球的周围也热闹起来,想必月球也感到高兴,一下子多了这么多的朋友。

人造卫星是怎样到达卫星的轨道的呢?原来,它是靠乘坐运载火箭升空的。人们把它安置在多级火箭的最前端,用一个整流罩保护着,火箭站在发射台上,一声令下,发动机点火,浓烟滚滚,火焰熊熊,运载火箭竖直起飞,在第一级、第二级火箭的推动下,迅速加速,穿出大气层。

这个阶段叫做“加速段”。然后,火箭依惯性飞行,并慢慢转弯,沿着与地球表面平行的方向运动,一直飞到与预定轨道相切的地方,这个阶段称为“惯性段”。最后,第三级火箭点火,把卫星加速到环绕程度,并送入轨道,从此,它就环绕着地球运动,开始了卫星生涯。

那么,卫星为什么不会掉在地球上呢?我们知道,挣脱地球束缚的关键是速度,当飞行器达到第一宇宙速度时,它便可以绕地球运动了。这时它虽然受到地球的引力,却掉不下来,因为卫星在高速绕地球运动时,受到一个沿半径向外的力,这个力与地球的引力相互抵消了。

航天飞机是不是飞机呢?20世纪60年代初,人类制造出宇宙飞船,实现了邀游太空的梦想。这种航天活动造价高得惊人,一次发射活动的费用要花掉10亿美元。航天器的使用是一次性的,不能重复使用。人们设想,如果能造出地面和太空轨道间多次往返飞行的飞行器该多好。

20世纪80年代初,美国人首先研制并使用了航天飞机。它是集现代航空技术、火箭技术、空间技术于一身的综合产物。

航天飞机继承了火箭导弹和空间技术全部性能,又兼具航空飞机主要特点。

航天飞机的发明,是人类航天历史中的又一个里程碑。航天飞机包括火箭助推器、轨道器和外挂推进剂贮箱三部分。轨道器像一架大型三角翼飞机,航天飞机用火箭发射入轨道后,只有载人轨道器在轨道上像人造卫星和飞船一样运行。再进入大气层后,轨道器又像飞机一样,作无动力滑翔飞行和水平着陆。航天飞机起飞像火箭,飞行像飞船,着陆像滑翔机。

它综合了火箭、航天器和飞机的技术,集航空、航天技术于一身。轨道器可以重复使用100次。

美国首批制造的航天飞机有“哥伦比亚号”、“挑战者号”和“阿特兰蒂斯号”等,每架造价约为30亿美元。航天飞机具有航天飞行器特有的优势,为人类航天活动开辟了更为广阔的前景。到21世纪初,航天飞机将占据空间运载系统的主导地位。

人们设想,要让它的往返运输功能单一化,将运送人员和运送货物的功能分开。有人可能会问:航天飞机是不是飞机呢?回答是否定的。航天飞机不像飞机那样可“随意”机动飞行。

看起来轨道器的外形像一架大型三角翼飞机,但它进入轨道以后,也是服从星际的运动规律,借助于它的初始速度和地球引力在固定轨道上作无动力运动。只有改变轨道时,它才开动变轨火箭发动机。人们常听说航天飞机完成任务后返回了地面,实际上滑翔回来的只不过是轨道器而已。空天飞机有哪些特点呢?在航空航天领域,过去情况是飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动。飞机可以重复使用,运载火箭一般不能重复使用。航天飞机每执行一次任务,都要抛掉一个庞大的推进剂箱不再回收(最近的一个新奇设想是在这种箱体内开设太空旅馆),两枚固体火箭要在海上回收,但必须经检修后才能再次使用费用很高。航天飞机每次发射需耗资3~4亿美元。

由此可见,发展可以全部重复使用的直接起飞的天地往返运输工具已势在必行。

20世纪70年代以来,一些国家都热衷研究一种将航空、航天技术结合在一起,将火箭发动机和空气喷气发动机结合在一起的飞机,它可以从地面直接起飞,直接进入环绕地球轨道飞行,人们把它叫做航空航天飞机,简称“空天飞机”。

空天飞机既能航空又能航天,既装有空气喷气发动机又装有火箭发动机。在大气层内飞行时,使用空气喷气发动机;在进入大气层外飞行时,便转用火箭发动机。这种将航空飞机和航天飞机的优点集于一身的飞机,使“空”和“天”得到了完美结合,这异乎寻常的性能使它备受青睐。

空天飞机有哪些特点呢?首先是速度快,其最大时速达3万千米,这正是宇宙第一速度,可绕地飞行,飞行高度由零高度可直达200千米以上的绕地轨道高度;其次是起降简便,维修简化,结构巧妙,并且可以一机多用;第三是空天飞机的运输成本低还不到航天飞机的10%;第四是空天飞机完全可以做到重复使用。在世界航天历史上,空天飞机第一次把航空发动机引进航天领域,充分利用大气层能源,从根本上改变了航天运输器只采用火箭推进的模式,是航空航天技术领域里的一场革命。

现在,空天飞机已成为一些国家的研究热点,人们希望它能成为21世纪天地往返的主要运输工具。目前,国外研制的空天飞机有两种:一种双级的,将空气喷气发动机和火箭发动机分别装在大型超音速运载飞机和航天飞行器里;另一种是单级的,即我们常说的“一步登天”的空天飞机,它将两架发动机都装在一架大飞行器里。

美国在20世纪80年代就着手论证单级入轨的国家空天飞机的试验机X-30。这种掠翼飞机从机场直接起飞,然后一直加速到25倍音速后即可进入地球轨道,按照它的速度计算,两个小时内就可以从华盛顿直飞东京。

令人神往的“东方快车”能带着游客遨游太空吗?盛传已久,令人神往的“东方快车”,就是美国将要开发的“国家航空航天飞机”的民用型高超音速客机的美名。这是目前正在进行研制的一种跨世纪的空天飞机的民航机,一旦研制成功,必将大大提高运输能力。

空天飞机作为一种高超音速运输机,丝毫不会辜负“东方快车”的称号,它具有效率高、耗油低、载客量大、飞行速度快等优点,是实现全球范围空运的一种经济而有效的工具。它还具有重要的军事价值,作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用,可以进一步增强现代空军的战略威慑力。美国科学家们目前设想的“东方快车”总体方案中有一种大型民用客机,它机体庞大,可以载客305名,航程12870千米,巡航时速5600千米,最大时速16090千米,飞行高度30千米。

它的推进系统将采用多循环方式的组合式发动机组,使用的燃料是液氢作推进剂。这种飞机的使用费用与目前的宽体客机波音747差不多。专家预测,如果空天飞机民用型客机获得成功,那么,2010年“东方快车”就可以投入运营。

如果把这种客机改装成能进入太空的“真正的空天飞机”,将引起旅游者的极大兴趣。

这在技术上并不困难,这种梦幻般的航天器将在不到24小时内四次飞越太平洋;世界旅游者可在3小时内游遍七州四洋,环游全球各地。这真是实现了神仙邀游九洲的美好愿望。

人们设想,2010年时,“东方快车”将载着旅游者进入近地轨道上的航天港,然后换乘专线宇宙飞船航班飞往太空城、太空旅馆、月球城或火星基地。当然,这还要看航天事业的整体发展。

现在,全球科学界为获得更快、更强的“太空穿梭机”,展开了一场激烈的争夺战,看谁将首先抢占高技术至高点,巍然屹立于科学之巅。航天器的未来动力如何?就目前而言,人造卫星、宇宙飞船和航天飞机上使用的是液体火箭发动机或固体火箭发动机。这种发动机在大气层内使用,有明显的不足之处。它没有利用空气中的大量氧气而是自带氧化剂。科学家一直在探讨,可不可以采用多种组合的发动机。设想中,组合发动机是将涡轮喷气发动机、冲压发动机和火箭发动机组合成一个整体,组合的方式有多种多样。

组合发动机在大气层内作低超音速飞行时,涡轮发动机工作;作高超音速飞行时,冲压发动机工作;在大气层外空间作超高速飞行时,火箭发动机工作。不过,这种发动机的技术要求是非常高的,要集各种高技术于一体,协调工作。

核动力也是很有希望的一种航天动力。用核燃料的裂变反应把大量的热能传给工作流体(一般用液氢),可以大大提高液体火箭发动机的推力。核火箭发动机基本上是液体火箭发动机的发展,能源是核反应堆提供的。早在20世纪50年代末,就有人对这种发动机方案进行了研究、试验工作。主要困难是反应堆的放射性和热辐射对人和材料的影响很大,要采取特殊的保护,以目前的技术水平,还难以解决。一旦轻型的防护技术问题解决了,核火箭发动机必将在航天领域大放异彩。电热火箭使用电弧加热的火箭发动机。这种火箭发动机在液体火箭的燃烧室内以两极间产生的电弧把电能转变为热能。发动机上装有发电机供应低电压、大电流的电源。

燃料通过环形电弧后温度升高,产生炽热的燃气通过喷管膨胀、加速,然后以每秒5000米~7600米的高速喷出。

这种火箭发动机在宇宙飞行器上已经采用过,但只作为辅助动力。日本研制的第一代卫星用的惰性气体氙离子发动机,就是高速喷射的电热火箭发动机。最近日本又成功地研制了第二代氙离子电热火箭发动机,减小了氙离子的损耗,今后将用于气象卫星、通信卫星和广播卫星上,其使用寿命将大大延长。“哈勃”太空望远镜到底有多厉害?为了探测更深层的宇宙,科学家们一直期待着一架太空望远镜,可以躲开大气层的阻隔,为科学家们打开天窗,观察宇宙的深处。

20世纪70年代,美国宇航局经过多年研制,成功地制造了太空望远镜“哈勃”太空望远镜,它是以近代美国天文学家埃德温·哈勃的名字命名的。1990年4月,这台造价15亿美元、长13.1米、重11.6吨、镜筒直径为4.27米的“哈勃”太空望远镜,由美国“发现者号”航天飞机携带上了太空,部署在距地面6.70千米的高空轨道上。“哈勃”太空望远镜可以观察到大约150亿光年的宇宙深处。

而目前最大的地面天文望远镜只能观察到约20亿光年远的空间。光学望远镜是太空望远镜的心脏,主要包括主反射镜、副反射镜、仪器设备等。光从舱门射入到主反射镜上,再反射到副反射镜上,而后,光又从副反射镜反射到主反射镜中心的小孔中,并在孔后成像。观测到的图像由科学仪器记录下来,传送出去。

“哈勃”太空望远镜有8台超高精密的科学仪器:大型光学接收系统,视野宽广的行星摄像机,暗弱天体摄像机,天体摄谱仪,高分辨率分光摄像仪,高速光度计,精密导向系统设备等等。

“哈勃”太空望远镜能捕捉到亮度十分微弱的发光天体,其灵敏度比地面上最好的望远镜高100倍。利用“哈勃”太空望远镜,科学家们可以拍摄清晰的宇宙图像和照片,测定宇宙物体的质量、大小、寿命、形状及其他广泛的数据资料,观测太空中的银河星系、气态星云、变光星体以及太阳系内行星大气、物理现象和征兆。借助于“哈勃”太空望远镜,科学家们打开了研究宇宙天体能量文化过程和宇宙起源的大门。“哈勃”太空望远镜为天文学界增添了一个新的、强大的天文观测工具,可以更好地观测天体,揭示宇宙中的奥秘。