1997年,美国在“哈勃”太空望远镜的上面又增添研究宇宙红外辐射的新设备。
1999年对“哈勃”进行第二次维修,然后将它推进到更高的轨道上。“哈勃”将为人类进一步揭示宇宙的奥秘做出新的贡献。航天器如何应用?载人航天器在太空飞行期间,空间导航设施起着重要的作用,它是航天交通网的“路标”。
空间导航的主要任务是监测航天器距目标的距离、飞行速度以及飞行方向的偏差,导航工作最主要是进行跟踪测量。
空间导航和地面导航不同,地面导航飞行器的飞行轨道是预先设定好的,在飞行器飞行过程中通过各种仪器描绘出它实际的飞行轨道,然后对比其预先测定的轨道模型,及时修正飞行器的飞行姿态,这样就可以完成预定的任务。载人航天器在飞行过程中,在不同的阶段将采用不同的空间导航方法。这是一个非常复杂的过程。在航天器地面控制飞行期间,可采用无线电测距和基线测量法测速。
航天器可以采用惯性测量装置、空间六分仪和光学星图表,使航天员时刻都能知道自己的飞行状态。
载人航天器在轨道对接时,要进行机动飞行,时刻调整偏差,这时主要采用无线电测距和航天员目视跟踪。
航天器在降落过程中可采用雷达测距和多普勒测速,向地面降落时可以采用着陆辅助设备。航天器在大多数阶段都要靠地面导航设备来导航,美国宇航局主要依靠地面雷达进行跟踪测试,然后再根据信号计算航天器飞行的距离,其精度可以精确到几米。
导航卫星是在轨道上运行的,飞行器不可能在任何时刻都能用雷达测到导航卫星,这就需要进行网络式的导航。美国研制的卫星导航系统采用均匀分布在轨道平面上的24颗卫星组成的3个卫星网来进行导航。这样,在地球上任何地方都能同时看到6颗导航卫星,飞行器就可随时随地用它来进行导航了。它的导航定位距离误差在6米~9米之内,测出的速度误差小于0.6米/秒,定位所需的时间不超过1分钟。卫星导航这种先进的导航手段,非常适用于对天上、陆上、水上、水下的航行工具的导航,被誉为太空的“指南针”。空间平台能代替人造卫星吗?航天技术不断发展,人造卫星逐渐暴露出许多难以解决的问题,总体来讲,人造卫星的有效载荷小、功能单一、成本高、寿命也比较短。
而且各国单一用途的卫星相继发射上天,造成空间轨道的拥挤,限制了它的功能和应用范围。考虑到这些问题,20世纪70年代中期,空间平台的设想应运而生了。据专家介绍,空间平台可采用大型构件积木式组装建成。
它可以设有多种对接口,供航天飞机、轨道间飞行器等“停泊”,可以加注燃料、更换、修理物件和设备,使之永久地留在空间工作。由于平台的有效载荷大,它还可以同时搭载通信、气象、天文等多种学科所需的大型设备。空间平台不载人,只要给予短期照料就可以了,因此风险小,投资少,技术可行,没有污染,不受干扰。发射一个空间平台,耗资仅相当于发射数颗人造卫星,但它能灵活地执行各种复杂的马拉松式的太空任务。
空间平台可以协调多学科的关联工作或各种有效载荷同步工作,大幅度降低了成本,同时也缓解了轨道拥挤状况。今天,许多国家都在研究开发。
专家预测,这种由人造卫星发展起来的组合式大型“超级卫星”,将是21世纪应用卫星发展的必然趋势。
从20世纪80年代开始,许多国家都投入空间平台的研究,提出的方案也不少,有共轨平台、极轨平台、静止平台、地球观测极轨平台、科学与应用平台等等。其中,欧洲空间局提出的一种“卫星簇式”的专用通信平台方案受到大家的关注。
专用通信平台是将9颗小型卫星置于同一轨道上,作“编队运行”,形成星座。各卫星之间用激光或微波线路连接,形成无机械连接的大型空间平台。到21世纪空间平台将逐步取代各类应用卫星,在浩瀚的太空中熠熠生辉。
空间站时代来临了吗?空间站也是一种飞行器,与一般的航天器相比,它是更大的、更先进的、飞行时间更长的飞船。科学家把它比喻为一个环绕地球运动的、半永久性的“活动房子”,人们可以轮流在那里进行科学研究、试制新产品。
空间站是太空科学研究的基地。在空间站上,主要实验与失重有关的种种学科,项目非常广泛,包括生物、物理、化学、冶金、工艺、材料等各个领域。另外,还有对地球及整个宇宙空间进行观测的项目。
空间站一般由几段圆柱形的舱段构成,是最早可住人的“太空楼阁”,这里设有工作舱、服务舱、对接舱,所有设备都装在舱内和舱的外表面上。空间站进入轨道后,舱外的太阳能电池板和天线等自动展开。
工作舱内,设置着各项研究试验用的有关仪器设备。
服务舱内,装有机动发动机、姿态控制发动机、推进剂、氧气瓶、供电系统、无线电系统等。对接舱则用以对接载人飞船或运送给养的载货飞船等.最早建立空间站获得成功的有前苏联的“礼炮号”空间站和美国的“天空实验室”空间站。
1971年4月19日,前苏联将“礼炮1号”空间站送上地球的近地轨道,这一壮举把载人的航天活动推向了高潮。这个空间站的主体最大直径4米,总长12.5米,总重约18.5吨,它只在轨道上运行了半年,进行了综合性的科学考察和对地观测。
此后,前苏联人相继发射了6个“礼炮号”空间站,都是以“礼炮1号”为基础,改进设计、更新设备而发展起来的。1973年5月14日,美国用“土星5号”运载火箭将“天空实验室”空间站发射到435千米高空的近圆形轨道上,每93分钟绕地球一周。
这个空间站是美国的第一个航天站,主体直径7米,长36米,总重82吨,有轨道舱、过渡舱、多用途对接舱、观测用的望远镜和供给能源的太阳能电池板等。
随后,美国又用“土星1B”运载火箭将“阿波罗”载人飞船送上太空,与它对接。这个“天空实验室”在历时近半年的时间里,先后接纳了3批共9名宇航员参加实验和生活,开展了许多科学研究工作。
他们用58种仪器对生物学、航天医学、太阳物理、天文、地球物理和材料工艺等学科做了270多项试验,取得了丰硕的成果。
国际空间站是人类移居太空的开端吗?1993年9月,美国和俄罗斯联合签署了一项协议,在俄罗斯“和平号”空间站和美国“自由号”空间站的基础上,共同建造大型的国际空间站,后来由俄罗斯、美国、加拿大、日本和欧洲空间局一起参加建造大型的国际空间站,计划从1997年11月开始建站,到2002年6月建成。这个空间站将是世界上第一个真正的国际空间站,称为“阿尔法号”国际空间站。
计划中的这个空间站总重达415吨,主桁架梁长88米,太阳能电池板展开的最大宽度为110米,可长期居住宇航员6名。建站的准备工作已经开始。国际空间站包括6个实验舱、1个居住舱、2个节点舱,以及服务系统和运输系统等。开始建站时,俄罗斯首先用“质子号”运载火箭发射功能齐全的“和平2号”的核心舱到平均354千米高度的装配轨道上,这可为建站工作供给能源、备用燃料、推进装置和多个对接口,具有推进、导航、姿态控制、散热和跟地面站通信的能力。
此后,再发射4次,使空间站初步具备供宇航员长期居住的条件和救生手段。第二步,美国发射主桁架梁、太阳能电池阵和加拿大提供的17米长的机械臂。这种机械臂可沿主桁架梁移动,搬运有效载荷、装配、修理和更换空间站的硬件。
同时,美国、欧洲空间局和日本的各种实验舱也发射上天,与空间站对接。整个空间站的建成,约需天地运输系统发射60次。这种大型的永久性的国际空间站最终将转移到426千米高空的工作轨道上运行。空间站建成以后,可以接纳6名宇航员长期留住在这里工作和生活。这种世界性的空间站主要是进行各种空间技术试验,包括微重力材料科学研究人在空间长期生活对人体影响的研究以及探索微重力应用的商业前景。21世纪开始时,人类移居太空将有一个崭新的开端,那么,迎来“海市蜃楼”似的太空城也不再是匪夷所思的事情了。
“太空城市”建在哪里呢?中国古代有一个笑话,有一个富翁要求建筑师为他建造一所只有第三层楼的“空中楼阁”,人们都嘲笑他愚昧无知。如今,时代不同了,我们不仅要造“空中楼阁”,还要建立“太空城市”。
“此阁几何高?何人之所营?侧目送日落,引手攀飞星。”苏轼的这几句诗便是对太空城市的很好的描述。随着各种各样的空间站、空间工厂的大批建造,人类势必要在宇宙空间发展出一个完整的体系,建立起空间城市。
人类到宇宙空间建立居民点,去开辟新天地、建立新的生活,已不再是遥远的未来。那么,太空城市建在哪里呢?首先,它必须是永久性的,不能坠落;在轨道运行的飞行器,极其稀薄的空气都会使它减速,最后坠落;距地球数万千米的同步卫星也只有20多年的寿命。那么,永久性的太空城市必须建在远离地球的地方。
可是,人们又会担心,大空城会不会飘走呢?据科学家计算,在太空有一些特殊的点(区域),在这些点上,太阳、地球、月球的引力相互平衡,位于这些地方的物体就能像放在碗底的小球一样,不会轻易离开自己的位置,这些点以意大利天文学家拉格朗日的名字来命名,称为拉格朗日点。
1952年美国科学家建议将第一批太空城市建在代号为L5这个经过计算的点上,城市运动着,但始终保持着与地球、月球相对不变的位置。从L5到地球仅需5天,交通十分方便。距月球也不算远,可以充分利用月球资源。太空城的样子和规模如何?美国科学家奥尼尔提出了万人车轮空间城的方案,这是最简单、最成熟的设计,它将是人类的第一座太空城市。万人车轮空间城的外形像一个车轮子,直径1800米,“轮胎”直径130米,里面是位置交错排列、相互隔开的6个居民区和农业区。车轮绕轴旋转,每分钟转1圈。这是为了在太空城制造“人工重力”,使人在那里不会四处飘浮,感觉像在地球上一样。太空城外有一面大镜子和若干小镜子,调整这些镜子的方位可以使居住区有日、夜之分,使农业区有所需的阳光和温度。居住区内有各种各样的建筑物,作为住宅、商店、医院、学校等使用;农业区种植作物,饲养禽畜。城里交通四通八达。
那么,城市的空气、水和食物从哪里来呢?初期当然都来自地球,随着技术进步,将来还可以从小行星上得到大量的氢作为能源。其实,最大的问题是人类要在太空城永久居住下去,就必须形成自己的一个闭式循环的生态系统。这方面的实验正在紧张地进行。在宇宙空间建设人类社会绝非幻想,21世纪就要成为现实,人类的子孙将告别亲人、告别地球,奔赴空间工地,他们是空间城市的建设者,也将是第一批太空移民。
这将是名副其实的新人类!世界上只有地球适合人类居住吗?大家都听说过UFO(不明飞行物,或称飞碟)。如果UFO是宇宙间的智慧生物派遣来的飞行器。那么,具有高度文明和科学技术的生物(外星人)来过地球吗?在浩瀚的宇宙深处真可能有高度发达比人类更先进的文明社会吗?那个星球上的生命又是怎样产生、演化的?对这些问题,人类正在积极的探索之中,下一个肯定的结论还为时太早。现代恒星演化理论认为,50亿年以后,太阳的亮度将增加100~1000倍,海洋中的水会沸腾、蒸发、干涸,大气分子会逃逸掉,人类及其所创造的文明将面临严峻的考验。
人类为了自身的生存和发展,就必须采用科学的态度寻找地外文明。眼光要开阔,不能总是局限在地球的小圈子里。寻找地外生命,火星是最大的热门。20世纪90年代,火星生命探索成为新热点。1996年7月,美国科学家说,一块来自火星的陨石使得科学家们怀疑,早期火星上可能曾有生命,这11块陨石是在南极冰面上发现的,于45亿年前在火星上形成的。
美国的“火星探路者”已于1997年7月登陆火星,带回大量的宝贵资料。美国宣布,在2010年前,将向火星发射10枚无人驾驶航天器,去火星进行考察。除直接发射飞行器外,我们还采取了其他寻找地外文明的方法,最常用的是给宇宙人发信、电报和唱片。人类发射的“先驱者10号”和“先驱者II号”探测器给宇宙人带去了“信”。“信”是刻在一块长22.9厘米、宽15.2厘米、厚1.27厘米的特制铝板上的一幅画,这幅画几亿年、甚至几十亿年都不会变形。画中标出了太阳、地球和其他行星的相对位置,有男女的裸体图形,这是地球人对外星人发出的诚挚邀请。
如果真的有宇宙人,他们是会读懂这封“信”的。1974年11月16日,地球最大的望远镜以极强的电波向宇宙发出一封长达3分钟的电报,电文是用数学语言编写的,大意是:这是我们怎样从1数到10,这是我们认为有趣和重要的氢、氧、碳和磷,这是我们认为把这些原子结合起来的一种有趣和重要的化合方法。电波以光速传向宇宙深处,人们盼望外星人能破译电文的内容。“旅行者”还给宇宙人带去了一张唱片--地球之音。
唱片详细介绍了我们地球上的人类文明。经过几万年、几十万年,它们到达另一个星系,只有我们的后代才能知道宇宙人是否收到了唱片。
茫茫宇宙,直至如今,我们还是孤独的旅行者,我们期待着早日发现地外生命,结束在宇宙中默默独行的历史。