书城科普读物为了地球领导权——人造卫星
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第27章 阳光下的偷窥狂——海洋监视卫星

海洋监视卫星

2007年6月15日,美国国防部在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射了2个神秘的航天器。

“发言人先生,有一个很奇怪的问题:刚发射的两个航天器没有在正确的轨道上。”

“卫星飞到哪儿去了?”记者问。

“非常抱歉,由于技术故障,被放进错误的轨道。”

“为什么会失误?”

美军发言人耸耸肩说:“这只是一个轻微的、很容易处理的故障。”

这是两颗美国海军的海洋监视卫星,美国海军编号分别为:NOSS-3-4A、NOSS-3-4B;美军代号:USA-194;美国北美防空司令部编号:NROL-30。它是第三代海洋监视卫星,由洛克希德·马丁公司制造。美国海军A、B两颗海洋监视卫星组成一个星座,共重6500千克,轨道参数保密。它归美国国防部的国家侦察局和美国海军共同拥有。2001年以来,海军海洋监视卫星已发射了3对。这次由于“半人马座”火箭上面级在第二次点火时过早关闭了,卫星停留在低轨道。美军实施拯救方案,推进发动机点火,花了九牛二虎之力才达到目标轨道。

海军海洋监视卫星上装载了雷达、高灵敏度红外相机,具有探测水面舰船与潜艇;能够穿透云和海水,探测到高速潜航的导弹核潜艇,判定舰艇的准确位置以及航向数据。

海洋监视卫星是舰艇的克星。舰艇想利用夜色和雾气秘密地航行,会被海洋监视卫星笑话。各种潜艇在深海里航行,悄悄地接近目标,已成为过去。那种偷袭珍珠港的作战方式已是十分幼稚的想法。

海洋监视卫星应该为人类监视海洋,但大部分海洋监视卫星却弃明投暗,充当海上间谍,所以有“海上谍影”之称。海洋监视卫星常常装有电视摄像、雷达、无线电接收机、红外探测器等侦察设备。巡航的军舰和潜航的潜艇,一不小心就泄露了“天机”。

为了对广阔的海洋连续监视,海洋监视卫星轨道一般比较高,在高度为1000千米左右的近圆轨道,并需要由多颗卫星组成海洋监视网,像蓖头发一样将海洋上上下下蓖个透。在几百千米甚至上万千米的太空,一双双偷窥的眼睛已经把人类的战场看得清清楚楚。如果某一天发生战争,几艘核潜艇被导弹或鱼雷摧毁,不用怀疑,那一定是海洋监视卫星的功劳。

“宇宙”海洋监视卫星

苏联海军部最早研制海洋监视卫星,拥有两种动力和侦察方式:核反应堆提供能源的雷达海洋监视卫星和太阳能供电的电子海洋监听卫星。“宇宙”海洋监视卫星有4个系列,都混编在“宇宙”号卫星家族里。

“宇宙”号核动力海洋监视卫星是雷达探测型卫星,装载了海洋无线监控系统。卫星总长14米,重约4500千克。卫星由姿控发动机、星载雷达系统和核动力电源系统3部分组成。卫星有3套推进发动机:大推力入轨发动机、中等推力轨道修正和机动发动机、小推力发动机。

“宇宙”号核动力海洋监视卫星的星载雷达系统由2套长达8米的矩形相控阵天线组成,重2700多千克,分辨率20~30米。

“宇宙”号电子海洋监听卫星装载海洋无线监控系统,太阳能供电。它使用电子情报设备从太空跟踪舰艇电子信号。星载雷达截获舰艇上的雷达、通信和其他无线电设备发出的无线电信号,对海上的军事目标进行监听。卫星搭载了3300千克有效载荷,包括无线电侦察系统、电子伪装和自我保护等系统。发动机系统保持轨道高度,在飞行任务结束后,将卫星脱离轨道。

“宇宙”号电子海洋监视卫星都是在拜科努尔航天中心搭乘“旋风-2”运载火箭发射升空。卫星运行在420千米、倾角65°的圆轨道上。有时,卫星变轨到168~337千米,可以以不到170千米的高度侦察、监视海洋。这种极限高度侦察,任何一艘军舰、潜艇都逃不过它的眼睛。

1982年,英阿马岛之战时,苏联接连发射了代号为“宇宙-1365”号和“宇宙-1372”号的海洋监视卫星。“宇宙”号卫星沿着低轨道飞到英军特混舰队上空。卫星上的雷达扫描这支一面急行军一面演习的特混舰队后,“宇宙”号卫星发现英军“无敌”号、“竞技神”号航空母舰率领40多艘军舰组成的庞大舰队。苏联将英军的机密告诉给阿根廷。阿根廷马上调整了打击英军的战略战术。

“宇宙”号卫星上面装有红外辐射仪等高灵敏度的探测仪器,不仅能够发现和跟踪海上目标,而且能够监视水下60米深的核潜艇的活动。它能测量出核潜艇上的核发动机排出的热量与周围海水的温差,计算出潜艇在海下的坐标、航向和速度。英军的“征服者”号等4艘核潜艇悄悄潜行,但没有逃过“宇宙”号海洋监视卫星的眼睛。每天几份核潜艇航行的情报放在阿根廷司令的桌子上。

“宇宙”号海洋监视卫星通过无线电把收集到的情报发回地面站。苏联把英军情报悄悄提供给阿根廷军队。阿根廷空军以弱胜强,一举击沉了英国当时号称最先进的“谢菲尔德”号导弹驱逐舰、“考文垂”号导弹驱逐舰、“羚羊”号等6艘英舰。

“奥林匹亚”海洋监视卫星

美国海军的“奥林匹亚”海洋监视卫星全名是空间广域监视系统,每颗重3.25吨,运行在454千米的圆轨道上。“奥林匹亚”是机密卫星。

2001年9月8日在美国范登堡空军基地第一次发射,到2006年6月15日,共发射4组8颗,最后一次火箭未将卫星送入轨道。

“奥林匹亚”运行在近地点1100千米、远地点9000千米、倾角64.3°的大椭圆轨道上。它不但可以看清海面的舰艇,还可以看清水下潜艇的活动,包括潜艇所在的经纬度、深度及活动方式。美国国家侦察局指挥“奥林匹亚”的运行,海军部、情报安全局分享侦察的信息。

“奥林匹亚”有一个独门绝技——隐身。一般的卫星在升空以后,卫星专家利用天文望远镜、相控阵雷达和先进仪器发现卫星的行踪,根据卫星运行的6要素,计算出这颗卫星的星历,描绘出卫星轨迹。“奥林匹亚”像一个幽灵一样神出鬼没。人们知道它在自己的头顶上飞行,但不知道什么时间在自己的头顶上飞过。军舰、潜艇、导弹能躲过“奥林匹亚”先进的红外线扫描敏感器透视的电波吗?

“鹦鹉螺”环境卫星

欧洲空间局建造的欧洲最大、最先进、最昂贵的卫星——“鹦鹉螺”环境卫星,于2002年3月1日发射成功。

“鹦鹉螺”环境卫星,重量8211千克,设计寿命5年,运行在800千米高度的极地轨道,每100分钟绕地球南北极飞行一圈。“鹦鹉螺”的科学任务是检测全球气候的变化、臭氧层破坏的情况和地震等各种自然灾害。

“鹦鹉螺”环境卫星有9种先进的仪器,收集地球的陆地、水、冰,以及其他环境情况,能明察秋毫。合成孔径雷达透过云层连续发回雷达图像;图像光谱仪拍摄大海的海色和陆地变化的影像;扫描辐射计记录地球表面和海洋表面的温度;雷达高度计精确地测量海洋高度,能分辨1厘米的变化;大气遥测仪和扫描影像仪能绘制污染气体及物质的分布图。

“鹦鹉螺”环境卫星拍摄的照片证明地球已经变暖。科学家预测,照此下去地球将成为一个大火炉,许多地方将没有四季分明的景象,许多地方只有像非洲大沙漠一样的旱季。那时,喜马拉雅山的冰川全部消失;南极企鹅将全部中暑死亡;北极熊将无处藏身。“鹦鹉螺”环境卫星为人类敲响了警钟。

当驱逐舰乘风破浪游弋在大洋深处,核潜艇在海洋下面悄悄航行的时候,会按时收到通信卫星发来的卫星星历。卫星星历告诉舰艇每颗海洋监视卫星飞临当地海域的信息,必须注意回避。在一长串间谍卫星的名单里,有一个漂亮的名字——“鹦鹉螺”号。“鹦鹉螺”号当科学家的同时,也过了一把间谍瘾。每一朵浪花和每一道水纹都逃不过它的眼睛。

“克里赛特”科研卫星

欧洲空间局的“克里赛特”科研卫星是一颗极地冰盖监测卫星。它担负着两项任务,一项是监视测量地球南北两极冰盖厚度的变化及变化的速度;另一项功能是监测北冰洋下面的潜艇的活动,充当“秘密间谍”。

“克里赛特”科研卫星是非常先进的卫星。它的外形看上去更像安徒生童话中的小别墅。“克里赛特”重750千克,设计寿命3年,建造过程历时6年,造价9000万英镑。卫星运行在高720千米、倾角92°的极地轨道上。它装有激光反射器、先进的雷达高度计,能精确测量冰层的厚度、冰盖和海冰的覆盖情况。

“杰森”海洋卫星

海洋在地球天气和气候变化中扮演着重要角色。海洋能够使地球空气变热或变冷、潮湿或干燥,并影响风速和风向。在过去的50年,海洋吸收了全球80%的热量。如果没有海洋,全球气候会变得比现在更加炎热。

人类通过对海洋动力学的研究,能够更清楚地了解海洋对天气和气候的影响及其对人类的影响。另外,还能了解人类自身的活动是如何影响海洋的,以及如何保护海洋这一宝贵的地球资源。

“杰森”海洋卫星是专门研究海洋的卫星。它是法国空间研究中心、美国国家航空航天局、美国国家海洋与大气局和欧洲空间局合作的典范。法国空间研究中心制造高度计和其他探测仪器,并负责卫星的组装集成和卫星测试。法国阿尔卡特空间公司制造卫星平台。欧洲空间局负责海上预测、卫星数据服务,以及气象预报。

“杰森”海洋卫星重量为553~600千克,功率550瓦。“杰森”卫星采用世界上最先进的技术和仪器,装载了:高度计、多普勒轨道集成、多普勒跟踪天线、电离层测高仪、微波辐射计、海洋测高仪、激光反射镜、全球定位系统等。

“杰森”海洋卫星运行在高度1336千米、倾角66°的太阳同步轨道上,绕地球一周时间96分钟。在这样的高度,卫星可以完全覆盖几乎无冰的海洋,每10天全面考察一次海洋。合成孔径雷达和光学遥感器可以精确观察、收集资料。海洋测高仪大大提高测量的空间范围,精准测量旋涡内海流的尺度、现象以及海洋环流模式。红外线仪器能观察识别海洋生物、海流、石头、岩石和矿物。

“宝瓶座”海洋卫星

海水有多咸?各海洋表面和深度的盐分是多少,是怎样分布和流动的?海洋盐度会不会影响全球气候?科学进步是无限的。以前辽阔海洋的盐分只是小范围测定,从没有全球测定过。“宝瓶座”海洋卫星就是专门进行海洋盐分分析测定的卫星。为什么要将海水里的盐分调查得那么清楚呢?怎样从太空品尝海水的滋味呢?

科学家们确定,在过去的一百多年中,气候变暖已经造成海平面平均高度上升。气候变化给海洋盐度带来了什么样的影响?海洋盐度又是怎么样影响气候的?科学家百思不得其解。

世界上有两种最为强大怪异的气候现象——厄尔尼诺现象和拉尼娜现象。它们与海洋、海洋盐分、地球变暖有什么关系呢?科学家只能猜,却不能完全证实。

“宝瓶座”海洋卫星由美国国家航空航天局和阿根廷宇航局研发制造。阿根廷宇航局研发卫星平台;美国国家航空航天局提供辐射计、散射仪。卫星的设计寿命3年,运行在657千米、倾角98°的太阳同步轨道上。

“宝瓶座”会画一张海洋盐分与全球变暖的拼图。海洋占地球面积的70%。海水盐度正在急剧变化。海水盐度的大幅变化是不是一种警示信号,预示会发生各种极端气候,更加干旱、洪涝,甚至还意味着加速全球变暖。

“宝瓶座”将找到海洋盐分与地球气候的基因。它将帮助科学家了解海洋盐度变化,解开季风形成之谜,破译怪异气候及其如何影响人类生活的谜底,回答一系列科学疑问。

“宝瓶座”有极高的分辨率。它有三个辐射计和一个散射计,能够化验水分子,分析水分的组成和含量。“宝瓶座”通过测量全球海洋的盐分,了解海洋、大气、地球的变化。“宝瓶座”2个月内探测的海洋表面盐度数据,比海洋学创立的125年以来记录的数据还多。它还能提供25%以上海洋以前从未观测到的科学数据。这是科学,不是奇迹。

美国国家航空航天局将从范登堡空军基地发射台发射“宝瓶座”卫星。相信“宝瓶座”确实能从太空品尝全球海洋的盐度,完成一次不可能的任务。