征服未来:向太空的长征-第2部分

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　航天器和空间应用系统
　在地球大气层以外的宇宙空间，执行探索、开发或利用太空及天体等特定任务的飞行器，称为航天器。它基本上是受天体引力的作用，按照天体力学的规律运行。航天器种类繁多，分为无人航天器（人造地球卫星、空间探测器）和载人航天器（载人飞船、空间站、航天飞机、无人飞船）两类。如下图所示。　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　人造地球卫星
　自上世纪50年代以来，人类已先后发射了约5000多个人造航天器，其中绝大部分是人造地球卫星。我国自在1970年发射了第一颗人造地球卫星东方红一号，卫星质量超过了苏联、美国、法国和日本第一颗人造地球卫星的总和，这说明我国卫星技术的起步水平高。
（1）通信卫星系统
通信卫星具有通信距离远、容量大、信号质量好、可靠性高和机动灵活等优点，因此在远距离通信、数据网络、电视教育、数据采信、电子邮件、政府行政管理、应急救灾、远程医疗、航海通信、个人移动电话等各种领域都得到了广泛的应用。
一颗在赤道上定点同步卫星可覆盖地球表面40％强。数颗同步通信卫星和地面站即可组成全球卫星通信系统。目前全世界约有近300颗同步通信卫星为200多个国家和地区提供80％的国际通信业务。已形成每年数百亿美元最大的航天产业。例如国际通信卫星组织已发展到第八代在轨的卫星有17颗。国际通信卫星8号载有44台转发器。具有可控C频段点波束，可提供3个电视频道和112500路邮字话音。
近年来出现了近地轨道移动通信卫星星座，如“铱星”是共有66颗卫星组成的星座。在技术上非常先进，但话费太贵（3美元/分钟）。结果“铱星”公司破产了。但这个趋势仍在发展。美国正在研究在太空建立全球宽带互联网。Teledesic星座将拥有280颗星。
（2）对地观测卫星
对地观测卫星种类很多，如资源卫星、气象卫星、海洋卫星、侦察卫星等。星上装有各类遥感设备（如相机、辐射计、雷达等），收集来自地球的陆地、海洋、大气层各种波长的电磁波辐射信息。然后对获取的信息进行分析，以识别物质的性质和状态。这种观测具有视野广阔，不受地理位置和国界的限制，可以迅速获取大面积、甚至全球性动态变化的信息。空间遥感在几天内完成的工作量如果用航空遥感需几个月，用人工勘测需几年，甚至不可能完成。空间对地观测的宏观性和及时性使许多领域发生了革命性的变化。
（3）导航卫星
导航卫星不受天气影响的限制，可以为卫星、飞机、导弹、船舶、车辆、人员进行导航。导航卫星网由数颗卫星组成，也称为导航卫星星座，具有全球和近地空间的覆盖能力。
导弹卫星按导航方式不同可分为测速和测距卫星，根据卫星运行轨道的高度可分为低轨道、中高轨道和地球同步轨道导航卫星。在低轨道上，一般用4…5颗多谱勒测速导航卫星组成空间导航卫星星座，保证全球用户能在约1小时利用卫星重新定位一次。在中高轨道和地球同步轨道上，一般用十几颗到二十几颗组成导弹星座，保证全球任何地方或近地空间的用户在任何时间都能同时看到6颗以上的卫星，从中选择4颗进行连续定位、定时。
目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统（加图LZP白皮书）。它采用时间测距定位原理。可对地面、海上、飞机、导弹、卫星和飞船各种用户进行全天侯，实时高精度三维定位测速和精确授时。
GPS系统是由24颗星分布在6个轨道面上组成的星座。轨道高度20000公里。卫星上装有10…13高精确度的原子钟。地面上有一个主控站和多个监控站，定期地对星座的卫星进行精确的位置和时间测定，并向卫星发出星历信息，用户用GPS接收机，同时接收四个以上卫星的信号即可确定自身所在的经纬度和高度及精确时间。
GPS系统军用定位精度
俄国也有类似的系统，叫GLONASS系统，但由于俄经济困难，且卫星寿命短，星座不能保持足够数目，影响其正常功能。
欧洲的伽利略系统也属于导航卫星星座，可能将在最近几年发射升空。
（4）我国的人造地球卫星的发展
截止2001底，我国共研制并发射了48颗不同类型的人造地球卫星。不同卫星又组成各种不同的空间（卫星）应用系统，已初步形成了3个卫星系列………实践号科学实验卫星系列、东方红通信广播卫星系列、对地观测卫星系列。另外，北斗星导航卫星系列正在形成，现分述如下：
①实践号科学实验卫星
科学实验卫星是用于科学探测和技术试验的卫星，主要利用在实际太空环境下考验卫星技术中的新方案原理、新技术和新仪器设备，以便为后续的实用卫星做技术储备。中国自1971年3月3日成功发射实践1号卫星以来，已经发射了实践2号、实践2号甲、实践2号乙、实践4号、实践5号。
②东方红通信卫星和卫星通信系统
东方红二号
1984年我国成功发射了第一颗静止轨道试验通信卫星………东方红二号，使中国成为世界上第五个自行发射地球静止轨道通信卫星的国家。通过东方红二号，一举实现了覆盖全国的信号传输，解决了军用通信和远洋船只的通信问题，彻底改变了边远地区通信落后的状况。
1988年发射的东方红二号甲是我国首次研制成功的实用通信广播卫星，有4个C波段转发器，可以传输4路彩色电视和2400路双向电话。通过东方二号甲卫星，全国有几亿人通过数千个地面接收站收看电视节目，大大改善了我国的通信和广播电视传输条件。
东方红三号
1997年发射的东方红三号是我国新研制的一种中容量广播通信卫星。有24个转发器，工作寿命为8年。这些卫星改善了我国国际通信，特别是对西部边远山区分散地区的通信。
到目前为止，我国先后成功发射了6颗通信卫星，对国民经济和国防事业发挥了巨大的作用。例如###广播已成为人民日常生活的必需，在远程教育方面，我国目前有5000多个###教育台，接受教育的人数有2000万人。
③对地观测卫星系统
a。返回式遥感卫星
我国最早的应用卫星是返回式遥感卫星。1975年11月26日，我国成功发射了第一颗返回式卫星，标志着我国成为第三个掌握卫星回收技术的国家。
返回式遥感卫星是我国最早并且发射最多的对地观测卫星，截止到1999年，我国共发射17颗返回式卫星，成功回收了16颗。它们对我国国土普查、地图测绘、空间科学实验等都发挥了重要作用。1988年开始搭载种子进行航天育种试验和地面推广工作《船天》P144。目前已取得明显的效益。我国地少、人口多，吃饭成为大问题。农业与航天技术两者结合后，获得优质高产农作物，将对我国可持续发展作出贡献。
b。中巴资源卫星
中国与巴西合作研制的资源一号（ZY…1）卫星是一个在太阳同步轨道（极轨）上运行的卫星，也是我国第一颗数据传输型卫星，它的成功运行，使我国拥有了自主的遥感卫星数据源。到目前已成功地运行了三年，已取得一两万幅图像并提供全国数十个部门使用。对全国性资源普查、农作物估产、地形图编修、城市规划、环境污染、灾害监测、河道迁移、土地沙漠化、冰川进退等提供了大量动态变化资料。为我国可持续发展提供科学依据，有着巨大的经济和社会效益。中巴资源一号卫星拍的图像（北京地区等）
c。风云气象卫星系列
风云一号
风云二号
在卫星应用上，我国气象局做得很早也很有成效，我国分别于1988年9月和1990年9月发射了风云一号甲（FY…1A）和风云一号乙（FY…1B）；1999年5月又发射了风云一号丙（FY…1C），上述三颗都是极轨气象卫星。我国在1997年6月发射了地球静止轨道气象卫星风云二号甲（FY…2A），2000年6月又发射了一颗风云二号乙（FY…2B）；风云二号的发射成功，使我国成为世界上第三个拥有极轨道和静止轨道两个系列气象卫星的国家，极轨气象卫星风云一号可飞经全球所有地区，观测全球气象变化，可提供长期天气预报信息，地球静止轨道气象卫星风云二号可实时、连续观察本地区的云图和气象变化，两者互相补充，使天气预报更准确。除此之外，还可对台风、海面温度、森林火灾，洪水灾害监测进行监测预报，为中国参与国际合作、气象信息交流、进行全球气候变化研究提供有力的技术保证。国际气象组织已把这两颗卫星列入全球信息共享网络中。
④卫星导航定位系统
我国在2000年发射了两颗同步定点导航卫星组成区域性卫星导航系统，这是我国自主初步建立的第一代卫星导航系统。　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　深空探测
　深空探测包括对月球、太阳系九大行星及其卫星、日—地之间环境的探测，为什么要进行深空探测呢？
人们希望了解人类生命的源泉—太阳，及其对地球的影响；要研究太阳系如何形成、演变及能维持多久；生命如何起源，除地球外，其他星球是否有生命和生命存在的条件，以便有朝一日人类必须移居其他星球；研究利用月球资源的可能性；探讨是否有地外文明；研究几千万年前小行星撞地球的灾难是否会重演，如何预报、预防这种灾难等重大深远的问题。
在20世纪人类已利用各种探测器遍访过太阳系中其他八大行星及其一些卫星，并对太阳周围进行探测和监测。下面列出几次精彩的深空远航：
（1）先驱者号探测外行星
美国的先驱者号是世界上第一个行星和行星际探测器，主要任务是探测地…月空间以及金星、木星、土星等行星和行星际空间，系统观测月球环境、行星际空间辐射、磁场、太阳活动等。
1972年向木星的“先驱者”10号（加图）是第一个到达木星、木星卫星、土星附近的探测器。之后“先驱者”10号携带访问地外文明的镀金铝牌飞过冥王星，于1983年飞离太阳系，进入恒星际空间，成为第一个飞出太阳系的探测器，（加图P212）。1997年“先驱者10号”已远离地球90亿公里。它发出的无线电信号要经过9小时才能到达地球站。原设计寿命22个月，但它都在太阳系深空足足工作了25年。探测器上11台同位素核能电池只剩下一台坚持工作，由于传回地面的信号太弱，因此终于忍痛与它中断联系。
1973年发射的“先驱者”11号在飞过木星后，重点探测了土星，并拍摄了第一张土星照片，探测到F、G两个新土星环。最后“先驱者”11号也携带地球的“名片”飞出太阳系。
（2）旅行者号行星和行星际探测器
美国1977年8月和9月分别发射了行星和行星际探测器“旅行者”1号和2号，主要目的是详细观测木星、木星卫星、土星、土星卫星及土星环。“旅行者”1号于1979年3月先期飞近木星，“旅行者”2号7月到达，并拍摄了木星大红斑照片，“旅行者”探测器还发现木卫1有活火山喷发、木卫2（欧罗巴）上面完全由一层冰覆盖。接着又飞近土星观察了土星环，1986年抵天王星附近，1989年抵海王星附近。截止到1998年底，“旅行者”2号已离地球86亿公里，旅行者1号已离地球110亿公里，它们是迄今为止离地球最远的航天器。目前仍在高速飞行，正在向太阳系边缘前进。它们都携带一张铜镀金声像盘，用于与地外文明相联系。
（3）水资源探测活动
自阿波罗登月计划后，自七十年代中到九十年代初探月活动处于低潮。1994年美国发射的“克莱门汀”号探测器（加图《集锦》P117）发现月球南极一个深坑不见阳光的角落可能有冰。接着在1998年又发射了“月球探月者”（加图《集锦》P117）进行水资源探测，利用中子光谱仪也认为在月球南北两极陨石坑底部存在着水与月球尘土混杂在一起。在“月球探月者”任务结束后利用剩下小量推进剂向可能有水的坑沿俯冲撞击，按计划中的设想，如果有水，就会从地球和哈勃空间望远镜能观察到氢离子和氢氧根离子。遗憾的是地面观测点未能观测到任何水的迹象。所以到现在为止月球上到底是否有水尚是一个未解之谜。
为发现火星上的水资源，迄今为止美国、前苏联都发射地近30个火星探测器。1996年美国发射的“火星探路者”，在火星上放出一个叫“漫游者”的小机器人。它边移动边观察周围景物，并对岩石做频谱分析。它所拍的照片显示火星在远古时代的确发生过特大洪水。
在2002年火星探测器“奥德赛”号又发现火星表层下1米深处有混在土中的冰。（加图PowerPoint；PP）其范围从火星南极绵延到南半球60°，预估水量可装满两个密歇根湖。另外有人还认为这仅是冰山的一角。（加图；PP）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　载人飞船
　迄今为止，苏联/俄罗斯、美国先后研制了8个系列的载人飞船。它们是东方号、上升号、联盟号、联盟T、联盟TM、水星号、双子星座号和阿波罗号。
（1）东方号系列飞船
东方号是苏联最早的载人飞船系列，从1961年4月到1963年6月共发射6艘。
（2）上升号系列飞船
上升号（加图）载人飞船是以东方号飞船为基础改进而成的。上升号一共只发射了2艘，1964年10月12日发射的上升…1号是世界上第一艘载3名航天员的飞船，1965年3月18日发射的上升…2上只有2名宇航员，其中，航天员列昂诺夫进行了人类首次太空行走，历时10分钟。
（3）联盟号系列飞船
联盟号是苏联/俄罗斯使用时间最长的载人飞船系列。它分为联盟号、联盟T、联盟TM三个发展阶段。联盟号能载3名航天员，具有轨道机动、交会和对接能力，可为空间站接送航天员，又能在对接后与空间站一起飞行，是苏联/俄罗斯载人航天计划中重要的天地往返运输系统。
（4）水星号系列飞船
水星号是美国第一个载人飞船系列，主要目的是试验飞船各系统及失重对人体的影响。从1961年到1963年水星号系列载人飞船共发射了6艘。1961年5月第一艘水星号飞船进行了载人亚轨道飞行，开始了美国载人航天历程，1962年2月，第3艘