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第7章 科技发明(1)

中国第一颗人造卫星星夜升空

1970年4月24日,酒泉卫星发射场折腾了整整一个晚上的综合检查于早上6时终于结束:各系统各设备的故障和隐患均已排除,现全部处于发射状态。

“0”号发射指挥员杨桓检查一结束,便躲到附近的一个锅炉房里睡觉去了。已经好几天没有睡觉了,今晚就要发射,再不保存点精力,晚上难以对付。

正当他酣然大睡之际,有人突然跑来通知他:7点钟去指挥部参加气象会议!

当杨桓走进指挥部时,钱学森教授、李福泽司令员、石荣屺副司令员以及气象室的有关人员已经到了,杨桓的妻子彭凤绍也在其中。

紧接着走进的是吴传竹,他还未落座,李福泽便问:“王好元呢?”王好元是基地气象处的处长。吴传竹回答说:“他有事去发射场了,很快就来。”“马上叫他来!”“是!”吴传竹很快把王好元叫了来。

李福泽这才宣布开会。会的议题很简单,就是看今晚可不可以发射?王好元和彭凤绍先简单汇报了一下总的情况,认为可以。钱学森问了问北京和海南的气候然后李福泽指着吴传竹说:“你再具体讲讲!”吴传竹站起来便讲:“今晚的总云量是七至十层,云状是卷云,云低高5500米,云厚500至1000米,没有降水,没有大风,没有雷电。”“关键是晚上8至10时能不能看到星星?”吴传竹刚一讲完,李福泽又提问道。

“可以看到星星。”吴传竹回答得很干脆。

“而且越往后越多!”彭凤绍补充说。

“为什么?”钱学森和李福泽几乎同时问道。

“因为根据戈壁滩这么多年的气象规律,晚间随着气流下沉,云就会变薄;云一变薄,星星就能看见!”李福泽点了点头,想了想,尔后手一挥,说:“先就这样,你们注意观察,有情况及时报告,发射窗口一定要保证好!散会!”会一散,李福泽便朝发射架方向走去。发射场上,加注分队的战士们正给第一级火箭加注燃料。下午1时35分,加注全部结束,氧化剂和燃料分别灌满了4个贮箱。

但今晚到底发不发射,仍未接到北京方面的最后命令。

李福泽来到了发射架下,叫过一位气象预报员,问了问情况,便蹲在水泥地上细细地观天。

内心相当急躁不安。20年后他回忆说,那天他最着急的,其实是希望尽快得到毛主席同意发射的消息。

就在同时,北京科委指挥所的罗舜初将军也守在电话机旁焦急地等等着。

下午3时50分,电话终于响了:

“罗舜初同志,毛主席已批准了今晚的发射!”周总理接着指示说:“请把这个喜讯告拆发射场的全体同志,希望大家鼓足干劲,过细地做好工作,要一次成功,为祖国争光!”罗舜初立即抓起通往发射场的专用电话。李福泽很快召集指挥部会议,传达了这一特大喜讯和指示。

晚8时正,指挥员下达了“一小时准备”的命令。但这时发射场的上空,依然是满天云。有云就可能有电,有电火箭发射时就有危险,而且因为有云能见度就差,直接影响光学仪器的跟踪与测量。

当人们正为头上那片乌云而忧心如焚时,更为严重的事情发生了。本来发射程序在一分一秒地往下走着,一切都很正常,负责卫星应答机的工作人员却突然报告:“应答机信号丢失!

”这时离发射时间只有35分钟了!

消息一传出,地下控制室一阵慌乱,李福泽当即严厉发问:“怎么回事?!”坐在旁边的沈振金慌忙回话:“是应答机丢失了信号!”李福泽接着又问:“故障排除需要多少时间?”沈振金又答:“得半小时!”面对如此情况,指挥部只好被迫决定:推迟发射!

但此决定只能算是向中央的一个建议,建议通过罗舜初向周总理作了报告。周总理简单询问了一下情况同意推迟发射,并强调:“必须把应答机的问题解决好!”此时此刻的李福泽,再也坐不住了,他站起来,在屋里走了两圈,又回到了原来的位置上。

而这时的钱学森,却在离发射塔100余米远的哨位旁背着双手,一边踱着步子,一边不时停下来凝视着火箭与卫星,脸上写满了焦虑与深重。作为技术总负责人的他心里清楚,如果问题不是出在卫星上,结局也许还较乐观;假若故障是卫星本身所致,那麻烦就大了!因为根据气象预测,今晚可用的“发射窗口”仅有一个小时,卫星上的问题即使能解决,也肯定会错过。

9时零5分,指挥员下达了“30分钟准备!”的口令。

就在这时,奇迹发生了。发射场上空的云层,突然神话般的裂开了一道长廊,并向着火箭即将飞行的东南方向渐渐延伸出去;“长廊”四周,星儿闪烁,清光明亮。

9时34分,站在潜望镜前的杨桓庄严地下达命令:

“一分钟准备!”各种地面记录设备开始启动。

倒时计数器上闪现出“0”字时,杨桓立即下达了“点火”的命令。胡世祥的手指对准“点火”电钮有力一按,一级火箭的4个发动机顿时喷出桔红色的火焰,巨大的气流将发射架底部导流槽中的冰块冲出四五百米远。9时35分,载着“东方红一号”卫星的火箭在隆隆的滚动声中徐徐上升。

15分钟后,指挥所的高音嗽叭传出“特大喜讯”:“星箭分离!卫星入轨!”发射场上顿时沸腾起来。

北京。中南海。

毛泽东和周恩来分别守在各自的电话机旁等候着发射场的消息。

10时整,周恩来的电话响了,话筒里传来罗舜初的声音:“总理,运载火箭一二三级工作正常,卫星与火箭分离正常,卫星入轨了!而且已经收到了卫星播放的《东方红》乐曲声!”周恩来高兴得一下子站了起来,连连说:“好!很好!我马上向毛主席报告!”说完,抓起直通毛泽东的电话:“主席!卫星发射成功啦!”有工作人员后来回忆说,毛泽东听到这个消息后,一下扔掉手中的烟头,高兴得手舞足蹈:

“好,太好了!总理,准备庆祝!准备庆祝!”〖MZ(2H〗蝴蝶苍蝇与航天技术〖MZ)〗人造地球卫星在离地面300公里的高空运行,大约在65%—70%的时间内,受到太阳的强烈照射,致使卫星体温高达100—200℃。卫星按照轨道运行到地球的阴影区时,表体温度又会骤然下降至负100至负200℃。

用什么方法才能对卫星体温采取有效的控制呢?

据说,正当航天专家们为解决这一难题而苦苦探索之时,窗外一对彩蝶从阳光下掠过。当时,正值气温与阳光照射变化较大,而蝴蝶则毫无感觉。原来,彩蝶的身体表面覆盖一层细小的鳞片,形成无数个光镜。当气温升高时,鳞片会自动张开,增加反射太阳光的角度,令其减少太阳光的照射。当气温下降时,鳞片又会紧贴身体表面,让太阳光直射其上,从而吸引更多太阳能,增加体温。于是科学家们茅塞顿开,研究成一种巧妙而灵敏的仿生学装置。这种装置的外形很像气象站的百叶窗,每扇叶片两个表面的辐射散热功能相距甚远。百叶窗的转动部位装有一种对温度极敏感的金属丝。利用金属丝热胀冷缩的物理性质,当卫星飞至地球阳面时,温度超过标准,金属丝就会受热膨胀,使叶片纷纷张开,使辐射散热能力大的那个表面向太空。当温度迅速下降时,也就是卫星飞行至地球阳面时,金属丝会遇冷而收缩,使每个叶片紧紧闭合,让射散热能力小的表面暴露在太空,抑制卫星散热。

一只小小的苍蝇,一口气飞行好几个小时,速度高达每小时20多公里,它还有几手绝招,诸如垂直升降、急速调头、定悬于空中、隐身潜伏、微波信息收发等等,这些都是一般飞机做不到的。经昆虫学家解剖和模拟发现,原来苍蝇的对后翅能变成一对哑铃状的小棒棰——平衡棒。

平衡棒可以调节翅膀的运动方向,保持身体的平衡度,从而使苍蝇起飞不用跑道,一跃而腾空。平衡棒是一种天然导航仪;苍蝇飞行时,平衡棒以一定的频率进行机械振动。当苍蝇倾斜或偏离航向时,平衡棒的振动就会随之发生变化,并且把这种变化信息及时传递给蝇脑。

苍蝇再按新的指令立即调整身体的姿态和航向。

科学家们根据苍蝇平衡的导航原理,研制成了一代新型导航仪器——振动陀螺仪,大大地改进了飞机的飞行性能。

〖MZ(2H〗蜂窝与太空飞行器〖MZ)〗航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等太空飞行器要进入太空持续飞行,就必须摆脱地心引力,这就要求运载它的火箭必须提供强大无比的能量。同时,太空飞行器自身重量越轻,就能大大减轻运载火箭的负担,也就能使太空飞行器飞得更高更远。

为此,为了减轻太空飞行器重量,科学家们绞尽脑汁与太空飞行器“斤斤计较”。可减轻太空飞行器重量,相当困难。科学家们尝试了许多办法都无济于事。最后还是蜜蜂的蜂窝结构给科学家们解决了这个难题。

大家知道,蜂窝是由一些一个挨一个、排列整整齐齐的六角形小蜂房组成的。十八世纪初,法国学者马拉尔琪测量到蜂窝的几个角都有一定的规律,钝角等于109°28′,锐角为70°32′,后来经过法国物理学家列奥缪拉、瑞士数学家克尼格、苏格兰数学家马克洛林先后多次的精确计算,得出一个结论:要消耗最少的材料,而制成最大的菱形容器,它是角度就是109°28′和70°32′,也就是说,蜜蜂蜂窝结构是容积最大且最节省材料的。

但从正面观察蜂窝,它是由一些正六边形组成的,既然如此,那每一个角都应是120°,怎么会有109°28′和70°32′呢?这是因为蜂窝不是六棱柱,而是底部由三个菱形拼成的尖顶构成的“尖顶六棱柱”。我国数学家华罗庚准确地指出:在蜜蜂身长、腰围确定情况下,尖顶六棱柱的蜂房用料最省。

上述蜂房结构不正是太空飞行器结构所要求的吗?于是,在太空飞行器中采用了蜂房结构,先用金属制造成蜂窝,然后,再用两块金属板把它夹起来就成了蜂窝结构。这种结构的太空飞行器容量大、强度高,且大大减轻了自重,也不易传导声音和热。因此,今天我们见到航天飞机、宇宙飞船、人造卫量都采用了这种蜂房结构。

科学发展就是如此,有些看似十分深奥、高不可攀的难题,可只是开动脑筋,善于从日常生活中觅线索,反而迎刃而解。小小的蜂房似乎与伟大的航天航空事业风马牛不相及,但仿生学却把它们紧紧联系在一起。

〖MZ(2H〗由泰坦尼克号想到声纳〖MZ)〗耗资2亿多美元的好莱坞巨片《泰坦尼克号》轰动全球,它再现了一个令人难以忘怀的悲剧故事。

1912年4月14日深夜,一艘满载着2000多名乘客的豪华邮轮“泰坦尼克号”,在从英国到纽约的处女航中,由于无法探测到隐没在水中的冰山,结果被冰山撞开6道裂缝,最后沉没在大西洋2.5英里深的水下,除700多人死里逃生外,其他人全部罹难。

相隔3年后的第一次世界大战时期,在战况逼迫下,法国于1915年不得不投入大量人力物力,进行水下探测方法和设备的研究。著名物理学家保罗?郎之万在俄国一位工程师的协助下,利用他发明的石英——钢夹心型超声换能器和初露头角的电子管放大器,研制成功世界上第一台将水声技术和电子技术结合的声纳,即早期的“探照灯式”声纳,并立即投入使用,后来它在战争中大显神通。

假如当年有了声纳,泰坦尼克号肯定不会遭受灭顶之灾。

所谓声纳(SONAR),系由声音、导航和测距3个英文单词的缩写组合音译而成,原义为“声音导航与测距”,但实际上声纳已远远超出导航、测距的范围,而成为利用声波传播原理进行工作的水下仪器和技术的统称。

大家知道,对目标的探测,在陆上可以依靠雷达,它利用电磁波遇到物体会反射回来的“回声定位”原理,可以探测到千里以外的物体。但电磁波在水中却跟在空气中大不一样,它的能量很快会被水吸收,无法进行远距离传输。而水对声波(特别是超声波)的吸收很小,所以声波在水中可以传得很远很远。

进一步的研究使科学家发现,在茫茫大海的深处,竟存在着一个特殊“声道”,在此“声道”里,声波能够传播数千公里而无明显减弱,其传播速度大约可达每秒1500米。有人做过这样一个试验:在澳洲南部投下一颗深水炸弹,爆炸产生的声波顺着这个“声道”,绕过好望角,又折向赤道,经过3小时43分钟以后,竟被北美洲百慕大群岛的监听站听到了,传导全程共19200公里,在海洋中环绕了地球半圈。于是,声纳很快成为水中探测目标、传递信息的重要工具。

按照工作方式的不同,声纳可分为主动声纳和被动声纳两类。前者本身能发射声波,当声波遇到物体便反射回来,再经过声电转换和放大处理,最后显示在荧光屏上。根据声波发射的方向、往返的时间就可以计算出被测物体的方位和距离。这种声纳可用来侦察潜艇和海底障碍物。被动声纳本身不能发射声波,只能接收别的物体在水中发出的声波,它可以用来发现舰艇的马达声或探测其他会发声的物体。

近年来崛起的新兴学科海洋生物学,揭示出声纳的基本构造竟与海豚的定位系统相似。在海豚的头顶上有一个复杂的气囊系统,它能够发出超声波,这些超声波经气囊前面的脂肪瘤“聚焦”成束后发射出去,海豚根据接收的回波,可以精确地辨别目标,判断位置。同样,声纳主要是由发射机(振荡器)、换能器。接收机和显示器组成的。发射机产生电脉冲信号,并送往换能器;换能器把电脉冲信号转变为超声波信号发射出去,再把回波还原成电信号送往接收机;接收机则挑选出有用的信号加以放大,并由显示器显示出来。

随着现代科学技术的不断进步,声纳系统愈来愈精密准确,分辨能力也愈来愈高,就是在海洋深处的一块小小的铁板,也难逃它的慧眼。当年,美国“挑战者”号航天飞机失事后,人们就是借助声纳在大西洋30米深的海底寻找到它的乘务舱残骸的。

此外,声纳功能日增,用途日广。英国研制的声纳水雷,能够自动识别敌我舰只,寻找预定目标,控制爆炸的时间和地点。目前,各国在深海远航的潜艇,不仅依靠声纳定向、导航,而且正在工作的潜水员还可用声纳仪器量体温、测心电图。当然,那些有立体画面的水下声全息电视,在水底自由通话的水声电话等等,也都已用上了声纳。

当前,一些国家正在致力于研究大型综合声纳和快速全景扫描声纳,为的是使声纳的作用距离更远,精密度更高,以更有效地运用于军事、通讯、勘探和渔业等诸多领域。

〖MZ(2H〗21世纪将流行哪些电脑〖MZ)〗生物电脑这种电脑借助于生物工程技术生产的蛋白质分子,制成生物芯片;信息通过生物芯片以波的形式传播,1个蛋白质分子就是一个储存体,且阻抗能耗小,储存空间大。

量子电脑美国科学家正在研究一种全新的微型电脑——量子电脑。美国洛斯阿拉莫斯国立实验室的塞特?劳埃德博土已经设计出了这种电脑的“蓝图”,即电脑工作的原理、所用材料及操作技术等,这种电脑将利用一种链状分子聚合物的特征来表示开与关的状态,利用激光脉冲来改变分子的状态,使信息沿着聚合物移动,从而进行运算。