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第5章 航空航天(2)

俄罗斯和英国联合研制一种海上气垫飞行器,它由两组发动机提供动力,这两组发动机分别为飞行器提供垂直和水平的机动能力。它利用发动机的喷气形成气垫将其托于空中,再贴近海面飞行,该飞行器机长73米,翼展50米,可在离海面14米处飞行;也能在海、陆面简易机场降落,最大巡航速度为560千米/小时,可载客400人。

磁性飞机

高速磁悬浮列车,该种火车无接触轨道,在离地10厘米的上空平稳飞跑。准确地说,它应叫磁性飞机。

磁性飞机的道理很简单:同性磁力相斥,异性磁力相吸。当列车与轨道产生磁性相斥力时,车身浮在空中了。

磁性飞机的产生不过20多年,这首先应归功于超导材料。20世纪70年代,科学家发现一种超导体材料,它在超低温时电阻极小。用它导电,产生的磁力极大,甚至能够顶起列车。磁悬浮列车上都装有超导磁体,带有水平推进装置。

高速磁悬浮列车速度很快,每小时可达几百上千千米,是非常便捷的运输工具。由于它没有污染,非常安全,因此也受到越来越多国家的重视。

火箭

火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在外层空间飞行。火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗,其质量不断减小,是变质量的飞行体。

现代火箭可用作快速远距离运送工具,如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具,以及其他飞行器的助推器等。

火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度,克服或摆脱地球引力,进入宇宙空间的运载工具。火箭的速度由火箭发动机工作获得。火箭的速度与发动机的喷气速度成正比,随火箭的质量比增大而增大。

小知识

第一枚液体燃料火箭

1926年3月16日,在大雪覆盖的美国马萨诸塞州奥本郊外的沃德农场,戈达德检查了发射架,把一枚长3.04米、重5.5千克的小型液体燃料火箭安装到发射架上。他和助手仔细地检查了火箭顶端长0.6米的火箭发动机,又依次检查了发射架下部的两个液氧和煤油贮存箱,还有燃料阀门和输送管道。当准备工作全部就绪后,下午2点30分,正式点火发射。

这是戈达德研制的液体燃料火箭,它耗费了这位注定要载入史册的科学家20多年的心血。一声巨响,火箭发动机尾部喷射出熊熊火焰,火箭离开发射架向空中飞去。火箭飞行了2.5秒,上升高度为12米,坠落后离发射架56.12米。世界上第一枚液体燃料火箭就这样发射成功了。

1930年7月15日,戈达德在第一个飞越大西洋的飞行员林白的帮助下,从著名慈善家古根海姆那里筹得资金,把试验基地迁到新墨西哥州罗斯韦尔东北的梅斯卡勒罗农场。同年12月30日,又一枚戈达德火箭试验成功,发射高度610米,飞行距离300米,速度达到每小时800千米。

侦查卫星

人们收看的电视实况转播节目,常通过卫星传送信号。不过,卫星的功能可不止如此,人们每天的生活都离不开卫星,如打越洋电话、收看新闻联播、阅读卫星转版的报纸等,多与通信卫星有联系。

侦查卫星的分类:侦察卫星是在空中对他国进行秘密侦察的卫星。

根据执行任务和侦察设备的不同,侦察卫星可分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和预警卫星。我们通常所说的侦察卫星,一般是指照相侦察卫星,它又分为可见光(红外)照相侦察卫星和雷达照相侦察卫星。

照相侦察卫星的图像,实际上和我们平时用照相机拍照所得到的照片并无区别,它是由许多肉眼看不见的像点组成,类似于我们通常所说的数码相机的像素。像点越小,照相可辨认的细节尺寸越小。

地面分辨率是衡量照相侦察卫星技术水平的重要指标。通俗地说,地面分辨率是能够在照片上区分两个目标的最小间距,它并不代表能从照片上识别地面物体的最小尺寸。一个尺寸为0.3米左右的目标,在地面分辨率为0.3的照片上只是一个像点,不管把照片放大多少倍,它只是一个像点。一般来说,从照片上能够识别目标的最小尺寸应等于地面分辨率的5~10倍,即1.5~3米。

侦查卫星的级别:根据卫星照片不同的使用情况,对地面分辨率提出了不同的要求,侦察卫星共分为四级。

第一级是发现,指大致知道目标形态,从照片上仅仅能判断目标的有无;第二级是识别,指发现目标较为细致,能够辨识目标,例如是人还是车,是大炮还是飞机;第三是确认,能较为详细地区分目标,能从同一类目标中指出其所属类型,例如车辆是卡车还是公共汽车,房子是民房还是军队营房;第四是描述,能更为细致地知道目标的具体形状,识别目标的特征和细节,例如能指出飞机、汽车的型号和舰船上的装备等。

在这四级中,“发现”要求的地面分辨率最低,“描述”所要求的地面分辨率最高。

目前,世界上最先进的照相侦察卫星是美国的KH-12“高级锁眼”可见光侦察卫星,其分辨率已达到0.1~0.15米,有“极限轨道平台”之称。然而,这只是它的最高分辨率,实际上在绝大多数时间内是根本达不到的。

首先,KH-12卫星是运行在近地点322千米、远地点966千米的太阳同步轨道上,达到最高分辨率,需要达到卫星的近地点,而在轨道的其他地方,地面分辨率都会有所下降;其次,是卫星在侦察时需要有极好的能见度,浓雾、烟尘、云层都会使其侦察效果大打折扣,甚至根本无法使用。

通信卫星

通信卫星是无线电通信中继站的人造地球卫星。通信卫星反射或转发无线电信号,可以实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的通信。

通信卫星是各类卫星通信系统或卫星广播系统的空间部分。一颗静止轨道通信卫星大约能够覆盖地球表面的40%,使覆盖区内的任何地面、海上、空中的通信站能同时相互通信。在赤道上空等间隔分布的三颗静止通信卫星可以实现除两极部分地区外的全球通信。

1958年12月,美国发射世界上第一颗试验通信卫星。1963年,美国和日本通过中继1号卫星第一次进行了横跨太平洋的电视传输。中国于1984年4月8日发射了第一颗地球静止轨道试验通信卫星。

通信卫星的分类:通信卫星按轨道分,可分为静止通信卫星和非静止通信卫星;按服务区域的不同,可分为国际通信卫星和区域通信卫星或国内通信卫星;按用途分,可分为专用通信卫星和多用途通信卫星,前者如电视广播卫星、军用通信卫星、海事通信卫星、跟踪和数据中继卫星等,后者如军民合用的通信卫星,兼有通信、气象和广播功能的多用途卫星等。

“国际信使”:作为无线电通信中继站,通信卫星像一个国际信使,收集来自地面的各种“信件”,然后再“投递”到另一个地方的用户手里。

由于它是“站”在3.6万千米的高空,所以它的“投递”覆盖面特别大,一颗卫星就可以负责1/3地球表面的通信。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星,便可以实现除南北极之外的全球通信。当卫星接收到从一个地面站发来的微弱无线电信号后,会自动把它变成大功率信号,然后发到另一个地面站,或传送到另一颗通信卫星上后,再发到地球另一侧的地面站上,这样,我们就收到了从很远的地方发出的信号。

通信卫星一般采用地球静止轨道,这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以每秒3075米的速度自西向东绕地球旋转,绕地球一周的时间为23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此,从地面上看,卫星就像挂在天上不动一样,这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星,昼夜不间断地进行通信,不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”,使通信时间时断时续。

现在,通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。

通信卫星的发展:通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一,许多国家都发射了通信卫星。

1965年4月6日,美国成功发射了世界第一颗实用静止轨道通信卫星--国际通信卫星1号。到目前为止,该型卫星已发展到了第八代,每一代都在体积、重量、技术性、通信能力、卫星寿命等方面有一定提高。

前苏联的通信卫星命名为“闪电号”,包括闪电1、2、3号等。由于前苏联国土辽阔,“闪电号”卫星大多数不在静止轨道上,而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

中国的第一颗静止轨道通信卫星是1984年4月8日发射的,命名为“东方红二号”,后来又陆续成功发射了几颗。这些卫星先后承担了广播、电视信号传输,远程通讯等工作,为国民经济建设发挥了巨大作用。

导航卫星

导航卫星是地面、海洋、空中和空间用户导航定位的人造地球卫星。

导航卫星属于卫星导航系统的空间部分,它装有专用的无线电导航设备。用户接收卫星发来的无线电导航信号后,通过时间测距或多普勒测速分别获得用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数,并根据卫星发送的时间、轨道参数求出在定位瞬间卫星的实时位置坐标,从而定出用户的地理位置坐标(二维或三维坐标)和速度矢量分量。

1960年4月,美国发射了第一颗导航卫星子午仪1B。此后,美国、苏联先后发射了子午仪宇宙导航卫星系列。通过国际间合作,还发射了具有定位能力的民用交通管制和搜索营救卫星系列。

科学探测卫星

科学探测卫星是用来进行空间物理环境探测的卫星。

科学探测卫星的出现,改变了人类坐地观地和坐地观天的传统。它携带着各种仪器,穿过大气层,自由自在、不受干扰地为人类记录着大气层、空间环境和太空天体的真实信息。而这些十分宝贵的资料,又为人类登上太空并利用太空提供了攻关指南。

世界各国最初发射的卫星,多是这类卫星或是技术试验卫星。