书城科普读物神秘的太空世界丛书:人类的航天历程
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第15章 航天科技的发展与应用(2)

第二次世界大战期间,德国利用火箭技术,首先研制成功V-2导弹,这就把自动控制技术、无线电遥控技术和火箭技术科学地结合起来,并把火箭技术的应用推上了新的发展道路。战后,美国和前苏联又在德国V-2导弹的基础上,先后于50年代后期研制成功洲际弹道导弹。此后,遥控和自动控制技术获得较大的发展;同时,火箭技术包括火箭发动机的性能、推力以及试验方法又有了大幅度的提高和完善。导弹武器的先期发展,为大推力卫星运载工具的发展铺平了道路并提供了技术基础。实际上,多级卫星运载工具的研究、设计、制造和试验方法,基本上和导弹武器一样。因此,可以说,多级卫星运载火箭,是在弹道导弹的基础上发展起来的,洲际导弹则是它的前身。在洲际导弹研制成功不久,前苏联就发射第一颗人造地球卫星,这不是偶然的,因为发射卫星的运载火箭就是用P-7洲际导弹改装过来的:把核弹头换成人造地球卫星,置换一些有关仪器,修改一些系统。

洲际弹道导弹由于受到作战性能要求的限制,例如它要采用可储存推进剂,因而很难应用低温混合燃料推进剂,运载能力有限,改装成卫星运载工具后,只能发射高度约300千米的近地轨道卫星。

卫星运载工具的研制,从此走上自己独立的发展道路,主要侧重于增大运载能力。由于它不要求储存燃料、发射准备时间不太严格,因此可用低温混合燃料作推进剂,使火箭发动机的性能大为提高,其推力可增加50%~100%。

卫星运载工具的发展,除了燃料推进剂的改进外,在结构上也经历了变化,如多级火箭串联,由2级、3级至4级串联火箭;后来又发展串并联火箭技术,例如在第一级火箭周围捆绑一些助推火箭,以加大初级推力。现今的大推力运载工具,有能力把几十吨乃至一百多吨的有效载荷送入地球近地轨道,把数吨重的深空探测飞船送往太阳系其他行星。

多级火箭

多级火箭是由数级火箭组合而成的运载工具。每一级都装有发动机与燃料,目的是为了提高火箭的连续飞行能力与最终速度。从尾部最初一级开始,每级火箭燃料用完后自动脱落,同时下一级火箭发动机开始工作,使飞行器继续加速前进。

多级火箭可以是串联式的、并联式的或串并联式的,但常用的形式是串联和串并联。串联就是将多个火箭通过级间连接/分离机构连成一串,第一子级在最底下,先工作,工作完毕后通过连接/分离机构被抛弃掉,接着,其上面级火箭依次工作并被依次抛弃,直到有效载荷进入飞行轨道。并联就是将多个火箭并排地连接在一起,周围的子级火箭先工作,工作完毕后被依次抛弃,中央的芯级火箭最后工作。以这种方式连接的多级火箭又称为捆绑式火箭。如果芯级火箭本身是串联式多级火箭,这种形式就是串并联。

知识点卫星在军事上的应用

如今,科学家们正在利用各种卫星密切关注着地球生态的变化。但是,太空中的5000颗卫星,并不都是为了保护地球,其中80%的卫星直接或间接服务于军事。一方面,我们需要卫星监测地球环境,它给人类带来种种福音;另一方面,卫星又给战争带来极大的“实惠”,成为最具威胁的“杀手”。

早在1990年海湾战争时,军事卫星就已名扬天下了。据统计,当时多国部队调用的军事卫星达90多颗,首开世界空间军事史的先河。由于卫星功能十分强大,可以看出,世界各国在航天领域的“独立”大多也是出于保密的原因。事实上,从战略角度看,谁占领了空间,谁就占领了地球,军事卫星所起的作用可不能小看。

远在人造卫星问世之初,当时美、苏两个超级大国都想称霸世界,于是它们在加强军备竞赛的同时,在航天技术领域也展开了激烈的竞争。

在美、苏研制发射的卫星或是空间飞行器中,80%以上是军事应用卫星或者带有军事应用目的。军事卫星的出现,大大改变了传统的作战观念,增强了一个国家的国防力量,使现代战争从海、陆、空的三维战争上升为海、陆、空、天的四维战争。

军事卫星的应用范围是很广泛的,主要包括以下几个方面:

太空间谍——侦察卫星

美、苏早年研制的军事卫星中,侦察卫星是数量最多、应用最广的,起码占卫星数量的70%。使用侦察卫星进行侦察,要比飞机侦察优越得多。这是因为卫星作为侦察的手段,具有许多的优点。

1速度快

在低轨道运动的卫星,速度可达30000千米/小时,比飞机速度快一二十倍。

2时间久

卫星的工作寿命可达2年,甚至更长,保证了侦察的连续性和长期性。

3范围广

卫星居高临下,视野开阔,能覆盖地球上的大范围地区,它拍的一张照片顶得上几千架飞机的侦察效果。利用几个卫星组网侦察,整个地球便可一览无余。

4限制少

卫星在外层空间飞行,不受国界、地理和气候的限制,畅通无阻,可靠安全。

侦察卫星又分为照相侦察卫星和电子侦察卫星,它们到底有什么不同呢?

太空的千里眼——照相侦察卫星

在各种侦察卫星中,照相侦察卫星发展得最早,数量最多,技术也最成熟,算得上“老大哥”了。

四百怎么变十四

第二次世界大战结束后,苏、美分别俘获了一批德国的导弹专家,美国人曾一度怀疑导弹能否作为战略武器,而前苏联人则加紧了导弹武器的研制。

到1957年初,当美国人意识到导弹作为进攻性武器的潜力时,前苏联远程导弹技术已明显遥遥领先了。从此,美、苏之间的导弹差距的阴影笼罩了美国。

就在东西方举行裁军会议之前,前苏联发表了声明,多级洲际导弹已经成功地发射,可以打到世界的任何地方,目前的防御体系已经对它不起作用,以此对美国施加压力。

当时,美国的国防部五角大楼立即安排了一次面向国会的答辩会,会议开了7个多小时,会后宣称:前苏联超过了美国……美国在卫星和导弹计划两方面都落后了,前苏联在技术方面和宣传上都把他们打败了。甚至得出结论:不管美国现在准备做出什么样努力,前苏联在现代武器方面的优势已经达到绝对的程度,以至于美国民族的存亡将取决于前苏联的仁慈。

1958年11月10日,当时的前苏联领导人赫鲁晓夫以威胁的口吻宣布:四国占领德国的状态必须结束,美国占领的西柏林必须变成自由城市。而到1961年,前苏联人又单方面宣布,把12月31日定为对德和约签字的最后日期,靠着武器的优势前苏联人发出了最后通牒,这就是有名的柏林危机,世界大战似乎有一触即发之势。

正是因为有了比美国人先进的导弹技术,前苏联人才变得这么强硬。这着实吓了美国人一大跳,因为据当时美国人估计,前苏联已经拥有数百枚洲际导弹。

为了揭开前苏联铁幕后面的秘密,美国多次使用高空无人侦察机,企图窥测前苏联甚至中国的秘密,但是,这种高空无人侦察机却几次被前苏联和我国击落,说明这种飞机用途不大,迫使他们不得不另想办法。最后,他们发现了最有效的“揭幕人”——侦察卫星。

就在1959年的2月28日,美国人用“雷神—阿金那”火箭成功发射了第一颗侦察卫星——“发现者”,它是一颗可回收型的照相侦察卫星,在“发现者”卫星上装有高分辨率的摄影机,可以飞到敌方上空进行摄影侦察,然后再回收胶卷。

可是由于技术的不成熟,他们屡遭失败,在连续失败了12次之后,直到1960年8月10日发射的“发现者13”,才终于回收成功。

自那以后,美国不断地发射这种卫星,取得了大量有价值的情报资料,美国人最初估计前苏联有400枚洲际导弹,后来减少到120枚,而到1961年6月,美国人又把原来估计的120枚洲际导弹的数量减少到只有60枚,减少了一半。他们这时发射了更多的侦察卫星,到9月份,通过多方面的侦察,确定前苏联人只有14枚洲际导弹,这时的美国人再也不怕前苏联人了,他们发现真正的导弹差距是在前苏联一方。

于是,当时的美国总统肯尼迪在会见前苏联的外交部长葛罗米柯时,态度强硬且带有讽刺意味。他声称美国有确凿的证据掌握了前苏联的导弹情况,而葛罗米柯不以为然。当肯尼迪把几张关键的照片拿给葛罗米柯看时,葛罗米柯像泄了气的皮球,他怎么也没有想到美国人会掌握得这么详细。

就在他们会见后的第11天,赫鲁晓夫在苏共第22次代表大会上,宣布了一个令大会代表和全世界都感到吃惊的决定。前苏联决定取消对德和约签字日期的最后通牒,柏林危机化为乌有。

姑且不论美、苏谁是谁非,这说明了侦察卫星对国际政治形势起到了多么巨大的作用。在此后的日子里,美国和前苏联都大量地发射侦察卫星,互相窥测对方的秘密。

本·拉登想干什么

本·拉登可能是美国政府曾经最头疼的恐怖分子了,他制造的一系列针对美国的恐怖主义事件曾让美国人大为恼怒,可又拿他没有办法。

本·拉登转变他的恐怖主义策略,由大规模的恐怖袭击转向暗杀、放毒等方式。于是,本·拉登在全球建立了一个称为“奥卡塔”的恐怖组织地下联络网,专门为他购买化学、生物、放射性甚至核材料,并在几次小规模的恐怖活动中准备使用这些东西。此外,本·拉登还在阿富汗境内秘密建立了一个武器试验室,这里虽说没有先进的生产设备,可以说是非常的简陋,只生产出一些化学毒剂,而且所使用的生产方法是从互联网上学来的,但其中有一种名叫里胫皖毒剂的化学毒剂却十分有害,这种毒是从蓖麻子里提炼出来的。20世纪70年代末,前苏联克格勃在伦敦闹市区秘密刺杀了保加利亚著名的政治人物马科夫,所用的凶器就是一把蘸了一点儿里胫毒剂的雨伞。

当本·拉登自以为神不知鬼不觉,准备利用毒剂大搞恐怖活动的时候,美国的照相侦察卫星却早已注意到了他设在阿富汗境内的一个武器试验室,并拍下了照片。据美国一名不愿透露姓名的情报官员向记者表示,美国情报部门一直怀疑本·拉登正在加紧研制生化武器,并在他的秘密营地里训练恐怖分子如何使用毒剂进行暗杀,现在卫星终于为其提供了确凿的证据。

尽管美国方面还没有进一步的情报,能够知道这家武器试验室的内部情况,但从照片显示的规模、位置和安全保卫情况来看,本·拉登还不能在这里制造出大量的生化毒剂来发动恐怖主义袭击。

不管怎么说,照相侦察卫星已为美国的反恐怖行动立了一功。

普查加详察,谁也逃不过

作为太空的“秘密哨兵”,照相侦察卫星运用可见光照相,其地面分辨率可达03米。在实际应用中,卫星通过无线电传输和回收舱返回两种方法传送图像。无论是什么样的军事目标,大至军事基地,小到地面上的火炮、坦克、车辆,甚至单兵都逃不过它的眼睛。

照相侦察卫星还可按所执行的任务分为“普查型”和“详察型”,普查型能对大面积地区进行快速侦察,从中发现可疑的地点,然后再由详察型对该地点进行重复详察。

超级间谍发展快

美国于1960年发射了第一颗照相侦察卫星,至今为止已发展到了第六代。

第一代是1962~1963年,共发射了36颗,但由于地面分辨率较低,工作寿命较短,不久便被淘汰了。

第二代是1963~1966年,历时3年,性能比第一代有所提高,发射数量总计87颗。

第三代是1966~1972年,前后6年,共发射了30颗,与第二代相比,它的侦察手段更多了,由于轨道高度较低,所拍照片的分辨率可达03米。

第四代是被称为“大鸟”的侦察卫星,从1971年6月15日发射以来,至今已有20颗。由于“大鸟”可以普查、详察同时进行,同时摄影与电子传输相结合,这便大大提高了侦察效率,使美国能很快就得到了侦察照片。

第五代和第六代便是现在叱咤风云的“锁眼”系列卫星,它们不再使用胶卷,而改用实时传送数字图像的无线电方式,图像能迅速传回地面,而且不存在胶卷用完的问题。所以工作寿命最长可达3年。由于技术上十分先进,正在逐步取代现有的胶卷回收型卫星。

前苏联自1962年发射照相侦察卫星以来,也经历了几代的变迁。

第一代到第四代通过胶卷回收来得到情报,分辨率从开始的14米达到后来的03米,一张照片可覆盖100~170万平方千米,第五代卫星也采用了与“锁眼”卫星相似的数字图像传输技术,它们的性能可以说各有所长。

俄罗斯接替前苏联继续大力发展照相侦察卫星,先后发射了7颗第四代卫星,1颗第五代和1颗第六代卫星,而且性能和工作寿命均有很大提高。

太空窃听器——电子侦察卫星

如果说照相侦察卫星是太空的眼睛,那么电子侦察卫星就是太空的窃听器,它可以听到电子信号。