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17章 航天科技的发展与应用(4)

因为卫星飞得很高,速度又快,用地面炮火是鞭长莫及的,只有用卫星或者别的空间飞行器去对付它,这就是反卫星卫星。它就像太空中的杀手,专门破坏或者擒拿别人的卫星。虽然反卫星卫星目前发展得还不完善,用得也不太多,但是它毕竟出现了。

谁弄“瞎”了卫星

1975年10月的一天,一颗美国预警卫星悄悄地来到了前苏联的西伯利亚上空,它的主要目标是对前苏联制造潜艇的海军船坞进行侦察,与它结伴而来的还有一颗向地面转发信号的中继卫星,它们共同执行这项任务。

美国的这两个“间谍”自以为神不知鬼不觉,正要不慌不忙地窃取情报,准备大干一场的时候,突然间,一束强烈的光线向其中一颗卫星射来,卫星用来窃取情报的装置——它那明亮的“眼睛”瞬间便被弄瞎了,再看现在的它,就像个酗酒的醉汉,在空中失去了控制,无法保持平衡。此时,它的同样也惨遭不测,同样受到强光的攻击,也失去了自我控制能力。

几分钟后,等这“两兄弟”逐渐恢复正常时,却已经远离前苏联船坞的方位,什么也看不到了。这究竟是怎么回事呢?那束强光又是从何而来呢?

原来,前苏联的这个船坞确实有不可告人的秘密,这里正在研究潜艇水下发射多颗弹头战略弹道导弹,试验多弹头的分导技术。为了避免美国“间谍”们刺探到这些情况,前苏联人悄然使用了能发射强烈光束的最新武器,使美国的卫星变成了“瞎子”。

其实这种武器只是太空杀手的一种,就目前来说,太空“杀”星的手段是多种多样的。

“杀”星三绝招

目前用于反卫星的手段有几种:一是在反卫星上装有杀伤性武器,如导弹、激光,甚至是一个大铁块,用于把对方的卫星破坏、摧毁,使它失去工作能力,无法继续使用。

另一种方法就是利用无线电干扰的办法,有人称为电子对抗,就是由卫星发射强大的无线电波,用于干扰对方的通信,使它的指挥失灵,线路中断,从而与地面失去联系。

还有一种办法就是擒拿,这首先需要知道对方卫星的轨道,然后使反卫星卫星也进入这个轨道,跟踪并接近被擒卫星,然后用机械手把卫星擒住,并装入容器,甚至可以把它带回地面。例如美国曾用航天飞机把一颗已经出故障的卫星从轨道上抓回,在地面修复后,又发射上去。

随着科学技术的不断进步、发展,这一方面的技术肯定还会有新的突破,但是我们希望这一技术的发展,不是用作攻击对方的武器,而是用于修复出现故障的卫星,成为清除空间垃圾的有效手段,否则你攻击我,我攻击你,那岂不变成“天上大乱”了吗?

我们谈的军事应用卫星除了上述的几种用途外,在军事上还有许多其他用途,如国防通信、国防气象等多方面。无所不在的民用卫星

宇宙探测器——天文卫星

传统的天文观测都是在地面上由天文台利用各种仪器进行观测。由于天体发出的绝大部分电磁辐射被地球的大气遮挡了,只有一小部分能够到达地面,所以在地面用光学天文望远镜或者射电天文望远镜所能观测的宇宙只是很小、很不完整的一部分,不能完整地了解宇宙的真面貌。

天文卫星

人造地球卫星问世使天文观测发生了革命性飞跃,因为它是在几百至几千千米高度的地球大气层外飞行,在那里没有大气的遮挡,可在全波段范围内对宇宙空间进行观测。天文卫星的出现,促进了一门新兴的学科——空间天文学的形成,它是人类进一步探测和了解宇宙空间的有效的手段。

天文卫星上装有各种不同的探测仪器,与其他卫星相比,它有自己的特点。

指向精度高。由于天文卫星要在茫茫的宇宙空间中找到要观测的天体目标,而且观测仪器设备必须始终指向这个天体,因此这就要求天文卫星有极为精确的指向精度和姿态控制精度,所以,天文卫星一般用太阳或者恒星作为指向的基准。

结构要求高。由于指向精度要求很高,因此对卫星结构的要求也很严格,必须保证卫星结构有很高的装配精度和良好的稳定性,尤其在受热的情况下变形要极小,这样才能保证指向精度。

观测仪器复杂。天文卫星上装有高精度的观测仪器设备,如红外线、紫外线、X射线和可见光天文望远镜。它们不但结构复杂,制作困难,而且有的还需要在超低温的状态下才能可靠工作,所以要采取复杂的制冷措施。另外,天文卫星的观测数据量特别大,需要用卫星上的计算机进行数据处理和操作控制。

现已研制出各种天文卫星。按照观测的目标不同可以分为两大类:以观测太阳为主的太阳观测卫星和以探测太阳系以外的天体为主的非太阳探测天文卫星。世界上第一个天文卫星是美国1960年发射的“太阳辐射监测卫星”,它主要探测太阳的紫外辐射和X射线。美国从1962年开始发射的专门观测太阳的“轨道太阳观测台”,也属于太阳观测卫星。欧洲近年发射的“太阳和日球层观测台”(SOHO,简称“太阳观测卫星”),在观测太阳方面取得了大量新成果。

已发射的非太阳探测天文卫星也不少,例如,目前在轨飞行的“哈勃”空间望远镜、“钱德拉”X射线望远镜等都是。它们的主要任务是探测宇宙间的紫外线、X射线、γ射线的发射源,测定它们的方向、强度、辐射谱特性等,并且探测恒星、星云、星际物质、银河系以及银河系以外的天体。

如果以天文卫星装载的科学仪器的主要观测波段来分类,天文卫星又可以分为红外天文卫星、紫外天文卫星、X射线天文卫星、γ射线天文卫星等。它们都有专门的用途,探测不同的射线特性。如美国1968年和1972年发射的“轨道天文台”是最早专门用于紫外线观测的天文卫星;1970年发射的“小型天文卫星”则是专门探测X射线的天文卫星。从20世纪90年代起,美国开始实施“大观测计划”,即发射4个大型天文卫星,它们可以进行全波段观测。目前,已发射了其中的3颗卫星,即“哈勃”空间望远镜、“康普顿”γ射线观测台、“钱德拉”X射线空间望远镜,红外空间望远镜也即将发射。它们是当代最先进的天文卫星,已经取得了巨大的成就。例如,通过“哈勃”空间望远镜,大大地增进了人类对宇宙大小和年龄的了解;证明某些宇宙星系中央存在超高质量的黑洞;探测到宇宙诞生早期的“原始星系”,使天文学家有可能跟踪宇宙发展的历史;清楚地展现了银河系中类星体这种最明亮的天体存在的环境;发现木卫二、木卫三的大气层中存在氧气;拍摄到第一幅太阳系外的行星图像。“康普顿”γ射线观测台把宇宙射线的观察范围扩大了300倍,它曾观测了银河系中喷射出来的反物质粒子云,在天文界引起轰动。“钱德拉”X射线空间望远镜发现宇宙中有大约7000个X射线源。

目前世界上已经发射了许多各种用途的天文卫星。随着天文探测的不断发展,更加先进的天文卫星会越来越多。

科学卫星

科学探测卫星,是用来进行空间物理环境探测的卫星。它携带着各种仪器,穿行于大气层和外层空间,收集来自空间的各种信息,使人们对宇宙有了更深的了解,为人类进入太空、利用太空提供了十分宝贵的资料。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。

美国发射的第一颗卫星“探险者”号就是一颗科学探测卫星,以后“探险者”发展成一个科学卫星系列,它们主要用于探测地球大气层和电离层;测量地球高空磁场;测量太阳辐射、太阳风;探测行星际空间等。“探险者”号卫星系列多为小型卫星,但其外形结构差别很大,由于探测的空间区域不同,它们的运行轨道有高有低、有远有近,差别也很大。

“电子”号卫星是前苏联的科学卫星系列,星上装有高、低灵敏度的磁强计、低能粒子分析器、质子检测器、太阳X射线计数器以及研究宇宙辐射成分的仪器等。该系列卫星的主要任务是研究进入地球内、外辐射带的粒子以及相关的各种空间物理现象。

中国的“实践”系列卫星既是技术实验卫星,又是科学探测卫星。“实践1”号卫星装有红外地平仪、太阳角计等探测仪器,取得了许多环境数据。“实践2”号和“2”号甲、“2”号乙是用一枚火箭同时发射的三颗卫星。其中“实践2”号外形为八面棱柱体,任务是探测空间环境,试验太阳电池阵对日定向姿态控制和大容量数据存储等新技术。

天文卫星也是一种科学卫星,它专门对各种天体和其他空间物质进行科学观测。天文卫星在离地面几百千米或更高的轨道上运行,由于没有大气层的阻挡,星上仪器可以接收来自其他天体的各波段电磁波辐射,能够更好地观测宇宙空间。

天文卫星的轨道多数为圆形或近圆形、高度为几百千米,但一般不低于四百千米。这是因为太阳系以外的天体离地球极远,再增加轨道高度也不能缩短相互间的距离,改善观测能力;而轨道太低时,大气密度增加,卫星也难以长时期运行。

通信卫星

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,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3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日发射了一颗地球静止轨道试验通信卫星。通信卫星按轨道分为静止通信卫星和非静止通信卫星;按服务区域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。

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36000千米的高空,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3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3075米/秒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,卫星像挂在天上不动,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四处“晃动”,使通信时信号时断时续。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2”号,至今已发射成功了5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。

气象卫星

气象卫星

气象卫星起源于侦察卫星,是一种专门用来对地球和大气进行观测的卫星。1960年4月1日,美国发射了世界上第一颗气象卫星,率先将航天科技引入气象科学领域。它向美国提供世界范围的气象资料。前苏联应用气象卫星也较早,它的第一颗实用气象卫星是在1966年6月发射的。

气象卫星上通常装备有电视摄像系统、扫描辐射装置、自动图片传输系统和自动贮存装置等仪器设备。利用这些仪器,可对全球气象进行观测,以获得各地大气的温度、湿度、压力、密度、大气结构等信息。