书城教材教辅航空航天科学知识(青少年科普知识阅读手册)
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第21章

“蚊”式飞机机翼展16.51米,机长12.47米,翼面积42.18平方米;动力装置为2台梅林25型12缸V形活塞式发动机,单台功率为920千瓦;起飞重量8845千克,最大平飞速度每小时612千米,升限8810米,最大航程2655千米;机载武器为4门20毫米机炮和4挺12.7毫米机枪,另可携带907千克炸弹。

“望楼”

E-3望楼是新一代预警机。“望楼”身上装的雷达每10秒钟就能对它监视的空间扫描一遍,可以同时发现、跟踪600个目标,对中高空目标的探测距离为600千米,对低空目标的探测距离为350千米。一架“望楼”可以指挥几百架飞机进行空战。此外,它还能监视地面坦克、战车的调动,以及地面雷达、导弹的部署情况,使指挥员可以获得任何可能威胁到自己军队的全部信息。

卫星结构

卫星结构虽然多种多样,但从功能上看大都由承力部件、外壳、安装部件、天线、太阳电池阵结构、防热结构、分离连接装置组成。为了达到多用途和提高经济效益的目的,后又发展出公用舱结构。

X

XMM-牛顿卫星

XMM-牛顿卫星是欧洲航天局1999年发射的一颗X射线天文卫星,具有极高的谱分辨本领。XMM-牛顿计划始于1984年,1997年3月开始建造,原名为“高通量X射线分光任务”,为纪念英国着名物理学家牛顿而命名XMM-牛顿卫星。1999年12月10日,XMM-牛顿卫星在法属圭亚那的库鲁发射场发射升空。它的轨道是椭圆形,近地点7000千米,远地点114000千米,轨道倾角40°,周期48小时。XMM-牛顿卫星原计划寿命为2年,但是将延期至最早2010年。

XMM-牛顿卫星重3.8吨,长10米,太阳能电池帆板展开后宽16米。卫星上搭载的主要科学仪器有:

3台掠射式X射线望远镜,每个望远镜由58个套筒组成,采用沃尔特Ⅰ型构造,最大的一层直径为70厘米,焦距为7.5米;总接收面积达到4,300平方厘米,是由意大利科学家制造的。

3台欧洲光子成像照相机,工作能段为0.2-12keV,位于X射线望远镜的焦平面上,用于X射线成像、X射线测光和中等分辨率分光。2台反射式光栅分光仪,位于X射线望远镜的焦平面上,可以获得高分辨率的X射线光谱。

光学监视器,是一个口径30厘米的R-C式光学/紫外望远镜。

X射线天文卫星

X射线天文卫星是以观测天体的X射线辐射为主要目的的人造卫星,是X射线天文学的主要研究设备。第一颗X射线天文卫星是1970年12月12日美国在肯尼亚发射的乌呼鲁卫星,该卫星原名“探险者”42号,又名“小型天文卫星”1号。除了乌呼鲁卫星以外,1970年代至1980年代,各国还相继发射了一系列X射线天文卫星,包括英国的羚羊5、荷兰天文卫星、美国的小型天文卫星3号、高能天文台1号(1977年)和高能天文台2号(又名“爱因斯坦卫星”)、欧洲的X射线天文卫星、日本的银河卫星等。其中1978年发射的爱因斯坦卫星首次采用了大型掠射式X射线望远镜,能够对X射线源进行成像,是20世纪70年代取得成果最多的X射线卫星。

行星和行星际探测器

行星和行星际探测器是对太阳系内各行星进行探测的无人航天器。20世纪60年代初期,美国和前苏联发射了多种行星和行星际探测器,分别探测了金星、火星、水星、木星和土星,以及行星际空间和彗星。探测器离开地球时必须获得足够大的速度才能克服或摆脱地球引力,实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道运行,就可能与目标行星相遇,或者增大速度以改变飞行轨道,可以缩短飞抵目标行星的时间。为保证行星和行星际探测器的进入预定轨道正常工作,需要探测器自主控制飞行轨道,并解决低数据率极远距离传输问题,同时需要利用空间核能源进行能量供应。

行星探测

人类长期借助于天文望远镜观测行星圆面的细节,发现了土星环、木星卫星和天王星;运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星;借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气观测行星,已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星研究打开了新的局面。探测的方式有:

(1)从行星附近飞过拍摄照片,测定它们的辐射和磁场;

(2)在行星表面硬着陆,直接探测行星大气;

(3)绕行星飞行,成为行星的人造卫星;

(4)在行星上软着陆,对行星表面进行细致地分析与探测。通过这些观测,人们获得了大量关于行星的表面、大气、周围空间和行星际空间的测量资料,加深了对行星的地质、地貌、磁场、辐射带和大气成分以及行星际空间的认识,证实了火星、金星上并无地球上生命形式的存在。

“先驱者”号探测器

“先驱者”号探测器是美国发射的行星和行星际探测器系列之一,1958年10月到1978年8月发射,共13个。用来探测地球与月球之间的空间,金星、木星、土星等行星及其行星际空间。其中以“先驱者”10、11号最为引人注目,它们是人类派往外行星访问的第一批使者。

“先驱者”10号于1972年3月2日先踏上征途,经过1年零9个月的长途跋涉后,穿过危险的小行星带,闯过木星周围的强辐射区,与1973年12月3日与木星相会。它飞临木星时,沿木星赤道平面从木星右侧绕过,在距木星13万千米的地方穿过木星云层,拍摄了第一张木星照片,并进行了十多项实验和测量,向地球发回第一批木星资料,为揭开木星的奥秘立下头功。在木星巨大的引力加速下,直向太阳系边疆飞去,于1989年5月24日飞越过冥王星轨道,带着给外星人的“礼品”——“地球名片”,向银河系漫游而去。

“先驱者”11号于1973年4月6日启程,它以探测土星为主要责任。1979年9月1日,“先驱者”11号从距土星3400千米的地方掠过,第一次拍摄到了土星的照片。它探测了土星的轨道和总质量,测量了土星大气成分、温度、磁场,发现了2个新光环。探测了土星之后,“先驱者”11号便从天王星近旁掠过,与“先驱者”10号同于1989年飞离太阳系。

“小精灵”卫星

1998年10月,美国发射了一颗和冰箱一样大小的小型卫星——“深空”1号。“深空”1号有2项技术是眼下的“绝活”。第一项是太阳能电推进(即离子推进)技术,航天迷们早就幻想由卫星、飞船、航天飞机这样的航天器自身提供动力,那样就会自由自在地飞往别的星系了。“深空”1号采用了离子发动机作为主要推进手段,它可以节省很多的燃料。它的第二项绝活是自主导航技术。过去卫星都是由地面控制的。现在它自己有了大脑,这也是一项了不起的创新。

新型航空控制系统

20世纪90年代,美国运输部联邦航空局(FAA)投入使用一种新的飞行管制系统,这个系统采用计算机软件汇集和处理来自全美国各地的大量信息。

美国联邦航空局的目标是要在全国的12500个机场都使用这个系统。目前,这套系统的成本是200万美元,而联邦航空局的最高目标,是要研制出一个价值几十亿美元的高度自动化的航空管制系统,它要能在几乎无人干预的情况下监视飞机航行和指导飞行员操纵飞机。在联邦航空局的飞行控制室里,计算机被输入一个指令后,荧光屏上就显示出正在纽约上空飞行的飞机鸟瞰图。图上的线根据空域划分,图上还有很多小黑点和飞机图形。小黑点表示在低空飞行的飞机和私人飞机,而飞机状的图形则表示大型民航客机。当输入另一个指令后,小黑点便从屏幕上消失了,只剩下表示大型民航客机的图样,再输入一个指令,这些大型客机便被自动涂上不同的颜色,每种颜色代表飞机将飞往不同的目的地。因此,根据荧光屏上每架飞机的不同颜色,便可知道它前往何地。

这个系统能将各个地方管理站的所有信息都汇总到联邦航空局,使得能够在一个屏幕上看到全美国任一地区的空中交通情况。从各地汇总到联邦航空局的航空信息存入计算机,然后利用特制的软件,将它们同时显示在计算机终端上。

“希望”号太空实验舱

日本实验舱“希望”号是日本对国际太空站(ISS)的贡献,由日本宇宙航空研究开发机构2001年9月制造完成,也是国际太空站上最大的舱组。“希望”号实验舱是日本首个太空实验舱,主要研究项目为太空微重力,另外还将关注医药、生物、生物技术和通讯等领域。“希望”号实验舱由舱内实验室、舱外实验平台和舱内保管室等部分组成,是日本的载人航天器。由三菱重工业公司名古屋航空航天系统制造厂完成的是舱内实验室,使用铝合金制作而成,呈圆桶形,全长11.2米,外径4.4米,内径4.2米,重152吨,耗资380亿日元。在这座实验室里,将安装实验设备和空调器等控制装置以及通信器材、电力供应装置等,可供4名宇航员进行新材料和生物技术等各种科学技术实验研究活动,舱外安装有机械臂,能够通过遥控实施舱外作业。

系留卫星

系留卫星是用系绳或链与航天器相连,可以施放和收回的人造地球卫星。它可从近地轨道运行的航天飞机中向上或向下施放出100千米左右的距离。飞行任务完成以后,系留卫星的有效载荷可收回到航天飞机的轨道器里。系留卫星可重复使用,在研究地球大气方面具有独特的优点:可从运行的航天飞机上向下(朝向地球)放到较低的高度,用以收集全球范围内某个高度的大气参数;从航天飞机中向上(远离地球)施放,进行有关电动力学方面的研究;进行用于地球资源勘测、地震监测、环境污染监测等的对地观测。

系留卫星应用广泛,在工程上可用于大气阻力、升力、力矩和气动加热方面的研究,还可以为航天飞机或未来的航天站提供电源以及使用系绳改变卫星的轨道高度。美国和意大利正在合作研制系留卫星,计划在航天飞机上进行施放、控制和收回等项试验。

小狗“莱依卡”

前苏联在发射了第一颗人造地球卫星之后仅一个月,又发射了第二颗人造卫星,这颗卫星重508千克,锥形。与第一颗卫星不同的是这颗卫星上增设了一个密封生物舱,舱内有一位特殊的宇航员。这位宇航员是一只名叫莱依卡的小狗。科学家们为了使小狗能够有规律地用餐,还特制了一套自动供食装置,信号灯每天3次定时亮起来,莱依卡看见灯亮就知道该用餐了。小狗的身上连接着测量脉搏、呼吸、血压的医学仪器,通过无线电随时把这些数据传递到地面。为了使舱内保持新鲜清洁,还安装了空气再生装置和处理粪便的装置,并使舱内保持一定的温度和湿度。由于当时技术水平的限制,这颗卫星无法回收。莱依卡在卫星生物舱内生活了一个星期,完成了全部实验任务后,科学家们让它服毒自杀了。

小卫星

小卫星一般重50~450千克,内装的是可买到的商店零售电子元件,而非特别昂贵的电子设备。它不仅成本低,而且能很快装备出来。制造小卫星,一般只需半年就可发射升空了。小卫星的最大优点是易于发射。如果将火箭在B-52轰作机高速飞行的高空上发射,那么发射的时间、地点具有极大的灵活性,而且从空中发射,加上机翼给予的升力,意味着它能比类似大小但从地面发射的火箭,多携带30%的负载。小卫星还能进行遥感。现代电子摄像机小巧可靠,足可装到小卫星上,而且拍出来的照片和气象卫星拍出的一样好。适当装备的小卫星还能够讯问设置于各地的地震、气象和海洋传感器。军事人员对小卫星更感兴趣。大卫星易被作为攻击目标,如用一组小卫星进行同样工作,就很难受到毁坏,替代也容易得多。美国国防部高级研究计划局在小卫星项目上投资了3500万美元,意在为军用大型侦察、导航及通信卫星寻找替代物。

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遥测

遥测系统一般分为“实时遥测”和“延时遥测”两种。如果无线电遥测系统在测量参数的同时,就把测量的量值传输到地面站,称作“实时遥测”。如果航天器在地面的接收范围以外,遥测资料不能实时传送回来,先由航天器上的磁记录器或存贮器件把所测数据存贮起来,待航天器进入地面站接收区时,快速地把已存贮的数据传送下来,这便是“延时遥测”。为解决航天器的实时遥测和实时通信,可按航天器的轨迹,在全世界范围内布置一系列地面站,如美国配合载人飞行计划设立了一批国外地面站和海洋观测船。我国的几颗卫星遥测系统都有延时遥测部分。在航天器的回收舱内可设置磁记录仪器,记录被测的各种参数,待回收后加以处理利用。

遥控

航天器在轨道上飞行的时候,地面往往要求它完成某些动作,如自旋稳定卫星的起旋,磁记录器的记录和放出,返回式卫星的返回动作,等等。地面就是通过无线电遥控设备来发送这些命令的。

遥感卫星

1975年11月26日,中国首次发射返回式遥感卫星,到1992年已发射13颗。这种卫星和地球资源卫星的性质是一致的,只是它工作寿命短,只有5~15天,但是可以回收。它是小椭圆近地轨道,近地点175~210千米,远地点320~400千米,倾角为57°~70°,周期90分钟。卫星观测覆盖区域在南北纬70°之间,覆盖面积约2000万平方千米,约为中国的两个版图之广。

卫星直径2.2米,高3.14米,圆锥体,重1800~2100千克。星载可见光照相机等遥感仪器,能获得大量对地观测照片,具有分辨力高、畸变小、比例尺适中等优点。可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘、地图测绘、目标点定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域。1992年8月9日下午4时,中国发射了一颗工作寿命已延长到15天的返回式遥感卫星。

遥感考古

遥感考古是利用遥感技术对古代遗迹、遗物进行感测、分析和辨认的一种勘探方法。航空航天遥感的可见光、红外、微波、紫外和多谱段遥感技术在考古中都得到应用。遥感考古具有下列特点:

(1)利用遥感器从几百千米以外的高空能清晰地俯瞰地球的面目,扩大考古学家的视野。

(2)遥感技术能透过地面,探测地下的古迹。

(3)遥感技术还能发现水中的古迹、古物,扩大考古学研究的范围。