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世界科技全景百卷书: 天外间谍
天上第一星 40多年前的1955年，前苏联科学院主席团曾向数百位科学家发函通知： “请对人造地球卫星的应用提出意见，您认为它在宇宙空间可能作些什么？”结果回答各不相同，有人非常同意搞人造卫星，但说不太清它能干什么，有人则写道：“我对想入非非不感兴趣，我认为空间弹丸是2000年的事。”甚至还有人写道：“我看不出人造地球卫星会有什么用处。”然而，仅仅两年之后，人们的认识便起了翻天覆地的变化。 1957年10月4日，一个划时代的日子。前苏联拜科努尔发射场上矗立着一枚巨大的两级液体火箭，火箭顶部装着一颗银色的小球——人造地球卫星1号。随着发射前10秒钟倒计时的指令，一声惊天动地的巨响，火箭喷出万丈烈焰，直插九天，几分钟后，卫星与火箭分离，沿着椭圆形的轨道飞行。它发出的嘀、嘀、嘀的电波，全世界都可以收到。它的声音震憾了全球，不论是科学家还是平民百姓，在它升空的那几天里，都伫立在寂静的夜空下，用目光搜寻这颗闪烁的小星在天庭上划下的光痕，天天报纸的头版上都有惊呼、感叹、评价这颗卫星的报道。 第一颗人造卫星的构造并不复杂，比起现在形形色色的卫星来说，它简陋得无法与之相比。它是一个直径58厘米的铝合金球体，由两个半球壳对接而成，质量83.6千克，星上有4根鞭状天线，其中一对长2.4米，另一对长2.9米，卫星内装4台攻率为1瓦的无线电发射机，以及化学电池、温度与压力传感器等少量的科学仪器。它进入太空后沿椭圆形轨道绕地球飞行，近地点228公里，远地点947公里，轨道平面与地球赤道平面的夹角为65.1度，绕地球一周96.2分钟。它在太空进行了星内温度、压力试验、地球大气密度测量和电离层研究。人造地球卫星1号在天上共飞行了92天，绕地球1400圈，于1958年1月4日再入大气层烧毁。 人造卫星的出世，造就了一个新时代。有两位开创者的姓名，历史是不会忘记的，他们就是前苏联第一枚运载火箭“卫星”号的总设计师——科罗廖夫和第一颗人造地球卫星的总设计师——吉洪拉活夫。 科罗廖夫的名字是在1966年1月14日他逝世后开始被人们熟知的。在此之前，他的伟大功绩屡屡震惊世界：1957年发射的世界第一枚洲际弹道导弹和用它改进成的“卫星”号运载火箭，以后，前苏联著名的“东方”号、 “联盟”号、“闪电”号运载火箭，以及用这些火箭发射的世界第一艘载人飞船“东方”号、第一个月球探测器、“金星”号探测器、“火星”号探测器以及“上升”号飞船、“联盟”号飞船、“电子”号卫星、“闪电”号通信卫星等。可是他的名字都谜一样地隐藏着。 科罗廖夫1906年12月30日出生在日托米尔一个教师家庭，父亲很早去世，母亲改嫁给一个工程师。由于家境困难，他到图波列夫领导的航空工厂找了个工作，以半工半读的方式念完了中学和大专。他学习用功，工作努力，很得图波列夫的器重。当时，航空业刚刚兴起，他通过滑翔机的设计和驾驶，增长了知识和才干。从学校毕业后，他加入图波列夫飞机设计局，成了图波列夫的得意学生和助手。然而，科罗廖夫却不满足于飞机的飞行，他还想研究如何到宇宙中飞行。20年代末，他结识了著名的火箭理论家齐奥尔科夫斯基，1932年他参加了前苏联刚刚创建的火箭喷气推进研空小组。当时掌有实权的军队首脑图哈切夫斯基很支持这个小组，提供了很多经费和方便，1933年8月他们研制的第一枚液体火箭发射成功。同年9月，政府决定把研究小组与气体动力研究室合并为喷气科学研究所，科罗廖夫担任了副所长。 可是，这时前苏联的肃反扩大化，图哈切夫斯基涉嫌间谍罪被枪决。火箭主设计师科罗廖夫也因此受到牵连，作为间谍分子图哈切夫斯基的同党处理，定为死罪，押解西伯利亚，罚做苦役。于是，这位年仅31岁，风华正茂的年轻设计师悲愤地告别了最心爱的火箭事业，来到一个荒无人烟的小岛，成了一个开挖金矿的苦役。 在肃反扩大化运动中被捕的还有著名的飞机设计师图波列夫。但是，当时前苏联迫切需要飞机，因此没有把他判成死刑，而是囚禁在监狱工厂继续从事飞机的设计研究。图波列夫了解到他的学生科罗廖夫被罚做金矿苦役的情况以后，多方努力和极力申请，终于把科罗廖夫作为“杰出的飞机设计师”救出了死牢，调到图波列夫所领导的1156号监狱工厂，开始重新从事飞机设计。 40年代初，前苏联当局听到德国在搞V—2导弹以后，决定把科罗廖夫转到4号特种监狱工厂，重新组织人员，开始军用火箭方面的研究。4号特种监狱工厂有许多设计室和实验室，囚犯每天工作12小时以上。囚犯之间不准串联聊天，警卫十分森严。 第二次世界大战结束以后，前苏联俘获了一批德国火箭专家和V—2导弹的资料、部件。科罗廖夫能讲流利的德语、英语和法语。他与这批处于俘虏状态的德国专家地位相当，事业一致，很快成了“志同道合”的知己。1947年，科罗廖夫及其同事利用这批专家的智慧和V—2的成果，设计成功了前苏联的第一代导弹。1949年，他设计的中程导弹试验成功，开始装备部队。科罗廖夫这个苦役出身的火箭专家逐渐受到了前苏联军界和政界的重视。1953年，前苏联成立了导弹装备部。在导弹装备部部长乌斯季诺夫的推荐下，科罗廖夫向政治局介绍了火箭研究的现状和利用多级火箭发射人造地球卫星的设想。 1954年，赫鲁晓夫开始执政。他对于火箭技术并不了解。在他的回忆录中讲到火箭时，赫鲁晓夫毫不隐讳地承认：“科罗廖夫称它为火箭，我看它就像是一支大雪茄。不相信这家伙能飞起来。到了发射台上，我们真像乡巴佬进城一样绕着火箭走，摸它，拍它，看它到底有多结实。差一点要用舌头去舐它，看它到底是什么滋味……” 赫鲁晓夫刚刚执政，特别需要用一些新鲜的东西来赢得军队的支持，因此很快组织了航天局，批准了科罗廖夫的洲际火箭和人造卫星计划。 1957年8月，科罗廖夫设计的洲际导弹试验成功。10月4日，科罗廖夫大胆采用捆绑式火箭，发射成功了世界上第一颗人造地球卫星。各国首脑和各地报纸纷纷发表谈话、评论，惊呼前苏联超过了美国。许多知名的科学家也纷纷表示要向开创空间时代的火箭总设计师表示祝贺。当时，科罗廖夫已经是拥有私人专用别墅的苏共党员了，在航天局里担任着副局长、主任设计师和发射总指挥三个职务。但是赫鲁晓夫把他“保护”起来，不让他公开露面。特别具有讽刺意味的是：守卫科罗廖夫的卫队正好是当年把守图波列夫所在监狱工厂的卫队。 50年代末，美国开始在报刊上讨论正在研制中的“水星”号载人飞船。赫鲁晓夫为了保持空间领先地位，下令研制载人飞船。科罗廖夫为确保宇航员的安全，提出采用“水星”计划所设想的海上回收方案。可是赫鲁晓夫认为一艘前苏联载人飞船必须在前苏联领土上降落！ 为了遵守赫鲁晓夫关于飞船只能在前苏联本土着陆的政治规定，科罗廖夫认为只有加固飞船回收装置，才能确保宇航员触地时安全。但是这样要大大增加飞船的质量，当时还没有这样强大的运载火箭。经过设计组全体工程师的反复讨论，科罗廖夫最后决定采用一种折衷的冒险方案：在返回舱着陆之前把宇航员弹射出去，只用降落伞回收宇航员，而笨重的座舱任其摔跌。初看起来，用降落伞着陆好像是航空事业早已成熟的技术。其实，飞船返回的速度远远大于从飞机跳伞时的速度。从飞船上弹射跳伞对于宇航员的生命来说是极大的威胁。1960年12月，用动物作弹射降落试验时发生了死亡事故，这对科罗廖夫是个沉重的打击。 由于精神负担过重，科罗廖夫生平第一次心脏病发作，被迫住院治疗。医生在检查中发现他的肾脏功能也有严重的毛病。医生劝他要长期疗养，可是科罗廖夫不能疗养。美国的载人计划正在稳步前进，科罗廖夫虽然身体欠佳，但他更缺乏的是时间！ 科罗廖夫及其同事们呕心沥血地工作，仅仅用三个月的时间就生产了三枚火箭，两枚用来作动物试验，一枚用来正式发射载人飞船。两枚试验火箭均告成功。1961年4月12日，世界上第一艘正式载人的飞船终于发射成功。可是，当第一名进入太空的宇航员尤里·加加林胜利返回地面，在莫斯科红场举行隆重欢迎仪式的时候，为人类立下了不朽功勋的飞船总设计师科罗廖夫仍然没有露面。只有赫鲁晓夫和加加林在红地毯上举着鲜花，向着欢迎的人群微笑。 1963年，美国研制双人飞船的消息传到前苏联。赫鲁晓夫立即提出要抢先发射三人飞船。时间太紧，科罗廖夫只好带着严重的心脏病，突击修改原来单人飞船座舱的布局。最后只好让宇航员脱掉庞大的宇宙服，只穿衬衣进舱，硬把三个人塞进了单人飞船，在1964年，发射了一艘没有救生装置的三人飞船。 由于工作繁重、精神紧张以及早期劳改营的严重折磨，科罗廖夫的心脏越来越虚弱。1965年冬天，病情逐渐恶化，1966年1月，他在作痔疮切割手术时，心脏病突然发作，抢救无效。这位为人类开创了航天时代的杰出火箭总设计师就这样告别了人世，终年58岁。 在科技史上，一个人的贡献当然是有限的。但是，有时候这样的人又往往是不可少的。科罗廖夫死后，前苏联第一次发射飞船就失事了，在航天事业中首次出现了宇航员丧命的惊人事故。接着，运载火箭“质子”号试验失败，几千万卢布付之东流。随后又有三名宇航员死亡……在接二连三的事故面前，前苏联航天事业的后继者更加怀念科罗廖夫，为了纪念他，一艘航天跟踪船被命名为“科罗廖夫”号。1972年，前苏联公映了一部名为《驯火记》的传记性影片。影片的主人公安德烈就是科罗廖夫的化身。 第一颗人造卫星的主要设计者是米·吉洪拉沃夫。他1900年生于弗拉基米尔城，少年时代就开始涉猎齐奥尔科夫斯基的著作，对宇航发生浓厚兴趣。1927年他结识了科罗廖夫，后来一道加入火箭研究小组，并倡议建立了喷气推进研究小组。他们占用莫斯科沙多沃——斯帕斯基街19号的一间地下室，集合一批志同道合者着手研制火箭发动机。1933年8月17日，当前苏联第一枚试验液体火箭在莫斯科郊外的纳哈宾诺附近发射成功时，吉洪拉沃夫孕育了开发人造卫星的思想。他认真研究了齐奥尔科夫斯基的 《宇宙火箭列车》、《火箭最高速度》等著作，论证了就当代火箭发展水平而言，能够获得第一宇宙速度发射卫星所必备的条件。 1934年2月17日，吉洪拉沃夫去卡卢加城会见齐奥尔科夫斯基，受到这位宇航先驱的教诲。这次会见使吉洪拉沃夫最终选定了自己的目标：造出人造地球卫星，实现人到太空遨游。 可是不久，第二次世界大战爆发了，前苏联全力投入伟大的卫国战争，于是这个设想只有到了卫国战争结束以后才提上了计划日程。吉洪拉沃夫组织了一个专家小组，进行了大量计算和研究，证明当时单级火箭最多只能达到7公里/秒的速度，而且仅考虑到使用最好的推进剂，而未计入空气阻力等因素的影响。因此认为，只有靠多级火箭的接力来加大推力，才有可能达到7.9公里/秒的第一宇宙速度。吉洪拉沃夫研制人造卫星的设想，曾遭到一些人的冷嘲热讽，有人认为这是不现实的，把吉洪拉沃夫讥笑为“怪人”。但吉洪拉沃夫不以为然，不改初衷，还倡议成立一个特别小组，探讨制造人造卫星的理论问题。1948年6月，他申请在一个学术年会上报告自己的研究成果，甚至有些科学家把他的报告说成是“幻想文学”，在“浪费时间”。但科罗廖夫支持他，并建议把他的研究成果列入研究所的计划。 后来，吉洪拉沃夫在另一个年会上作了题为《在现代技术条件下借助多级火箭达到第一宇宙速度和制造人造地球卫星的可能性》的报告，引起人们的注意。当时科罗廖夫正在研究的单级火箭速度可达到3公里/秒。在此基础上，吉洪拉沃夫在报告中完成了对二级火箭的分析工作，提出完全可以把较重的卫星送上地球轨道。鉴于他的科学论证更加充分，似乎过去的议论和责难都烟消云散了。科罗廖夫保持了吉洪拉沃夫的“卫星”小组，并在1953年把这个小组吸收进入了设计局。 1954年，吉洪拉沃夫提出了论证人造地球卫星可行性和必要性的建议。他在建议中指出：“目前所进行的新产品研制情况，允许我们考虑在近几年内制造人造地球卫星的可能性，能否适时合理地组建科研机构，以便对卫星的研究工作进行初步的探索。”科罗廖夫和科学院院长凯尔迪什都表示赞同，于1956年1月30日决定开展研制人造卫星的实际工作。年底，吉洪拉沃夫建议“卫星造得小一些，简单一点，最好为30千克重。”这个建议又得到了科罗廖夫的支持。 1957年6月，前苏联设计制造出了第一颗人造卫星。8月31日，科罗廖夫和吉洪拉沃夫一起决定进行卫星和运载火箭的联合试验。火箭和卫星于9月初相继运到发射场，紧张地进行着各项准备工作。10月4日，人类第一颗人造卫星终于诞生了。 历史和人民永远不会忘记这两位科学家，无论多少年后，世界上第一枚运载火箭和第一颗人造卫星以及它们出色的设计师都在史书和人们心里放射着灿烂的光辉。 人口众多 人造卫星的发展速度快得令人吃惊，人造卫星的“人”口繁衍也快得令人目不暇接。1957年宇宙上只有2颗人造卫星，1958年8颗，1959年14颗，1960年35颗，到1995年底，世界各国发射的各种航天器已近5000个，其中90％是人造卫星。当然，每颗卫星都有他的寿命，寿终正寝的卫星一般都落入大气层烧毁，不再占用他原来的轨道位置。 人造地球卫星的名称有他科学的含义：由人工制造、环绕地球在空间轨道上运行至少一圈的无人航天器。人们一般简称为人造卫星。 人造卫星作客天宫，各有各的使用，各有各的轨道，各有各的用途。50年代末至60年代初，各国发射的人造卫星主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中期，人造卫星开始进入应用阶段。从70年代起，各种新型专用卫星相继出现，性能不断提高。 人造卫星按运行轨道不同可分为低轨道卫星、中高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星。按用途分，则可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。 科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气、地球辐射带、地球磁层、宇宙线、太阳辐射等，并可以观测其他星体。 技术试验卫星是进行新技术试验或为应用的卫星。航天技术中有很多新原理、新材料、新仪器，其能否使用，必须在天上进行运行试验；一种新卫星的性能如何，也只有把它发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；人上天之前必须先进行动物试验……这些都是技术试验卫星的使命。 应用卫星是直接为人类服务的卫星，它种类最多、数量最大，其中包括：通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星等等。 应用卫星主要有三大用途： （1）无线电信号中继：这类卫星发展很快，有国际通信卫星、国内通信卫星、军用通信卫星、海事卫星、广播卫星、跟踪和数据中继卫星和搜索营救卫星。这些卫星上装有工作在各种频段的转发器和天线，它们转发来自地面、海上、空中和低轨道卫星的无线电信号，用于传输电话、电报和电视广播节目以及数据通信。这类卫星大部分运行在静止轨道上。还有一些采用大椭圆轨道，如前苏联的“闪电”号通信卫星。 （2）对地观测平台。这类卫星有气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星，称为对地观测卫星。在这些卫星上装有对地观测的从紫外光到远红外光各种波长的遥感仪器或其他探测仪器，收集来自陆地、海洋、大气层的各种频段的电磁波，从中提取有用的信息，分析、判断、识别被测物体的性质和所处的状态。这些卫星可以直接服务于气象、农林、地质、水利、测绘、海洋、环境污染和军事侦察等方面。这类卫星许多采用太阳同步轨道，也有使用静止轨道和其他轨道的。 （3）导航定位基准。这类卫星有导航卫星、测地卫星等。在这些卫星上装有光信标灯、激光反射器和无线电信标机、应答机等。这种卫星的空间位置、到地面的距离和运行速度都可以预先确定，因而可用作定位、导航和大地测量的基准。地面固定的或移动的物体、空中飞机和海上舰艇，都可以利用这类卫星确定自己的坐标。这类卫星的轨道大多为极轨道。 人造地球卫星基本按照天体力学规律绕地球运动。但是实际运动情况要复杂得多，主要原因是受非球形地球引力场的影响，而低轨道卫星还要受大气阻力的影响；高轨道卫星，特别是静止轨道卫星还要受日、月引力和光压的影响。卫星运行的轨道决定于卫星的任务。轨道的形状和高低取决于运载器赋予卫星的速度大小和方向。 各显神通 跨国信使“烽火连三月，家书抵万金”，中国古代劳动人民早就有过对快速通信的殷切期望，但是那时人们只能靠驿马、驿车。20世纪实现了无线电通信，使人类的通信手段大大提高。无线电通信是靠电波发送信号的，电波分长波 （波长20000～3000米）、中波（波长3000～200米）、短波（波长200～10米）、超短波（波长10～1米）和微波（波长1米以下）等波段。而后两者具有传输信息容量大、稳定又可靠等优点，但超短波和微波传输只能直线传播，人们只好每隔50公里为它们建造一个中继通信站，使它们像跑接力赛一样一棒一棒地跑下去，把电波传到遥远的地方。这种接力通信美中不足是太费资金，如果把北京的电视节目传到美国纽约，不知要造多少个中继通信站 （每站必设收信机、发信机和天线铁塔），而且遇到崇山峻岭和汪洋大海又如何建立中继站！怎么办呢？于是人们想到了在天上挂一个 “驿站”，利用超短波、微波直线传输的特性，把它们发给天上的卫星，再由卫星接收后再转发到地面的另一个地方。 1945年5月25日，英国行星际学会的科学家克拉克提出一份备忘录，阐述利用人造地球卫星在太空建立微波通信站实现跨国通信的设想。他发现在距地球赤道平面上空36000公里的地方，存在一条可使卫星相对地球保持静止不动的轨道。他提出如果在这条特殊轨道上相隔120度等距离地配置3颗卫星，就可以覆盖全球绝大部分地域，从而建立起全球性的卫星通信网。这个关于跨国信使的设想今天已经成为现实了。 通信卫星犹如国际信使，把来自地球一个地方的“信件”带到天上，然后再“投递”到地面另一个地方的用户手里。这种跨国跨洲的通信，靠地面的无线电中继站无法实现，只有运行在36000公里赤道上空的卫星才能担负起遥远距离通信的使命。 1958年12月18日，美国首先发射一颗“斯科尔”号卫星，将美国总统的《圣诞节祝辞》录音带到太空，然后从太空传到各地转播，试验了卫星通信的可能性。这颗卫星的近地点为184公里，远地点为1462公里，寿命只有13天。1961年7月10月美国发射电星1号通信卫星，这颗卫星重77千克，轨道近地点822公里，远地点4864公里，用它成功地进行了横跨大西洋的美国与法国、英国之间的电视中继转播、照片传真和电话通信实验。这些最初的通信卫星都是低轨道卫星，无论通信时间还是地域范围都受到很大限制。它们的轨道周期短，只有90多分钟到100多分钟，经过某地上空的时间最多只有十几分钟，两地要用同一卫星通信的机会很少。由于高度低，覆盖范围就小，实现全球通信需要上百颗卫星才行。 1963年2月14日，美国发射第一颗地球同步通信卫星“辛康”1号，但由于在远地点发动机点火20秒后，卫星上的无线电设备发生故障，与地面失去联系，通信未获成功。接着于7月26日发射“辛康”2号卫星，这颗卫星进入地球同步轨道，只在美国与非洲、拉丁美洲之间作了短暂的实验通信。1964年8月19日发射“辛康”3号卫星，定点在赤道上空36000公里的西经180度静止轨道上，成为世界上第一颗真正的对地静止通信卫星。这颗卫星首次向全世界转播了在日本东京举办的奥运会开幕式的电视实况。从此，这种充分跨国信使角色的地球静止轨道通信卫星陆续活跃在太空舞台。 1965年4月6日，美国发射成功一颗“晨鸟”号通信卫星。卫星高0.6米，直径0.72米，重39千克，拥有240条话路和1条电视频道，同年6月正式开通美国与欧洲之间的国际商业通信，标志着通信卫星转入实际应用阶段。这颗“晨鸟”号卫星后来改称“国际通信卫星”1号。在将近30年的时间里，“国际通信卫星”发展了8代型号。1989年10月27日发射了一颗“国际通信卫星” 6号，高5.3米，直径 3.64米，重4240千克，拥有48个转发器，可同时传输24000条双向话路和3路彩色电视，通信容量是1号的100倍。1995年美国轨道科学率先把头两颗在低轨运行的“轨道通信卫星”送上了太空，拉开了人类建造和使用低轨卫星群进行全球个人卫星通信新世纪的序幕；美国第一颗新一代移动电话卫星也顺利入主“天宫”，它是迄今为止世界第一颗专门用于陆上移动通信的商业卫星，可以向美国、加拿大和加勒比海地区的车载、船载及机载电话系统提供移动通信，并能向美国的边远地区提供固定的电话通信业务；价值10亿美元的第二颗军用通信卫星于1995年11月6日升空，从而完成了第一代军用卫星组网的重任，使美军通信能力向前迈了一大步。借助通信卫星，人们能够和远隔重洋的亲友通话或发电报，从电视屏幕上观看世界各地新闻和重大体育赛事，传输报纸版面和各种数据资料，医生给万里之遥的病患者诊断治疗，将军指挥千里之外的战争，等等。通信卫星给人类的社会活动和日常生活带来了巨大变化。 CNN是美国有线电视广播新闻网的简称。海湾战争爆发后， CNN通过通信卫星使世界上150多个国家和地区的数十亿观众，几乎在同一时刻及时了解整个战争的发展过程。自“沙漠风暴”空袭行动开始之夜起，CNN连续 7个小时报道了巴格达遭受空袭的情景。随后，CNN每天不间断地将战况通过卫星传遍全球。CNN不仅满足了亿万平民渴望了解战况的焦急心情，而且也成为交战双方首脑及世界各国领导人及时获得战况信息的重要渠道。伊拉克外长阿齐兹在接受外国记者采访时，甚至不愿调低电视机音量，一边谈话，一边把眼睛瞄向CNN所播放的最新战况。从此，CNN也借通信卫星的功劳名噪全球。 中国于1984年4月8日成功地发射了第一颗试验通信卫星“东方红”二号，4月16日卫星定点于东经125度的赤道上空，在距地面36000公里的静止轨道上运行，试验了北京与乌鲁木齐、拉萨、昆明等边陲地方的电话、电视传播和通信联络，星上仪器设备工作良好。中国从此成为世界上第五个具有发射地球静止轨道卫星能力的国家，表明中国的卫星通信技术进入世界先进先列。继后，中国又发射成功5颗实用通信广播卫星，极大地改变了卫星通信面貌。1994年11月30日，中国发射大容量、长寿命的通信广播卫星“东方红”三号，但由于星上姿控推力器泄漏，燃料耗尽，卫星只进入准同步轨道，未能定点投入使用。这颗卫星采用2.2米×1.72米×2.0米的箱形星体，太阳能电池板最大跨度18.1米，最大高度 5.71米，进入静止轨道时的质量为1145千克，星上装有24个C波段转发器，可进行6路彩色电视和8000条话路的通信广播，设计寿命8年。目前，我国通过“国际通信卫星”已经和世界上200个国家和地区建立了国际直拨电话业务。一些通信状况落后的省市，如云南、贵州、新疆、西藏等地，利用卫星通信，大大缩短了与世界的距离，改变了与世界隔绝的状态，促进了对外开放，改善了投资环境，加快了旅游事业的发展。 我国幅员辽阔，地势复杂，在山区、边远地区、高原、沙漠、海岛和海洋开辟先进的卫星通信线路，对这些经济不发达地区具有重要的经济和政治意义。要知道“国际通信卫星”系统创造收益增值比不低于40∶1，即通信卫星每收入1美元，使用部门可创益40美元。 中国在1996年下半年组织第二颗“东方红”三号通信卫星的发射，这使中国卫星通信技术达到一个新的水平。 头号间谍 1990年炎热的夏季，伊拉克总统萨达姆秘密向邻国科威特边境集结军队，但在伊拉克入侵科威特前10天，美国就通过高清晰度的成像侦察卫星和电子监听卫星，发现伊拉克正向伊科边界集结重兵。伊军入侵科威特前两天，即1990年8月1日，中央情报局急告正在前苏联访问的美国国务卿贝克，伊拉克即将入侵科威特，希望前苏联出面制止。但苏方坚信萨达姆不会背着前苏联干。8月2日7点45分，贝克接到华盛顿打来的急电，告诉他中央情报局已确信伊军将在几小时内入侵科威特。直到这时，前苏联外长还是不相信，甚至在伊军坦克开进科威特时，前苏联还被蒙在鼓里。当伊军吞并科威特后又妄图进攻沙特阿拉伯时，又是中央情报局利用美国的卫星侦察情报使沙特国王对伊位克的这一战略意图确信无疑。因而同意美国派兵进驻沙特。“沙漠盾牌”行动计划从此开始实施。由此可见，充当头号间谍的侦察卫星在战争中发挥着重要的作用。 美国早在50年代就着手秘密研制侦察卫星。由于侦察卫星在太空轨道上居高临下、一览无遗的特点，一张卫星照片覆盖面积达数千平方公里，而过去一张普通航空照片覆盖面积仅为十几平方公里，因此卫星作为侦察手段而备受青睐。1959年2月28日第一颗试验侦察卫星“发现者”1号发射入轨，至1962年4月18日，三年一共发射39颗“发现者”号卫星，其中26颗进入轨道，12颗完全成功。“发现者”号卫星长5.94米，直径1.52米，呈圆柱形，入轨质量770千克，卫星回收舱重138千克。美国的’发现者”号系列卫星曾拍摄到前苏联研制新一代洲际导弹及普列谢茨克军用发射场的情况。 美国第二代侦察卫星是无线电传输型“萨莫斯”号，首次发射失败。1961年1月31日第二颗“萨莫斯”2号卫星进入近地点480公里、远地点560公里的轨道，在太空工作了一个月，环绕地球约500圈，向地面发回1000多幅侦察照片，特别是查明了前苏联拥有的洲际导弹数量。“萨莫斯”系列卫星长6.71米，直径1.52米，起飞质量1860千克，仪器仅重500千克，呈带前锥体的圆柱形。美国第三代照像侦察卫星是“倘眼” 9号，卫星长8米，直径1.5米，重2吨，呈圆柱形，在太空轨道上飞行17天到90天。星上装有多光谱照相机，能同时用几个波段拍摄照片。1971年6月15日，美国发射成功第一颗“大鸟”号侦察卫星，至1983年共有19颗发射运行。这种第四代侦察卫星长约15米，直径3米，重13.3吨。星上装有一架新型普查相机和一架高分辨率详查相机，在160公里的高空能拍0.3至0.5米的地面目标，可辨别出地面上的火车、汽车、坦克甚至大街上的行人。至1979年12月19日首次发射上天。这种卫星带有高分辨率的电视摄像机，使用在同步轨道上的数据中继卫星来传播图像，能够在瞬间提供高清晰度的照片，卫星寿命可长达25年。美国最先进的“锁眼” 12号照相侦察卫星能昼夜拍摄地面各处目标的高清晰度照片，其分辨率可达0.1米。 海湾战争中美国起码使用了5颗侦察卫星监视战区。其中2颗星是美国最新型的“锁眼”11号侦察卫星。这些卫星的地面分辨率高达0.3米，足可以清点沙漠中伊军的坦克、火炮、导弹发射架及军队部署详情。这种卫星还有“斜视”功能，即当卫星不能直接飞越海湾地区上空时，也能通过改变其光学系统的指向来摄取旁边地域的图像。卫星上的红外设备还可以在夜间拍照。五颗侦察卫星中还有一种是雷达成像型卫星“长曲棍球”号，海湾地区地表沙漠多，最适合雷达全天候监视，它具有揭露伪装的特殊功能，能更有效地探测伊位克的坦克部队。雷达成像卫星与可见光照相侦察卫星不同，它不受光照条件限制，可以昼夜工作，不间断地提供地面目标图像。这些卫星传回的大量数据在处理、分析这些情报的美国国家照片判读中心堆积如山，使处理人员每天工作长达18小时以上。经过处理的信息输入美国海、空军的导弹制导系统中，其结果是伊拉克的一个个精心伪装的战略重地大多进了盟军的轰炸清单。 前苏联也是最早研制侦察卫星的国家，1962年4月24日发射第一颗侦察卫星“宇宙”4号。从70年代起，每年平均发射约30颗照相侦察卫星，大部分采用“东方”号飞船或“联盟”号飞船回收舱改装，卫星一般重5吨，最高分辨率可到0.3米。在28年内发展了6代，共有800多颗照像侦察卫星上天巡游，从事侦察活动。 在侦察卫星中，有一种利用电子设备侦辨雷达和其他无线电台的位置与特性，窃听遥测和通令等军事情报的电子侦察卫星。1962年7月18日，美国发射第一颗电子侦察卫星；前苏联于1967年发射第一颗电子侦察卫星“宇宙”149号。在美国发射的第二代87颗侦察卫星中，包括有19颗电子侦察卫星：第三代的95颗侦察卫星中，有电子侦察卫星8颗。1985年1月23日， “发现”号航天飞机施放成功一颗重2.5吨的电子侦察卫星，用于窃取前苏联导弹遥测、军用通信以及雷达站发射机频率特性及其位置。 随着导弹核武器的发展，为了对付这种速度快、高度高和射程远等特点的目标，侦察卫星中还出现一种预警卫星。美国于1960年6月开始发射“米达斯”号试验导弹预警卫星。1969、1970年发射两对“维拉”系列预警卫星，星上装有极其灵敏的红外探测器，能够探测前苏联导弹的发射情况。1971年发射第一颗静止轨道早期预警卫星，用以监视前苏联陆基导弹发射和核试验情况。美国在轨道上保持部署3颗预警卫星，只要有什么地方发射来袭的导弹，就能记录到发射光源点，从而立即报警。在1994年的海湾战争中，美国的“爱国者”导弹拦截伊拉克的飞毛腿导弹，这种预警卫星起了很大作用。 观天神眼 1980年5月18日，中国宣布向南太平洋海域发射洲际火箭试验。火箭飞行，必须有良好的气象条件。5月17日，火箭发射落区试验海域上空却乌云翻滚，又下了一场倾盆大雨，人们焦虑第二天天气会怎样呢？国家气象部门根据卫星云图作出预报：雨过天晴，气象良好，火箭可以发射。果然当天落区试验海域天气晴朗，洲际火箭发射试验顺利，回收获得圆满成功。1981年7月的四川大暴雨，使长江干流出现了百年不遇的特大洪水。在此紧急关头，荆江分洪工程是否分洪面临重大抉择。若立即分洪，将淹没60万亩耕地，迫使40万人搬迁，财产损失巨大；若不分洪，万一洪峰再涨，将对江汉平原的 800万亩良田和武汉等大中城市构成极大威胁，损失更为惨重。气象部门根据气象卫星云图，作出“近日长江三峡和清江流域无大的降水过程”的预报，防讯部门根据这一预报，果断决定荆江不分洪，从而避免了因分洪而产生的至少6亿元经济损失。这些正确决策里无疑包含有气象卫星的一份功劳。 气象卫星是建在太空的气象台，犹如观天神眼，能对天气察颜观色，追风测雨。它利用星上的电视摄像机拍摄的卫星云图，用扫描辐射仪观测到的红外、可见光云图，经过分析处理，获得各种气象资料，由于可以发现天气的变化趋势，从而提供气象服务。 从轨道来看，气象卫星一般分为低轨道和高轨道两种。低轨道气象卫星，一般采用高度为700至1500公里的极地轨道，每颗卫星每天可以两次观测全球气象资料。高轨道气象卫星，一般采用赤道上空36000公里的静止轨道，每颗卫星20分钟左右就可以在赤道上空附近的近圆形地区观测一次。 1960年4月1日美国发射第一颗气象卫星“泰罗斯”1号，进入近地点693公里、远地点750公里的椭圆轨道。卫星高0.48米，直径1.07米，重120千克，呈圆筒形。星上装有两台电视摄像机，10天即拍摄到澳大利亚的布里斯城附近有旋风形成的迹象。它在轨道上运行两个多月，共向地面发回22952张云层照片。截至1965年7月2日，这种卫星共发射10颗，提供了大量气象资料。从1966年2月至1969年，美国又发射了9颗“艾萨”号第二代气象卫星，轨道高度约1400公里，云图的星下点分辨率为4公里。第三代第一颗极地轨道气象卫星“诺阿”号于1978年10月13日发射，在太空工作时间达28个月，一共发射12颗。这种卫星高3.7米，直径1.9米，重约1400千克，轨道高度850公里，运行周期102分钟。一颗“诺阿”号卫星每天可传输全球范围内1.6万个点的大气探测资料和100多幅云图，每天世界上有120多个国家接收“诺阿”号卫星传回地面的云图。 1961年2月美国试验同步轨道气象卫星上天，首先用于监视大西洋上的飓风动向。1974年5月发射的“应用技术卫星”3号静止轨道气象卫星，第一次发回全球彩色云图。1975年10月16日，美国发射第一颗实用的地球静止环境业务卫星“戈斯”号。这种卫星呈圆柱形，高2.4米，直径1.9米，重294千克，工作寿命3年。星上装有可见光和红外扫描辐射计，星下点分辨率分别为0.9公里和8公里。“戈斯”号气象卫星已发射10颗，每颗卫星向地面接收站隔30分钟发回一幅全球高分辨率云图，同时还能传输地面测震，海上采油，测量潮汐、海流与大气温度等资料。 前苏联从1963年开始研制气象卫星，最初运用“宇宙”号系列卫星进行实验，共发射16颗，其中1966年6月25日发射的“宇宙” 122号卫星，进入近地点625公里、远地点740公里的椭圆轨道运行。在此基础上改进、研制成功第一代实用气象卫星”流星”号。1969年3月26日和10月6日，先后发射成功“流星”1号和“流星”2号，卫星总长约3米，直径1.2米，重约1吨，装有太阳能电池翼板，呈圆柱体。星上装有接收机、电视摄像机、红外测量仪，能把白天的云图和夜晚的红外云图不断传回地面。前苏联通常保持2至3颗“流星”号卫星在与赤道面相互垂直的轨道上运行，组成气象观测网，提供全球气象资料。 中国在1988年9月7日和1990年9月3日先后把两颗“风云”一号气象卫星送入轨道。卫星高1.2米，长宽各1.4米，重750千克，两侧对称安装6块太阳电池帆板，展开后卫星总长8.6米。它们在900公里高的太阳同步轨道上追星逐月，纵览风云，拍回的云图照片纹理清楚，层次丰富，在天气预报、城市规划、海洋捕捞、小麦估产、森林火情监测等领域，都曾发生过重要作用。中国研制的“风云”二号地球静止轨道气象卫星已研制完成，即将登上太空舞台，为国民经济的发展带来更大益处。 寻宝高手 澳大利亚地质学家在北部昆士兰地方钻井勘探，期望发现丰富的油层，但在钻探基地周围均未发现油层的迹象。而此时美国俄克拉荷马州的一间办公室里，美国地质学家通过分析从太空拍回的照片，却肯定昆士兰地方的地质构成有利于形成油层。这就是寻宝高手——资源卫星的功绩。 资源卫星在距地面几百公里的太空俯瞰地球，能看透地层，发现地下宝藏，普查农林和海洋资源，评估农作物收成，预报各种自然灾害，考察历史遗址。它的工作原理是，利用星上装载的多光谱遥感设备，获取地物目标辐射和反射的多种波段的电磁波信息，发送到地面站，根据掌握的各类物质波谱特性进行处理，得到各类资源的特征、分布和状态，从而达到不必实地勘测而能寻觅到地面和地下宝藏的目的。 目前世界上的资源卫星有两类，即陆地资源卫星和海洋资源卫星。 世界上第一颗地球资源卫星，是美国1972年7月23日发射的“陆地卫星”1号。卫星高3米，最大直径1.5米，跨度4米，重953千克。它在距地面920公里的轨道上运行，对地面分辨率80米，一幅卫星图片覆盖185公里×185公里，工作寿命3年。每天卫星向地面传输40幅图片，第一年地面接收站就收到80万幅图片。至1989年3月，美国发射了5颗“陆地资源”卫星。前三颗星上装有多光谱扫描器和数据收集系统，每隔18天覆盖全球一次，3颗卫星配合覆盖全球面积只需6天；后二颗星上增加了先进的主题测绘仪和红外扫描器，分辨率为30米。从1972年至1987年15年间，5颗“陆地卫星”拍摄了200万幅图片，世界上有110多个国家利用这些卫星图片为本国的资源勘察服务。它的主要用途有：绘制修正地图，陆地卫星5分钟观测地面获得的资料，相当于一架飞机6个月航测的资料，用“陆地卫星”的100幅图片就能覆盖南极的325万平方公里的面积，若用航空照像需要几年时间和10万幅图片；探查矿物资源，1972年和1973年的“陆地卫星”照片拼成一幅智利和秘鲁的矿产分布图，从“陆地卫星”的照片上寻找地质矿藏的成功率较高，完全可分辨出各种矿藏；寻找水源，“陆地卫星”的照片易于测量水、冰、雪及降雨量，能鉴别出小至100米宽的池塘，故可发现蓄水地域；探测冰雪，监测冰川的形成变化；监视农业与森林，如绘制土壤图，进行小麦估产，监视干旱水涝，预报森林虫害和火灾。1987年冬季中国大兴安岭发生特大火灾，在太空巡视的卫星首先报告了火情，并通过卫星指挥扑灭了森林大火。 美国的“陆地卫星”同样也用于海洋观测。但为了更有效地了解占地球面积71％的海洋，美国专门研制了海洋资源卫星。1978年6月发射世界上第一颗“海洋卫星”，卫星高2.1米，直径1.5米，重2290千克，在805公里的极地轨道上运行，只工作了105天，卫星上装有雷达高度计，测量海面高度，精度为0.1米，每隔36小时扫描一次95％以上的海洋，一天的观测量要比过去科学考察船10年获得的资料还要多。这颗“海洋卫星”可昼夜考察海洋，拍摄冰域、冰川、冰区航线图片，绘制世界三大洋的海底地形图。 中国从1975年以来，发射了16颗返回式遥感卫星，其中包括国土普查卫星。它们拍摄的大量资料已广泛用于国土普查、石油勘探、铁路选线、地图绘制、地质调查、电站选址、地震预报、农林考查、文物考古等国民经济领域，获得很好的效益。我国宝成铁路建成通车后，崩塌、滑坡灾害甚多，例如，宝成铁路北段，凤州至略阳区间，在长124公里的铁路线上，崩塌、滑坡达165处之多。虽然经过长期治理，花费了大量的人力、物力，耗资达7亿元，但是每年一到雨季，崩塌、滑坡仍然不断发生，严重地影响铁路的正常运营。 在治理宝成铁路灾害过程中，工程技术人员起初把发生灾害的原因归结为地形、地质条件复杂，而未能进一步究其灾害发生的根源，因而在治理方面也只是采取“塌一处、治一处”的被动手段。对应用卫星遥感图像进行区域分析之后，才发现嘉陵江位于断烈构造和环状构造的边缘部位，而沿嘉陵江边行进的宝成铁路恰恰位于区域地质构造的薄弱环节，而在设计上不适宜地采用了高边坡，施工中采用了大爆破，造成了工程灾害的不断发生。这样人们就找到了工程灾害产生的根本原因，因而在治理方面也就采用了全面规划、逐步实施的方针。即在不稳定的高边坡地段加修明洞；在不稳定的滑坡地段进行改线，从而为宝成铁路的改建提供了科学依据。目前宝成铁路经过全面改建后，已大大地提高了运输能力。 指路明灯 1958年初，美国科学家在跟踪第一颗人造卫星时，无意中发现收到的无线电信号有多普勒效应，即卫星飞近地面接收机时，收到的无线电信号频率逐渐增高；而卫星远离时，频率就变低。这一发现为利用卫星作指路明灯开辟了方向，开创了卫星导航定位的新纪元。 导航卫星是设在天上的无线电导航台。它的优点是，可以在任何恶劣的气象条件下昼夜为在世界各个角落的飞机、舰船指明航向，导航精度误差极小，操作自动化程度高，不必使用任何地图即可显示出确切位置。 1959年9月17日，美国发射第一颗试验导航卫星“子午仪”1A号，但因火箭第三级发生故障导致失败。首次真正成功的是1960年4月13日发射的“子午仪”1B号导航卫星，它在轨道上运行了2731天，于1967年10月5日进入大气层烧毁。在太空运行期间，由于星上设备不时发生故障，实际工作时间只有89昼夜。1960年6月22日又将“子午仪” 2A号试验导航卫星发射入轨，提高了设备的可靠性和导航精度。美国一共发射4种型号的“子午仪”号导航卫星。前三种外形都是圆球形，直径0.51米到1.09米，重约60至122千克，外壳由耐热的纤维玻璃制成，表面上装有一根螺旋形天线，中部装有两排太阳能电池；第四种的外形为一个顶与底为平面的16面长方棱柱体，棱柱直径为1.08米，高0.78米，外壳表面附贴1.1万个太阳能电池，并装有鞭状天线。至1964年，美国“子午仪”号导航卫星才进入实用阶段，建成了卫星导航网，最初为携带北极星潜地导弹的核潜艇精确定位服务。实用的“子午仪”号卫星采用极地轨道，轨道平均高度为1100公里，近似圆形，周期为107分钟。美国一共发射了11颗“子午仪”号卫星。至80年代末，在轨道上运行的导航卫星有6颗，其中3颗已在太空工作10多年。“子午仪”号卫星导航系统由地面站、导航卫星网和用户接收导航设备三部分组成。地面站对卫星进行观测、数据处理，并把卫星的轨道上的坐标参数预报发送到卫星上贮存起来，当卫星经过用户上空时，这些参数又从卫星上发回地面，被用户接收，在用户导航设备对参数处理的基础上，实现用户的定位与导航。美国“子午仪”号导航卫星的用户约有1万户，其中60％～70％为军事应用。它像挂在太空中的灯塔，繁忙地为各国潜艇、舰艇、远洋船只指示航向，也为海上石油勘探定位及陆地测绘特别是山区和森林测绘服务。 由于“子午仪”导航卫星系统只能向用户提供经度和纬度，不能提供相应的海拔高度和速度，平均定位时间间隔太长，满足不了飞机、导弹等的定位要求，美国从1973年12月起开始研制一种导航星全球定位系统。这种新的卫星导航系统包括18颗实用星和3颗备用星，分布在3个轨道平面内，每一轨道平面上布置6颗，平均高度为2万公里。这样在地球上所有的用户，任何时候至少可以接收到4颗卫星的导航信号，实现精确、连续、实时定位和导航。定位精度可达15米，一次定位时间只需几十秒钟。美国经过20多年的努力，1992年已基本建成导航星全球定位系统。目前美国正在研制“吉奥星”导航系统，仅用3颗地球静止轨道卫星组成区域导航系统，或用6颗 “吉奥星”组成全球导航系统。这个系统简单、便宜，定位精度可达10米，具有更好的应用前景。 1973年5月，前苏联发射成功“宇宙”1000号卫星，这是前苏联宣布的一颗新的导航卫星，为全球导航服务。1982年底，前苏联发射了3颗全球导航卫星，宣称这是为改进定位航行中的商船、渔船以及飞机而研制的空间导航系统。1995年9月俄罗斯建成了由24颗卫星组成的全球导航卫星系统，24颗星在3个不同轨道面上运行，每个轨道面上8颗。目前，世界上只有美国和俄罗斯拥有各自的军用个球导航卫星系统，同时也都提供本国民用航空飞机和海上船只定位和导航，以有效地管制拥挤的空中和海上交通，进而减少飞机或船只发生失事灾难。 1980年4月，美国在营救被伊朗扣留的人质的军事行动中，靠导航卫星把14架美国飞机引到茫茫沙漠中的准确位置，导航卫星为营救人质立下汗马功劳。1983年10月，前苏联50艘船只被困在北极东部地带的冰层中，借助 “宇宙”1500号卫星上发回的照片，在出事地点找到冰海的一些裂缝和联结带，为原子破冰船抢险选定合理路线，解救了这支遇难船队。海湾战争结束后，在弹丸之地的科威特国土内留下了无数地雷和哑弹。仅美国负责清扫的地区内，就散布着125万枚哑弹和50万枚地雷。为了重建科威特，必须尽快清扫战场。美国人首次采用导航卫星定位系统对这批危险的炸弹和地雷进行逐一探测定位，然后由爆破专家引爆销毁。在清扫175万枚地雷和哑弹过程中，仅有1人丧生，创造了一项世界奇迹。 环球巡警 世界上有各种各样的灾害。1965年至1992年的28年里，全世界发生4650多起自然灾害，约30亿人受灾，其中死361万人，直接经济损失约3400亿美元。最大的灾害有暴风、洪水、地震、干旱、火灾等。自从卫星上天以来，人类利用空间技术提供的条件，防止或减小了这些自然灾害造成的恶果。 1987年5月，中国东北大兴安岭地区发生一场猛烈的森林大火，在天上巡游的卫星成功地监测到这一信息，为扑灭这场大火创造了条件。 1991年夏，中国江淮流域发生严重水灾，又是卫星提供了水灾淹没面积的准确估计，为救灾工作找到了依据。卫星作为防灾减灾的哨兵，发挥了有效的作用。目前，人类已经利用气象卫星、资源卫星、通信卫星、导航卫星等进行了大量的减灾活动，取得了良好效果。此外，许多国家都在研制各类减灾卫星，即使同一颗卫星集对地观测、通信、导航等功能为一身，实现救险防灾的目的。 1982年10月9日夜，美国的一艘载有3名水手的赛艇在大西洋南塔基特岛以东350多公里的地方遇到狂风巨浪的威胁，陷入危险境地。这艘赛艇上的水手发出呼救信号，美国海岸护卫队纽约营救中心收到环球航空公司一架飞往里斯本的班机从大西洋上空得到微弱的求救信号。但是那架飞机无法确定遇难赛艇的位置在何处，而要在浩瀚的大洋里搜寻一个这么小的目标，至少要花几天功夫。纽约营救中心为了尽快测出遇险赛艇的确切位置，只好求助于前苏联的“宇宙”1383号救援卫星。这颗卫星在大西洋上约1000公里的高空接收到无线电呼救信号，立即把这一信息传到地面，用计算机测出呼救信号源的所在位置。美国海岸护卫队遂派出一架远程飞机，前往出事地点侦察，很快发现被暴风打翻的赛艇。然后通知一艘快艇赶到出事现场，迅速将3名水手营救起来。这是利用救援卫星首创营救遇难者的纪录。至今，卫星救援系统已搜寻到失事或遇难船只和飞机200余艘 （架），救护遇难者600余人。 前苏联是首先使用救援卫星的国家。1982年7月发射第一颗救援卫星，到1984年组成了卫星救援系统。美国发射4颗“诺阿”号系列气象卫星作救援卫星，1987年2月发射一颗静止轨道“实用环境卫星”7号，星上增加了搜索和营救飞机空难和船只海难信号接收机，完善了国际救援卫星网。特别是国际海事卫星组织建立了国际海事卫星通信系统，不仅为航空通信、导航定位、气象预报服务，而且也为营救遇难飞机或船只效力。 卫星的最大防灾本领，还是监测地球上的陆地、海洋和大气层，创造良好的生态环境，使人类免遭各种自然灾害之苦。因此，各种专门的减灾卫星便应运而生。中国过去利用自己的返回式卫星和气象卫星，进行防灾、抗灾、救灾和治理灾害都取得了一定成绩。中国辐员辽阔，经常饱受自然灾害之虐，治理环境是一项重要课题，因此也把研制减灾卫星提上了日程。 世界各国都着眼于未来的防灾减灾工作。美国倡导制订“地球使命”计划，打算对地球环境进行大规模调查研究，包括调查臭氧层的破坏、地球变暖、土地沙漠化、热带雨林的破坏、海洋污染等问题。为此，美国正在研制地球观测平台，采用太阳同步轨道，轨道高度为820多公里，重13.5吨。平台内安装有中分辨率成像光谱仪、高分辨率成像光谱仪、微波辐射计、激光雷达、大气探测器、合成孔径雷达等10余种遥感仪器。世界上其他一些国家，如俄罗斯、法国、日本等，也都在研制这样的空间观测平台，并且采用国际合作来监测地球环境的变化，治理人类赖以生存的地球环境。 开路先锋 尽管人类的力量已经多多少少地改变了整个世界；尽管人类智慧的触角已经伸向了茫茫宇宙，但是仍然有许多有关人类自身的不解之谜困扰着聪颖的地球人。 古埃及宏伟、神秘的金字塔；南太平洋孤岛复活节岛上重达10多吨的巨石人头像；秘鲁纳兹卡平原上硕大的跑道、机场以及附近陡崖上巨型三叉戟状的雕刻……这些当时的人为力追根本不可能办到的“杰作”是如何产生的？ 非洲的北部是世界上最大的不毛之地撒哈拉大沙漠。然而，绘制于1502年的复弥王海图却赫然标明那里是一块肥沃的绿洲。现代科学证实，公元前4000年左右，撒哈拉的确气候湿润，河流密布，森林茂盛。是谁把5000多年前的撒哈拉信息准确而完善地告诉给16世纪的绘图者了呢？ 南美洲喀喀湖畔的高原上，有一片古城废墟。废墟中有一座用整块红色砂岩凿成的巨大神像，神像上刻着一幅完整的星空图和上面的符号文字。天文考古学家发现星空图描绘的乃是2.7万年前的古代星空，其精确程度无可挑剔。符号文字记叙的是深奥的天文知识，这些知识甚至足够现代人类使用。当年的土著人真的具备如此高超的水平吗？ 这类怪事并非上述几例，多得几乎可以随手撷拾。因为没有充分的理由来解释，以现代科技而自居的地球人常常面对自己的神奇的祖先而汗颜、而尴尬。 迎着远古的挑战，人们在思索：究竟是辉煌的古代文明由于某种原因突然中断、毁灭、消失了？还是宇宙间存在着比地球文明高胜一等的智慧生命，是他们来过地球留下了万千我们目前尚读不懂的暗示？ 据天文学家测算，整个宇宙可能有1000亿个星系，每个星系里又都包含着几十亿乃至上百亿个星体。就按每个星系只有一个星体上有智慧生命这样保守的估算，那么宇宙间起码应有1000亿个以上的星球生活着形形色色的外星人。这倒印证了希腊哲学家米特洛多·希奥斯林的一句名言：“广阔的田野不可能只生长麦穗。同样，广阔无垠的宇宙也不可能只有一个住人的世界。” 然而，浩浩苍穹，我们上哪去寻找人类的伙伴呢？ 人类向深空的探测，首先是从月球开始的。1959年1月2日，前苏联发射“月球”1号探测器，首次飞越月球。它是一个直径约1米的球形物体，重约147千克。前苏联在12年间一共发射24个月球探测器，其中1959年9月12日发射的月球2号是世界上第一个击中月球表面的人造物体。美国从1966年开始一共发射了7个“徘徊者”号探测器，进行了登月前的实地考察，1969年7月美国“阿波罗”11号飞船登上月球，身临其境地搞清了月亮没有显著的磁场，也没有辐射带，没有空气也没有生物，只是月球的岩石土壤里蕴含着丰富的矿藏。 1961年2月12日前苏联“金星”1号探测器发射上天，开始对浓云密雾包围的金星进行探测，至1983年，一共发射16个金星探测器。美国则紧步前苏联的后尘，从1962年至1973年共发射了10个“水手号”金星探测器：1978年5月至8月，又发射了2个“先锋”号金星探测器；1989年5月，“阿特兰蒂斯”号航天飞机又把一个“麦哲伦”号探测器送上了金星轨道。这些考察，测得金星表面温度为470℃，气压为90个大气压 （9兆帕），大气密度是地球的100倍，金星表面覆盖着褐色砂土，岩石结构光滑的层状板块，金星上没有风，周围有着厚厚的二氧化碳大气层。金星与地球物理参数相似，只是没有水，它上面不可能存在生命。 火星是在日地之间位于地球外侧的近邻。它围绕太阳旋转。每2年零2个月接近一次地球。自1878年意大利天文学家通过望远镜观测发现火星上有运河以来，便有人推测火星上可能有生命存在，甚至会有高等的智慧生物的遗迹。因此，人们把火星生命之谜作为宇宙探测的一个重要任务。1962年11月1日，前苏联首先向火星发射了“火星”1号探测器，揭开了探测火星奥秘的序幕。至1974年8月9日，一共有7个火星探测器飞近火星考察，只有 “火星”3号和6号两个探测器到达火星，但通信很快中断，未能获得满意的探测成果。1988年7月7日和12日，前苏联又相继发射“福波斯”1号和2号两个火星及其卫星的探测器，继续恢复对火星的考察。美国从1964年开始，先后发射“水手”号和“海盗”号两种探测器，开展了对火星的考察活动，特别是1975年8月20日启程的“海盗”1号和1976年6月19日升空的“海盗”2号，均在火星上软着陆成功，它们分别在火星上工作了6年和3年。 1992年9月25日，美国用“大力神” 3型载火箭发射了一个火星“观察者”号探测器，对火星进行了考察，但是1993年8月21日，它却突然与地面失去联系，神秘地失踪了。 根据30多年来人类对火星的探测，科学家已基本肯定火星是一个没有高级生命的世界，流传甚广的“火星人”根本不存在。但火星上有没有与地球不同的其他形式的生命，则还是一个没有解开的谜团。 1977年8月和9月，美国发射了一对孪生星际探测器“旅行者”2号和1号，出发到太阳系各大行星周游考察。1979年3月和7月，这两个探测器飞临木星，获得木星的清晰照片，发现木星的3颗新卫星，并探测到木星的光环。1980年11月和1981年8月，又先后考察了“土星”，新发现“土星”的6颗卫星和成千上万条美丽的光环。1985年飞过天王星考察后，于1989年到达海王星附近探险。1990年2月13日“旅行者” 1号探测器拍摄到世界上第一张太阳系的全家福照片。 除这一探测器外，美国还于1972年3月和1973年4月派出一对地球特使“先驱者”10号和11号，在考察了太阳系各大行星之后，现已抵达太阳系的边缘，打算飞到太阳系外去寻觅地外文明。“先驱者”10号和11号携带有一张地球名片，它是一块镀金铝牌，上面刻有表示人类存在的标记，以便终有一天与外星人相遇时，使他们能够得知地球上早有人类存在的情况。 “旅行者”1号和2号则携带有一套地球之声唱片。“这是一件来自遥远的小小星球的礼物，它是我们的声音、科学、形象、音乐、思想和感情的缩影。我们正在努力使我们的时代幸存下来，使你们能了解我们的生活情况。我们斯望有朝一日解决我们面临的问题，以便加入到银河系的文明大家庭。这个地球之声是为了在这个辽阔而令人敬畏的宇宙中寄予我们的希望、我们的决心和我们对遥远世界的良好祝愿。”这是由“旅行者”号星际探测器捎给“外星人”的地球之声唱片中的电文。唱片正面还录制了地球自然界声音、世界古今名曲和各种问候语，其中包括中国的古典名曲《流水》和中国普通话、广东话、闽南话问候语；唱片背面录制了115张反映地球人类文明和科学进步的图片，其中包括中国的八达岭长城和中国人举行家宴的两幅照片。它们正在茫茫宇宙寻访地外智慧生物的踪迹。 自从航天技术兴起，人类就没有停止过向深空探测的追求。美国的航天飞机于1989年成功施放了探测金星的“麦哲伦”号探测器和探测木星的“伽利略”号探测器。后者经过6年的飞行后，已向木星飞近，对这颗太阳系内最大的行星进行为期两年的探测，它是有史以来对太阳系内行星外层大气进行的首次实地探测。1990年美国又在太空施放了世界上最大的“哈勃”号空间望远镜和“尤利西斯”号太阳探测器。后者第一次拍摄到太阳系磁场的结构图片，从这张图片中可以看出，太阳系的螺线形磁场从太阳经金星一直延伸到地球轨道。欧洲空间局和美国共同研制的“太阳和日光层观测台”于1995年12月2日踏上征途，开始对神秘的日核直至太阳周围灼热的大气层及更远范围进行耗资几亿美元的探测。在此之前，欧洲独自研制的红外空间观测器于11月16日先期到达九霄云外，这一耗资8.5亿美元的“天皇巨星”将进行有史以来对宇宙放射源最大规模的研究，能测量100公里以外冰的温度，主要用于在红外波段上对太阳系直到遥远的银河外星系进行观测，是详尽了解和探索宇宙奥秘的利器。这些空间探测器已经获得了许多令人振奋的数据，发现了许多新的宇宙现象，对揭示宇宙空间的真像具有重要价值。 虽然地球人历尽艰辛至今仍未找到天外的朋友，但这也没什么值得悲观的，它起码可以证明，我们的文明世界在茫茫宇宙中是唯一的！了解了这一点，地球人对于自身价值的认识以及对于保护地球的意识将会有一个巨大的飞跃。 展望未来 载人航天的实践，至今才进行了20多年。在人类的历史长河中，这仅仅是一个短暂的时刻，但在科学上所取得的辉煌成就却是令人瞩目的，必将载入史册。 科学家们已经认识到，宇宙空间必将成为陆地、海洋之后又一重要的、有待开发的新领域。空间资源等待着人们去开发利用，空间工厂的建立是必然的趋势。正因为如此，苏联先后发射的空间站做了大量的实验性工作，而美国继天空实验室、航天飞机之后，已计划在本世纪90年代建立地球轨道上的永久性空间站。它是一个空间生产基地的雏形。初期可容纳6～8名男女科学家工作生活，以后可逐渐扩大，容纳更多的人。 整个空间站内的设施非常齐全，包括制导、稳定、控制、通讯系统，也包括充足的电力供应。除了完善的生活保证系统外，还有能治疗常见病、轻伤及X光透视的小型保健室。此外，其他各国如日本、欧洲的一些国家也积极和美国合作，参与了空间站的研制。 在这种大型的空间站实验室里，可以研制地球上难以制造的金属、非金属材料，生产地球上无法生产或难以大量生产的纯净药物。这些将会引起工商业界的兴趣，使空间站产品的生产、销售逐步商业化。企业家的投资，将会争先恐后地接踵而来。不久的将来，一个新的庞大的商业企业可能会在宇宙空间建立起来。 宇宙空间的工厂、城市的出现，必然会成为现实。人类能否在宇宙中繁衍后代，这是人类真正成为宇宙主人的关键。宇宙间的生儿育女的遗传学课题，科学家们已着手研究。第一步是将生物送到宇宙空间进行实验。早在1973年，美国把2条海水幼鱼、50颗鱼卵、6只老鼠、720只果蝇蛹、2只普通蜘蛛带到宇宙空间，持续航行59天，观察了它们在宇宙空间的生态反应。结果发现，鱼卵奇迹般地孵化出几十条幼小的鱼苗，在航天器水池里自由地游动。1974年10月到11月，苏联在宇宙空间试验蚕卵的孵化。实验证明，单个蚕卵孵化成幼蚕，比在地球自然环境下时间要快一倍。尔后，苏联又在生物卫星上试验了受精的鱼卵、鹌鹑蛋、怀孕的老鼠等生长情况，结果成功和失败参半。鱼卵孵化了鱼苗，鹌鹑蛋75％发育正常，但老鼠进行交配怀孕试验没有成功。这一事实给空间生命科学家们的启示是，空间环境还是有可能进行有性繁殖的。但人类在宇宙间要生儿育女，却不是一件简单的事。失重引起的人的生理变化，是否会影响怀胎中的婴儿，这有待进一步探索。 据科学家们预测，到21世纪20年代或30年代，可能有一千多人生活在宇宙空间或月球基地。人在字宙间，必须解决长期生活中的食品、氧的供给，为此科学家们正在研制密闭生态系统。 20多年来，航天器载人的数量和人停留在宇宙空间生活的时间，比起将来空间站上的人数及停留时间要少得多和短得多。少数几个人在太空的生活必需品，如氧、水、食物，由地面带去，或者由航天运输飞船送上去是不难的。而今后的星际航行、永久性空间站的建立、空间站的长期科学实验、月球基地上的开采矿藏，首先必须解决好人的生活必需品的供给。所以美苏等国都已着手研制密闭生态系统，企图解决航天期间的一部分生活需要。 我们人类居住的地球，是一个开放的大自然的生态系统，人和动物、植物共同组成一个巨大系统，互相依赖生存，亿万年来不断地循环往复，延续至今。科学家研究的用人工建立的密闭生态系统，是选择一些在代谢功能上与人有关联的植物、动物、微生物，与人组成一个相对的密闭的生态循环，并使循环维持一种长期动态平衡状态。对系统的设计要求，不仅能再生氧气、水、食物，而且能提供一个地球大体相同的生活环境，以满足人体基本生理卫生要求。 密闭生态系统，一般包括植物、动物、微生物的无机化处理三部分。选用的植物一般认为单细胞藻类比较好，如小球藻、多形卵胞藻。小球藻的优点是体积小，含纤维素少，容易培养繁殖。多形卵胞藻的优点是光合作用效率高，不粘附成团，不怕污染。有人计算，用多形卵胞藻培养，只需要60～80升的培养物和8平方米的光照面积，光合作用产生的氧就足够供给一个人呼吸用。若用其他藻类产生同数量的氧，至少需要3000升培养物，15平方米的光照面积。由于多形卵胞藻的这一优点，近年来在密闭生态系统的研究中受到科学家的重视。 学者们曾在研究中认为，藻类既可用于气体交换，又可作为航天员的食物来源，因藻类含有大量的蛋白质，高达4O～60％。但实验证明这是不可能的，因为人类食物中的蛋白质含量一般不超过 20％，而藻类含蛋白质量太高，人体不能消化吸收。在密闭生态环境中藻类不能直接利用人的粪便，需要加入细菌真菌，将粪便分解成藻类能利用的物质。理想的密闭生态系统，包括高等植物、藻类、细菌、动物等复杂系统。 在系统中栽培高等植物，对人的生理心理作用是十分必要的。高等植物也是密闭生态系统的重要组成部分，人们已经在空间站、航天飞机上的失重环境下进行了植物栽培试验，获得了初步成功。系统中选择植物的标准，是具有光合作用效率高，能在较低的光照情况下正常生长，能耐受较高的渗透压、无毒、叶大茎小等特点。目前被研究选用的植物有花生、黄豆、圆白菜、马铃薯、西红柿、大白菜等。为了保证航天员有足够的营养物质，至少需要25～50种不同种类的蔬菜水果，整个系统中的再生水、废物处理、消除二氧化碳及其他污染物质所需要的细菌、藻类以及植物、动物品种，可能要有100种以上。 系统中饲养动物，主要是为航天员提供新鲜的动物食物，充分利用植物中不可食的部分作为饲料。选用肉奶产量高的而且可以连续饲养的个体较小，代谢高，生命周期短，饲料要求少的动物。特别是生命周期短对维持系统的动态平衡可靠性非常重要。被建议用采的动物有兔、鸡、山羊、热带鱼等。山羊可供人们食肉，也可喝奶。 人和动物的粪便不能被植物直接利用，需要经过处理，将生活垃圾变成可利用的物质，如水、无机盐、二氧化碳等。处理的方法，可用生物学技术、物理学技术。生物学无机化处理技术就是用微生物或藻类通过生物氧化作用，将废物中的有机物质变成水、盐、二氧化碳等无机物。用微生物进行无机化处理，不能采用农民沤肥的方法，这种无氧过程反应人慢，时间太长，氧化也不完全，还会产生氢甲烷等有害气体，更增加处理上的困难。所以采用氧化过程，在需氧微生物酶的催化下，可以迅速而完全地将有机物变成无机物。最终形成的无机物，有许多是植物生长的必需物质，如维生素、激素等。物理学无机化技术，其原理是在高温高压下对液态粪便和有机垃圾进行燃烧和氧化，这种方法简便，废物中的纤维素类物质经处理后产生水、二氧化碳。但这种方法的最大缺点是处理后物质中会含有某些金属氧化物，对高等植物有毒性作用。目前的发展趋势是将这两种方法结合起来，取长补短，互为补充。 对密闭生态系统的研究，国外已进行了20多年，目前它仍还处于试验阶段。在地面的特殊环境中的成功经验，在宇宙空间是否可行，特别是失重、宇宙辐射下的植物动物生长发育，都需要进一步探索。密闭生态的研究有着重大的科学价值和经济价值，它不仅适用于长期载人航天，也适用于地面上的密闭环境和工农业生产。单细胞藻类培养技术如获得成功，可成为含有高蛋白和维生素的饲料，必能促进畜牧业、家禽业的发展。 苏联莫斯科航空学院研制出一种宇宙孵化器，预计能在失重情况下孵化出鸡雏来。不久的将来长期生活在空间站上的人，将能吃上宇宙间生长的动物食物。孵化器由两个隔室组成，鸡蛋在第一室内存放20昼夜，通过小离心机产生人工重力场，室内还有一架特殊的机器，能模仿抱窝的母鸡动作，使鸡蛋的位置不断变化。经过20昼夜后，将这些鸡蛋转移到第二室，使它们在失重状态下孵化出小鸡。这种孵化器一次可放12个鸡蛋。孵出的小鸡被送到饲养装置里，每一只都喂养在单独的有橡皮墙壁的小笼子里。当小鸡和橡皮墙接触时，橡皮墙就收缩，从而对小鸡肌肉起到刺激和按摩作用。每一个笼子都有适合失重条件下使用的饲料槽及饮水槽。孵化器在地面上顺利地通过了试验，一共孵出200多只小鸡，并把它们喂养长大。下一步是将孵化器送到宇宙空间去试验。 美国国家技术实验室的科学家，正在为未来的空间站试制密闭生态维持系统。在人工精心控制的条件下，对一些花木，如中国的万年青等，进行从空气中去除有毒物质的试验。我们知道，植物是吸收吸空气中的二氧化碳，并吐出氧气的。近年来还发现，家庭种养的观赏花木还具有更多的作用，除吸收二氧化碳吐出氧气外，还能吸收甲醇、一氧化碳、氧化氮等许多化学有害物质。在空间站上栽培植物，可以起有效的“空气清洁剂”的作用。 研究人员为密闭系统的研制，还作了空间站废水处理和再生循环的试验，大部分技术已得到解决。其中一种叫“凤眼兰”的水生植物，能把污水转化为清洁的饮用水。这种处理过程，称为溶液培养。在圣地亚哥进行的试验获得了成功，处理过程是：污水经振动过滤后流入凤眼兰覆盖的水池，池中养殖食蚊鱼、刺古，种着浮萍等浮游生物。凤眼兰有长长的纤维根系统，吸收污水中的有毒化学物质，甚至能吸收放射性物质。其作用像一个巨大的过滤器，把水中的悬浮物过滤掉。这种水再经过除细菌、过滤和消毒等处理，质量比淡化海水还要好。 |
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