第23章 航天飛行器科技大觀(4)(2 / 3)

光帆

中國古代的紙鳶無法和現在的超音速飛機同日而語,也無法和今人設想的噴射式推的星際飛船相提並論。相對於核動力火箭來說,以下幾種進入太空的方法更有可能在未來的星際飛行中使用。

15世紀地理大發現時期,西歐的水手們揚帆遠航,駛向傳說中的大陸。未來的星際航行恐怕還要借助“帆”這種古老的工具,隻不過驅動“太空帆”的不是氣流而是光。早在20世紀20年代,物理學家就已證明電磁波對實物具有壓力效應。1984年,科學家提出,實現長期太空飛行的最佳方法是向一個大型薄帆發射大功率激光。這種帆被稱為“光帆”。它采用圓盤狀布局,直徑達3.6千米,帆麵材料為純鋁,無任何支撐結構,其最大飛行速度可達到光速的1/10。

在搭載1噸的有效載荷時,飛抵半人馬座的琢星僅需40年或更少的時間。以這個速度,太空船可以在兩天內從太陽飛到冥王星,但要是飛越另一個太陽係並對其進行考察,這速度顯然太低了。

為了進行詳細的考察,可以采用“加速-減速”的飛行方案。這時光帆直徑取100千米,使用功率為7.2伊1012瓦的激光器向它發射激光。在減速階段,將有一個類似減速傘的小型光帆被釋放出來。它把大部分激光向飛船的前進方向反射,以達到製動的目的。

雖然要求較高,但較其他形式的星際飛船而言,光帆是在技術和經濟上最容易實現的方案。根據估算,在使用金屬鈹作為帆麵材料時,飛到半人馬座琢星的總費用為66.3億美元,這隻相當於阿波羅計劃投資的1/4。

“勇氣號”和“機遇號”

“勇氣號”和“機遇號”是美國為了探索火星而發射的漫遊機器人。經過半年多的星際旅行,美國“勇氣號”火星車於美國太平洋時間2004年1月3日20時35分左右,在火星表麵成功著陸,並於20時52分向地球發回第一個信息。

“勇氣號”登陸過程中,全球共有3個聯絡站,分別位於西班牙的馬德裏、澳大利亞的堪培拉和美國的加利福尼亞。

“勇氣號”外部為登陸艙,隻有當火星車和登陸艙都發回信號,才能證實整個登陸計劃成功。

三周以後,美國“機遇號”火星車於美國當地時間1月24日晚在火星的梅裏迪亞尼平原成功著陸。由於“勇氣號”登陸火星後不久即遭遇麻煩,“機遇號”的表現就更加引人關注。

因為從地球到“機遇號”的指令傳遞時間長達10分鍾,所以“機遇號”

當晚隻能根據預設程序自動完成著陸。整個著陸過程與“勇氣號”的著陸如出一轍:當火星車連同降落傘一起接近火星時,它的外層氣囊彈出,同時火箭製動發動機向地麵噴出火焰,增加著陸緩衝力。此後,降落傘繩索自動斷開,被氣囊包裹得嚴嚴實實的“機遇號”像皮球一樣在火星表麵進行長達數分鍾的彈跳、翻滾,直至最後落穩。

目前,“機遇號”已找到了4個證據證明曾有液態水從其著陸區域的岩石上流過。第一個證據是火星車拍到的照片,上麵發現岩石上嵌有小球,而且小球並非集中在岩石特定岩層中。這顯示它們有可能是被水浸泡過的多孔岩石中所溶解的礦物的凝結產物。

第二個證據是火星車相機和顯微成像儀的圖片,上麵發現岩石上有很多奇怪的小孔。一般來說,礦物鹽晶體在位於鹹水中的岩石內部成長,然後經過腐蝕或溶解而消失,通常就會形成類似特征。

第三個證據來自火星車上的阿爾法粒子X射線分光計發現在岩床中有大量的硫。其他儀器的觀測顯示,這些硫以硫酸鹽形式存在。這進一步證明岩石曾經浸泡在水中。

最後一個證據來自火星車的穆斯鮑爾分光計,在岩石中發現了名為黃鉀鐵礬的水合硫酸鐵礦物質,一般來說,岩石處於酸性湖泊或酸性溫泉環境下有可能會形成這種礦物質。

另外,“機遇號”還拍攝了大量照片,並尋找了其他一些可能證明火星上有水的證據,比如,它著陸點附近到處都是赤鐵礦,這是水存在的典型證據之一。在接下來的時間裏,“機遇號”將試著分析這些赤鐵礦,進一步探索火星上有水的曆史。

美國宇航局下一步的目標是從火星上取樣,而“機遇號”所在的梅裏迪亞尼平原是優先考慮的取樣區,因為這一區域具有典型的火星地貌。

“嫦娥一號”

“嫦娥一號”繞月飛行衛星上共裝有6套25台高科技設備。這些設備在我國都屬首次使用,有的是世界首創。這些設備有CCD立體相機、激光高度計、成像光譜儀、Y/X射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子和低能粒子探測儀等。為了繪製完整的立體月球地圖。利用搭載的CCD立體相機和激光高度計,兩台儀器結合起來,一張比較精細、全麵的月球立體圖就可顯現出來。CCD相機同時對衛星飛行的前方、下方和後方進行拍照。科學家把不同視角的3張照片合成後,即可獲得月球的立體地圖。

激光高度計是由激光器、望遠鏡和接收電路3個部分組成,它在探月衛星的發射階段和轉移階段都處在“睡眠狀態”。當衛星進入環月軌道後,激光高度計會“自覺”蘇醒過來,首先向月麵發射激光束,並立刻用望遠鏡把反射回來的光束變成電信號,接著接收電路迅速進行精確計算,在最短的時間裏得出該探測點的月球海拔高度。激光高度計完成繞月飛行後,月麵的每個探測點(包括南北極的黑暗深坑)的海拔高度就一清二楚了。這些數值再和CCD立體相機所拍攝的高精度圖像相疊加,就是一幅完整而精確的全月球立體地形圖。