第一章航空航天(1)(2 / 3)

在生物衛星上,還可以進行許多生物學實驗,如重力生物學實驗、放射生物學實驗、發育生物學實驗等。

二、航天器

空間飛行器

空間飛行器,分屬於人造地球衛星、飛船、空間站及探測器等人造天體。它們根據用途的不同,各以其特定的結構和方式運行在不同的軌道上。

空間飛行器的結構主要分為兩部分:一部分是為滿足特定用途如通信、導航、氣象觀測、資源探測、軍事偵察等的專用係統;另一部分是共有係統,包括殼體係統、姿控係統、測探係統、溫控係統及電源係統。

飛行器不僅結構複雜,且外形多樣,如有球形、圓錐形、柱形、多麵球形等;有的頂著“鍋狀”天線,有的伸出一塊或幾塊平板,有的帶有幾根鞭狀的細杆。為什麼空間飛行器的形狀千奇百怪呢?它們之所以不像飛機、汽車、火車等具有統一的流線外形,是因為它們都是在近乎真空的條件下運動,不必要太考慮運動阻力,而主要是考慮空間發射和運行性能等因素,所以,其形狀也就千差萬別了。

飛行器的壽命

“先鋒10號”是在1972年3月2日發射升空去執行水星探索計劃的。2002年3月2日,科學家向這艘早已光榮完成使命、超期服役的飛行器發去一組特殊的信號,以示祝賀。經過22小時,穿越了長達120億公裏的星際空間之後,“先鋒10號”的回應信號到達了地球。它那甚至不如一隻家用燈泡能量大小的信號,聽上去卻是那麼悅耳、清晰。然而,如果沒有地麵人員的遠程精細操控,“先鋒10號”的最新訊息就完全有可能失落於茫茫太空。

經過30年的摸索之後,“先鋒10號”終於為未來的所有宇航飛行器找到了一條穿越小行星帶的安全路徑,並且拍攝了木星及其衛星的第一批近距離照片,接著向太陽係的外圍進發。1997年“先鋒10號”正式宣告退休。但它作為有價值的空間資源,退休之後仍將被用於地麵控製中心調度人員的培訓及通訊技術的課題開發等。

月球車

在月球表麵行駛並對月球考察和收集分析樣品的專用車輛,叫月球車。它分為無人駕駛月球車和有人駕駛月球車。

無人駕駛月球車由輪式基盤和儀器艙組成,用太陽能電池和蓄電池聯合供電。月球車根據地球上的遙控指令,在高低不平的月麵上行駛。遇到緊急情況,月球車上有一套特殊裝置能避免顛覆,能自動進行工作。

有人駕駛月球車,由宇航員駕駛在月麵上行走,主要用於擴大宇航員的活動範圍和減少宇航員的體力消耗,存放和運輸由宇航員采集的土壤和岩石標本。它的動力是由蓄電池供應的。

1970年11月,前蘇聯把世界上第一個無人駕駛的月球車送上月球。1971年9月,美國“阿波羅”15號飛船登上月球,2名宇航員駕駛月球車在月麵上行駛了27和35千米。

衛星式飛船

衛星式飛船由密封的回收艙和設備艙組成,返回時,設備艙與回收艙分離,然後在大氣層中燒毀。

成功返回,是載人航天必須解決的一個關鍵技術問題。這中間存在許多失之毫厘差之千裏、一步失誤全盤皆輸的技術因素。

1960年5月~1961年3月,前蘇聯曾5次進行衛星式飛船的發射、飛行和返回試驗,其中兩次回收失敗,3次回收成功,檢驗了飛船的結構性能。實驗證明,衛星式飛船可以保障載人飛行和返回的安全;同時,通過大量的太空生物試驗,證明了人可以經受住航天環境因素的考驗。

可見光遙感器

人們眼睛能看見的光波被稱為可見光,所以光遙感是普遍應用的遙感方式,它工作在波長為04~07微米的可見光波譜段。它能把人眼睛可以看見的景物真實地再現出來,它的優點在於直觀、清晰、易於判讀。常見的可見光遙感器是照相機,目前衛星上的照相機在160千米的太空拍照,其地麵分辨率達03米,也就是說,可以分辨地麵走動的人。但它的不足之處在於,可見光遙感隻能白天工作,而且受雲雨、霧等氣象條件影響很大。

紅外遙感

工作在波長07~1000微米的紅外波段就是紅外遙感。它是根據物體表麵溫度高於-273℃時,都具有輻射紅外線的物理特性,來測得物體紅外輻射強度、波段和溫度的,從而識別偽裝並可進行夜間觀察。紅外遙感常用於尋找地下熱源、發現森林火災、監視農作物病蟲害等。紅外遙感雖然能在夜間工作,但它卻無法穿透厚厚的雲層。常用的紅外遙感器是光學機械掃描儀。

多光譜遙感

把可見光遙感和紅外遙感技術性結合起來就是多光譜遙感。它是根據不同物體對不同波長的光線具有不同反射能力的原理,利用多個相機或多通道傳感器對目標攝影或掃描,從而同時獲得目標在不同光譜帶的圖像,然後,選取若幹張照片進行組合,可得到一張假彩色照片。假彩色照片是指照片顏色與真實物體不同的照片,例如田裏的的小麥本來是綠色,但在假彩色照片裏故意將小麥變為紅色,目的是使人看得更清楚。人們觀看假彩色照片就可以知道地麵景物。一般的多光譜遙感器有多譜段相機和多光譜掃描儀。

微波遙感

微波遙感能感測比紅外輻射波長更長的微波輻射,工作波長在1~1000毫米的電磁波段。它具有穿雲破霧、夜間工作的能力,是一種全天候的遙感手段。微波遙感器有主動式和被動式兩種。主動式有合成孔徑雷達、雷達測高計和微波風場散射計等,它們主動向地麵發射微波並捕獲目標的回收,收獲得目標圖像或參數;被動式有微波輻射計等,它是直接感測目標的微波輻射強度,以獲取目標的參數。微波遙感可以觀察雲層覆蓋下的景物,獲取的圖像具有鮮明的立體感,因此,在地圖學研究中廣泛應用。

航天遙感器的圖像處理

人們從航天遙感器獲得大量圖像,不過仍不能直接辨識地麵或地下景物,這是由於遙感時,遙感器所獲的圖像信息會受到外界因素的影響,因此需要對圖像信息進行加工處理,以達到棄之糟粕,取之精華的目的。外界因素有衛星的運動、儀器的誤差、目標的移動、大氣吸收和散射、地球曲率等。這些因素的影響,使遙感圖像發生幾何畸變或輻射畸變。

圖像處理首先對遙感圖像信息進行校正或修正,再經增強、濾波及修正,才可得到再現景物原來麵貌的黑白或彩色照片、假彩色照片、計算機數字磁帶等。

隻有經過處理後的圖像(照片),才能使人們從圖像上去辨識地麵或地下景物。例如利比亞貨船“阿爾洛夫”號排放汙油的圖像,就是經過圖像處理後的彩色或假彩色照片。

阿爾法磁譜儀

阿爾法磁譜儀(Alpha Magnetic Spectrometer,簡稱AMS)是由永磁體、上下各兩層的閃爍體、緊貼永磁體內壁的反符合計數器、內層的6層矽微條探測器以及契倫科夫探測器等組成。

阿爾法磁譜儀的主體結構是由銣鐵硼材料製成的永磁體,其重量約2千克,是一個高1米、直徑12米、長08米的空心圓柱體,其中的磁場強度為1400高斯,能長期在太空中穩定工作。AMS可根據磁場反應的粒子電荷以及粒子的軌跡、速度、質量等信息,進而可以推斷粒子的正與反。可以說,AMS是當今最先進的粒子物理傳感器。

科學家們想要AMS在太空探測什麼?有的學者指出,因為星球內部產生核聚變反應時,一定會有碳產生,假如能夠探測到一個反碳粒子,就說明有一個產生這個反碳粒子的反星球存在,也等於找到了反物質世界的直接證據。但反碳粒子在宇宙間微乎其微,所以,科學家們更抱有希望的是,AMS實驗能探測到比反碳粒子多得多的反氦粒子,這將被視為反物質世界的間接證據。

航天實驗表明,阿爾法磁譜儀運行狀況良好,經受住了發射升空時的劇烈震動和嚴酷的太空工作環境的考驗,捕捉到許多宇宙射線帶電粒子的蹤跡。按照預定的計劃,阿爾法磁譜儀將於2001年2月裝載到阿爾法國際空間站上,它將作長達3年的反物質空間探測。

太空貨車

目前隻有一種專門運輸貨物的航天飛船,那就是蘇聯/俄羅斯的“進步”型和“進步M”型貨運飛船。

在1986年2月到1991年2月期間,蘇聯/俄羅斯在太空擁有“禮炮7”和“和平”號兩座航天站。1986年3月13日,蘇聯發射了“聯盟T15”號載人飛船,航天員是列·基齊姆和弗·索洛維耶夫。

兩天後,即這年的3月15日,“聯盟T15”號飛船首先與入軌不久的“和平”航天站對接。兩名航天員檢查了飛船與航天站對接部件的密封情況後,進入“和平”號航天站。他們調試了站上的1000多件儀器設備,卸下了“進步26”號貨運飛船送來的物資,為“和平”號航天站開始接待航天員前來工作做好了準備。