7.我国的航天事业
航天是一项非常复杂的系统工程,为了将航天器送上太空,需要发展一系列的高科技技术,例如巨大推力的火箭,各种自动控制系统,精密测轨定位技术,遥测遥感设备,远程通信,微电子仪器和太阳能电池板等等,还需要研究航天器轨道,地球周边空间环境,地球的引力场、大气层等等许多科学问题。因此没有一定的经济实力和科学技术水平是无法实现航天事业的。
航天是一项十分昂贵的系统工程,每次发射至少需要耗费几亿甚至数百亿资金,有人估计,如果要将一千克重的卫星送入太空,就需要一千克黄金价值的投入。
航天是一项收益巨大的系统工程,由于人造卫星在太空,居高临下,视野广阔,又在高速地围绕地球转动,所以可以很快地发现、观测和监视地球上的各种现象,这是其他任何手段都无法做到的。迄今为止人类已发射了上万颗卫星和宇宙飞船,用于通讯,电视,遥感,资源,测绘,宇宙探索,军事,海洋测高,气象,科学实验等广大领域。例如遥感卫星,可以通过地面颜色的变化,分析得出陆地、海洋、湖泊甚至河流的污染状况,可以全面地知道洪水、旱情和森林火灾的灾情,可以预估农作物产量,甚至发现地下的矿产。
航天又是一项关系国防的重要工程,有人说,在未来战争中,谁掌握了太空,谁就将可以获得战争的胜利。在美国发动的近代战争中,GPS导航卫星和军事卫星起了非常重要的作用。利用导航卫星可以引导导弹准确打中目标,利用军事卫星可以监视敌军的行动,发现敌方的军事设施。在卫星上安装高清晰度摄像机,甚至可以看清地面上只有一米的目标。如果装上微波雷达,即使阴雨天也能对地面进行观察。
我国始终非常重视宇航事业的发展,自从1970年我国第一个卫星上天以来,我国的航天事业始终是在独立自主地和稳步地发展着。从如下几个方面可以知道我国航天事业的水平:
1)火箭技术:我国的火箭技术以稳定可靠和事故少而闻名于世。现在我国的长征F型火箭已经可以将8吨多重的宇宙飞船送入太空。在大推力火箭方面,我国与美俄相比还差一些。美国的质子火箭已达到了21吨。俄国的德尔塔4火箭最大运载能力是22.5吨。欧洲的阿里安5ECA火箭运载能力也达到了10.5吨。日本研制了H-IIB火箭,与我国的长征F型相当。有了大推力火箭,就可以实现发射载人飞船和建立空间站的任务,我国正在建造更大推力的火箭。
2)测控技术:为了确定宇宙飞船或人造卫星的轨道,必需建立全球性的跟踪系统。我国的领土,在经度和纬度上都扩展约45度,因此仅仅利用建设在我国领土上的观测台站是不够的。在图中显示了我国的测控站分布。在每次重要发射时,我国都派出远望号测量船到太平洋上进行测控,在南美和非洲等地,我国租借国外的地皮也建立了卫星观测站。除了使用雷达之外,还建立了其他多种技术的观测手段,例如光学,都普勒,甚长基线干涉,激光,卫星导航等等,保证了航天飞行器的精密定轨。2008年我国发射了神舟七号,宇航员出舱活动,使我国成为世界上第三个掌握空间出舱关键技术的国家。2007年和2010年我国成功发射了嫦娥一号和二号,揭开了我国开始深空探测的序幕。2011年我国成功发射天宫一号和神州八号,并成功实现对接,我国在实现航天器的控制方面已进入了世界前列。
3)仪器技术:我国自主研制的通信卫星和气象卫星,多年来一直在正常地工作。我国自主研制的北斗全球导航系统将由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,现已成功发射九颗。2012年左右,系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航、授时以及短文通信能力;到2020年左右,将建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
在嫦娥二号上,装备了大量的科学仪器,以便对月球进行考察,它们是:CCD立体相机和干涉成像光谱仪(用于拍摄可见光和红外图像);激光高度计(用于确定月面地形);微波辐射计(用于测量月壤厚度);伽马射线谱仪(用于探测月面的放射性元素);X光分光仪和低能离子探测器(用于探测月面物质成分);太阳高能粒子探测器(探测太阳风和研究空间环境)等等。我国在精密电子仪器的制造方面,与国际先进水平相比,尚有一定差距。
由于太空的微重力,超真空,超净,强辐射的特殊环境,所以太空为一些特殊的物理、化学和生物学的实验提供了理想场地。例如将作物种子放在空间站上,它可能有机会被强大的宇宙射线照射而发生变异。如果这个变异是有用的,我们就可以培育出新的品种。在太空中,可以利用微重力环境,制造特殊材料,例如泡沫钢,即坚固又轻。有些特殊的药品需要在微重力的条件下才能制造。空间站视野广阔,可以在太空进行各种复杂的实验和观测。总之,航天是个高投入的事业,也是个非常高效益的事业,它必将会在我国的经济建设,科学研究和国防事业中发挥越来越重要的作用。
图4-2 嫦娥二号的轨道
图4-3 我国的航天测控系统
图4-4 神舟八号与天宫一号对接
图4-5 嫦娥一号所带的设备