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第18章 世界之最(10)

不过凡事都有例外,发射轨道倾角很大的卫星(如通过两极轨道的卫星或由东向西运转的卫星)时,离赤道近的发射场的优越性就不再存在。

对行星进行探测

在太阳系,除我们居住的地球外,对其他8颗行星知之甚少。靠望远镜虽然也可以有新的发现,如发现了土星环、木星卫星和天王星,运用万有引力定律陆续发现了海王星、冥王星。但如果用望远镜再进行仔细观测,恐怕就难有新的结果了。

因为我们在地球上是隔着大气层进行观测的,而大气层是深入观测的障碍。

用行星和行星际探测器进行探测,情况就有质的变化。行星和行星际探测器都在大气层外进行观测,那里无大气层影响,观测起来既方便,又清晰。正因为如此,美国和苏联发射了的多个行星探测器,取得了大量的数据,也拍摄了大量的有关行星照片,揭示了许多秘密。

那么对行星如何探测呢?方法有4种:(1)从行星附近飞过,拍摄照片,测定它们的磁场。如在距火星10000千米的地方拍摄火星照片。(2)在行星表面着陆,直接观测行星的大气。如“金星”4号探测器着陆后,取得了金星表面的温度、气压等数据。(3)绕行星飞行,成为行星的“人造卫星”。(4)在行星上软着陆,对行星的土壤、岩石进行详细分析。

如“海盗”1号和2号就是软着陆对火星进行仔细研究的。

“宇宙背景探测器”

“宇宙起源”是千百年来一直困扰着无数先哲的难题。当代宇宙学已为它贡献了许多理论,而航天专家则能通过观测来验证这些理论。20世纪60年代末发射的“宇宙背景探测器”(COBE)正可担当此任。

COBE最大的功绩在于,它获得了最新、最精确的微波背景辐射的测量结果:

微波背景辐射为2.726±0.01开,且有着微乎其微的不均匀性(10/1000000开)。

而最初,人们曾认为任何方向的背景辐射都是相同的。有人将这一结果誉为“宇宙学的一个最重要突破”,“本世纪科学的一项最重要发现”。

原来,大爆炸宇宙学有一个致命弱点,它不能说明背景辐射的高度各向同性和天体大尺度结构不均匀性间的矛盾。而80年代初发展起来的“暴胀理论”则能克服这一矛盾,它认为:大爆炸后的10-35秒,宇宙经历了一次指数式“暴胀”,体积增加了1050倍。由于暴胀,微波背景将留下微小的不均匀性。而COBE的观测结果正好与暴胀理论的预言值相符,这就为暴胀理论提供了依据。此外,COBE的观测结果还有力地支持了暗物质理论,使天文学家相信,宇宙中尚有90%以上的物质我们无法看到,但它们的引力作用却显示了它们的存在。

远征火星

20世纪70年代中期发射的2艘“海盗”号航天器,通过4年的考察,使人类对火星的了解达到空前的水平。但是谜团或许比已解决的问题还多:整个火星的表面结构是怎样变化的?时有发生并遍及整个火星的尘暴机制何在?火星是否有活火山和磁场?火星到底有无生命?火星能否真的成为人类未来的乐园?假如将登月看作是地球文明的延续的话,那么可以毫不夸张地说:人类亲临火星将意味着“太阳系文明”的建立。

为了实现载人登火星的夙愿,美国已制订了可供实施的宏伟蓝图。这将是一个历时近30年、耗资达几千亿美元的系统工程。

1992年9月25日,“火星观测者”飞船已经启程,它于1993年底到达离火星表面仅400千米的太阳同步轨道,对火星进行“一年”(687个地球日)的详尽观测,掌握火星大气和表面的第一手资料,画出火星的详细地貌图。它的6种科学仪器对火星进行了精确调查。

下世纪初至2014年,将陆续发射“火星漫游者”取样飞行器,使它们在人类可能涉足之处预作漫游,在此基础上确定3个登陆点,并取样送回地球,以最后确定登陆地点,待到万事俱备之后,约到2015~2018年,人类将亲临火星,揭开行星际航行新纪元。

选择飞赴火星的航线

人类的火星之行是至少必须跨越6000万千米以上距离的远征,比之38万千米的登月之行,这才是空前的辉煌之举呢。其航线的选择就成了首要问题。

金星与火星都是一内一外紧挨着地球轨道的近邻。飞赴火星的最佳路线应该是:先将火星飞船发射至金星轨道上,沿金星轨道运行一段时间后再飞往火星,最后从火星返回地球。完成这样一次航程只需15个月。然而它有两个致命弱点:一是要消耗大量燃料,二是宇航员在火星上的逗留时间只有30天左右。这对耗资数百亿美无的人类登火星计划来说,效益似乎太低了。

作为变通的第二条航线,可先将飞船发往金星方向,但不入轨。当它从金星近旁飞掠之后,即可获得金星的引力支援(即将金星作为“引力跳板”),然后再飞往火星。它因得到金星的引力加速而可大大节省燃料。其往返总时间为22个月。

但它的最大缺陷也在于宇航员只能留驻火星40天。

大多数科学家倾向于第三条路线:飞船从与地球轨道外切的方向直接发射,而在与火星轨道内切的方向登临火星。这是一条最省燃料的路线。其飞行时间约为一年半。为了等候地球、火星在空间的再次接近,宇航员可在火星上工作1.5年。

兴建太阳能太空发电站

有关地球上化学能源行将枯竭,煤和石油的使用严重污染大气的报道已屡见不鲜。然而出路究竟何在?太阳能的开发便是摆脱困境的重要途径。

太阳能清洁、价廉,名副其实的取之不尽。太阳每秒钟可放出近0.1亿亿亿千卡的能量,在地球附近,也有1/200亿亿亿千卡之巨。太阳能多半可以转化为电能,极便输送。然而目前人类对太阳能的开发尚属微末之数,只有将眼光转入太空,才能取得突破性进展。

美国建造中的首座太空太阳能发电站正开此先河。它将安置在3万多千米高的地球同步轨道上。那儿的阳光比地面上强5倍、热量大10倍,因而其发电能力可达50亿瓦,足可供整个纽约州使用。而到2025年,太空中将有100座这样的发电站,全美30%的电力将由它们提供。

太空太阳能发电站的原理并不复杂:

长100千米、宽50千米的庞大太阳能电池阵列先将太阳能转变为电能,再通过特殊装置,将电能转变为便于传播的微波。

地面上的巨型微波接收站收下微波,再转化为电能供用户使用。由于太空睛空万里,电能也就能源源不断地传向地面。

封闭式生态系统维护技术“民以食为天”。对于航行于茫茫太空的人来说,饮食更是天字第一号的大事。

根据科学测定,在宇宙空间,一个成年人每天的“饮食”所需为:食物618克,水3077克,氧836克。如再加上生活用水,每天“消耗”的物质总量达30千克,全年就是11吨。一次火星之行,往返飞行加上驻留火星考察的时间是3年。这样,每人三四十吨的重荷是绝不可能在离开地球时就备齐的,怎么办?

不妨先看看地球这艘“大飞船”。它实质上是一个为大气所包围的巨型封闭系统。人和动物呼出的二氧化碳通过植物的光合作用还原为氧,其他排泄物通过微生物的分解而成为植物的肥料,进而又成为人和动物的食品。这样一个生物链一旦建立,就不需再添加什么,就可近于无限地循环下去。这正是解决远程宇航中饮食问题的思路。

拟议中的“封闭式生态系统维护技术”(即CELSS程),将使飞船变成一个真正的“人造地球”,它内含食物生产和环境控制两大部分。在食物生产部分,将种植蔬菜(莴苣、西红柿、萝卜等)、粮食(麦子、大豆、水稻、土豆等)和藻类,甚至还可饲养畜禽动物和养殖鱼类。

藻类可兼作制氧和补充营养无素不足之用。而环境控制系统则用物理、化学、生物等方式,将被污染的空气、排泄物、生活用水等净化后再供人、动物和植物使用。

阳光也能催帆竞发

千帆竞发、百舸争流的壮观场面,在不久的将来会从地面搬上苍穹,那点点耀眼的白帆正是新一代的航天器——太阳帆。奇怪,难道阳光也能催舟竞发?能!

因为阳光也有压力。瞧!彗星拖曳的亿万千米的长尾就是明证。不过光压实在是太微弱了,每平方米面积上大约只能有0.5克的推力。而要获得1毫米/秒2的加速度,帆的面积必须达到57万平方米,足有几十个足球场大小,而帆的厚度只有2微米,这在技术上能达到吗?

能!一种叫聚酞亚铵的薄膜和涤纶薄膜就能满足这一要求。在它们的表面镀上铝或银,还能增加阳光的反射率。此外,达到温度适应性。膨胀系数、抗辐射能力、机械强度等指标都非它莫属。运用这种特殊材料,科学家们为太阳帆设计了种种新颖的式样:矩形帆,采用机械式展开;螺旋桨帆,靠自旋转时的离心力展开。

像太阳帆这样的庞然大物,当然不能在空气中发射。所以,它必须有能屈能伸的特性。扬帆之前,它得先折叠着,由航天飞机或火箭发射到转移轨道,然后再张帆远航。由于阳光的推力实在太微弱,太阳帆要驶向彼岸需要漫长的岁月:直径300米、加速度1毫米/秒2的太阳帆,飞抵水、金、木、土各星的时间分别为6个月、5.5个月、6.6年、17年。

测量大气密度的气球卫星“太阳同步卫星”

红外天文卫星海事卫星

电子侦察卫星一箭多星的发射“袖珍”卫星能发电的绳系卫星能预报地震的卫星流星能用来通信。

有些卫星看上去是不动的通信卫星不一定在静止轨道上极地卫星能静止在两极上空修理损坏的卫星能制造人工白昼的“镜子卫星”

“人造彗星”

“绕太阳与月亮运行的卫星”

发射场离赤道越近越好对行星进行探测“宇宙背景探测器”远征火星。

选择飞赴火星的航线兴建太阳能太空发电站封闭式生态系统维护技术阳光也能催帆竞发。

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