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改變世界的人造地球衛星

(2006年09月26日 13:19)
來源︰《太空探索》

□作者: 龐之浩

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  此外,還有很多的其他試驗,如電磁相容性試驗、空間粒子輻照試驗、剩磁試驗等。上述只是整星試驗,實際上,衛星上的儀器設備在進行裝配前,也要進行一系列的環境試驗,只有通過了這些嚴格的試驗,才有資格裝上衛星。不過,隨著科技的不斷發展,現在很多環境模擬試驗可以用計算機模擬進行,從而大大節省了人力、物力和財力。
  
  衛星故障的預防與維修
  
  人造地球衛星是在離地面幾百甚至上萬千米的軌道上飛行,一旦出現了故障不像在地面上的機器、汽車等可以馬上修理。所以,為了減少衛星發生故障的可能性,要以預防為主。
  目前主要采取的措施有︰ヾ采用備份設計。ゝ進行反復而嚴格的地面試驗。ゞ采取多重的控制手段。這就是在衛星一旦發生故障時,通過星上的遙控系統對衛星進行干預。
  對于一些價值連城的低軌道衛星也可用航天飛機上天修理。美國已4次在軌維修哈勃空間望遠鏡,使它益壽延年,煥發新的活力。
  
  衛星也能“回家”
  
  除極個別出現故障的衛星曾由航天飛機上天“抓”回到地面來進行修理外,科學衛星、通信衛星和導航衛星等大多數被發射上天後就一直在太空運行,直至壽終正寢。
  但有一類衛星所取得的工作成果必須在衛星返回地面以後才能得到。比如,使用膠片的遙感衛星,它們是以普通的照相機原理工作的,也就是把信息存儲在膠片上,只有拿到膠片再經過加工處理才能得到信息;空間微重力實驗衛星也是如此,它的實驗裝置和產品需要回收後才能進行分析和利用。所以這些用途的衛星就需要返回地面,它們一般稱為返回式或回收型衛星。
  衛星返回很復雜,所以目前只有少數幾個國家掌握了這項技術。要使衛星安全地返回地面,必須突破一系列技術難關,例如,調姿關、分離關、制動關、防熱關、軟著陸關等。
  
  科學衛星當空舞
  
  科學衛星、技術試驗衛星和應用衛星等人造地球衛星主要是利用其高高在上的優勢為人類造福。其中科學衛星的專長是進行科學探測和研究,通過星上的科學儀器了解高層大氣、地球輻射帶和極光等空間環境,觀察太陽和其他天體。
  它又分為空間物理探測衛星和天文衛星2種。美國的“探險者”衛星、“國際日地物理衛星”和我國的“實踐”及“探測”衛星等均屬于前者,哈勃空間望遠鏡等屬于後者。
  
  了解空間物理現象的法寶
  
  宇宙空間中發生的太陽電磁輻射、電離層等各種物理現象,直接影響著人類生存的地球。因此我們的祖先一直不斷的利用各種方法對宇宙空間進行研究和探測。但是在人造衛星出現以前,他們只能在地面上開展這些活動,同時也發現,只在地面隔著大氣層對遠在幾百、幾千、幾萬甚至幾十億千米以外的太空進行觀察,總有一種“鞭長莫及、隔靴搔癢”的感覺。
  人造地球衛星出現以後,為空間物理探測提供了嶄新的工具,因為衛星可以被發射到不同的軌道高度,不受低層大氣的影響,在太空對空間的各種粒子進行直接的研究和探測。衛星可以對它們進行定量的描述,進而對空間物理過程的規律進行分析;了解空間物理狀態的形成和變化的原因,進一步了解和掌握它們的各種現象,為防護和利用它們提供準確的資料。
  空間物理探測衛星的探測對象有以下幾種︰ヾ中性粒子;ゝ高能帶電粒子;ゞ等離子體;々微流星體;ぁ磁場。
  
  開創全波段天文觀測
  
  
  天文衛星的問世改變了以往坐地觀地、坐地觀天的傳統,擺脫大氣層的封鎖,可在全波段範圍內對宇宙空間進行詳細的觀測,對人類科學認識宇宙有革命性的推動。
  現已研制出多種天文衛星。按照觀測的目標不同可以分為兩大類︰以觀測太陽為主的太陽觀測衛星和以探測太陽系以外的天體為主的非太陽探測天文衛星。世界上第一顆天文衛星是美國1960年發射的“太陽輻射監測衛星”,它主要探測太陽的紫外輻射和X射線。目前在軌飛行的哈勃空間望遠鏡屬于非太陽探測天文衛星,主要任務是探測宇宙間的射線的發射源,並且探測恆星、星雲、星際物質、銀河系以及銀河系以外的天體。
  如果以天文衛星裝載的科學儀器的主要觀測波段來分類,天文衛星又可以分為紅外天文衛星、紫外天文衛星、X射線天文衛星、γ射線天文衛星等。它們都有專門的用途,探測不同的射線特性。1968年升空的“軌道天文台”是最早專門用于紫外天文觀測的衛星。第一顆X射線觀測衛星是1970年發射的天文衛星一號。1972年入軌的小型天文衛星二號則是第一顆專門用于γ射線天文觀測的衛星。用于紅外觀測的第一顆衛星于1983年進入太空。
  迄今最重要的天文衛星是美國的“四大天王”,即哈勃空間望遠鏡、“康普頓”γ射線空間望遠鏡、“錢德拉”X射線空間望遠鏡和“斯必澤”紅外空間望遠鏡,它們幾乎覆蓋了宇宙中的全波段,取得大量天文觀測成果。
  
  太空索寶的開路先鋒
  
  人造地球衛星技術是非常復雜的技術,而且采用了許多新概念、新技術、新材料和新型儀器設備,所以不可能保證它絕對的可靠,必須經過反復的試驗、找出問題、改進設計才行。這種試驗在地面上要進行許多次,但是地面的環境條件盡管是盡量的模擬天上的衛星飛行情況,但與實際的太空飛行總是不一樣的。為了在真實的條件下考驗衛星的工作情況或者有關的技術,需要發射試驗衛星。其實,試驗衛星的全稱叫技術試驗衛星。
  要進行試驗的技術內容很多,因此試驗衛星的種類也很多。有的試驗內容可以在一顆衛星上進行,但大多數技術試驗是分類在不同的衛星上進行的,主要有以下幾種類型。
  
  試驗生物衛星
  
  它裝載動、植物及微生物,試驗生物對空間環境的適應性,為人類進入太空提供可參考的試驗數據和經驗。它相當于一個空間生物實驗室,可研究失重、超重以及其他各種空間環境對生物生長、發育、代謝和遺傳等方面的影響和防護措施,是研究空間生命科學的重要工具。世界上第一顆生物衛星是甦聯于1957年11月3日發射的人造地球衛星二號,它載有小狗“萊伊卡”,這是世界第一只實現軌道飛行的動物,因而名噪一時,但它沒能返回。
  試驗通信衛星
  
  它主要試驗新的轉發器、天線和新波段在空間的工作特性、抗干擾特性以及接收等方面的性能。20世紀90年代美國發射的“先進通信技術衛星”是一個典型。在其上試驗了多波束天線、星上交換技術、Ka波段通信和星間鏈路等新技術。
  
  試驗遙感衛星
  
  它用于檢測遙感器的工作性能、工作原理的正確性及可行性等。美國發射過7顆“雨雲”系列試驗氣象衛星,任務是試驗新的氣象觀測儀器和探測方法。
  
  綜合試驗衛星
  
  美國從1966∼1974年發射了6顆進行綜合試驗的“應用技術衛星”(ATS),進行了衛星工程設計、衛星通信、衛星導航及氣象觀測等方面的試驗。1975年我國第一次發射的返回式衛星是一顆專用技術試驗衛星。星上采用了許多新技術和新材料,因此試驗的內容較多。
  此外,還有試驗導航衛星、重力梯度穩定試驗衛星等,其中後者用于試驗利用重力梯度控制衛星姿態穩定的可行性和效果。我國的東方紅一號衛星是試驗空間物理探測衛星。
  現在,雖然航天技術已取得了日新月異的發展,但還是需要研制和發射技術試驗衛星。因為航天技術是隨著應用需求的不斷擴大而不斷發展的,新的原理、新的技術、新的材料等仍會不斷涌現。另外,即使別人已經解決的技術但自己尚未掌握的還要進行試驗。
  
  三大天王造福人類
  
  由于應用衛星直接為國民經濟和軍事服務,所以品種和發射數量最多,用途最廣,對人類社會影響最大。它可分為三種類型︰一種是無線電中繼型,即各種通信衛星,它們大多采用地球靜止軌道,也有采用橢圓軌道、低軌道或中高軌道的;另一種是對地觀測型,主要是氣象衛星、資源衛星等各種遙感衛星,其軌道大多數采用太陽同步軌道,也有使用地球靜止軌道和低軌道的;第三種是空間基準型,這種類型有導航衛星和測地衛星,其中導航衛星一般采用分布在不同軌道面的相同傾角軌道的多顆衛星組成星座。
  

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責任編輯:skylook

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