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第21章 “明星”家庭众星齐闪烁(2)

这些耗资巨大的大型空间天文台,使用最先进的技术手段“武装到牙齿”,以实现前所未有的高灵敏度、高分辨率、大视场及同时观测多个天体的能力。从整体而言,它们探测宇宙的效能将全面超越其先驱者“哈勃”太空望远镜(HST)。它们的投入运行,必然极大地拓展人类认识宇宙的视野。

“欲穷千里目,更上一层楼”。太空望远镜和天文卫星肯定会给人类带来不可多得的美好希望!

知识点轨道天文台

轨道天文台是美国非太阳观测的天文卫星系列。它是美国发射的在紫外线、X射线和γ射线波段(侧重于紫外波段)范围内探索宇宙的卫星系列。卫星重2吨多,长约3米,宽约2米;轨道倾角35°,高度750千米,形状近圆形,周期100分钟。

遇难者的救“星”——救援卫星

1982年10月9日夜晚,“佐”号上的3名水手正竭尽全力驾驶着这艘长约16米的赛艇,在大西洋楠塔基特岛以东约555千米的狂风巨浪中顺着风向挣扎着。他们为了保全性命,顽强地与风浪搏斗。

凌晨,风暴越加凶猛,风速达每小时70千米(约每秒20米)。上午9时左右,“佐”号赛艇终于被两个高达10米的巨浪打翻。操纵舵轮的格林被翻入水中,他从一根横杆下游出水面,抓住艇舷上的栏杆,爬上了仰面朝天的艇底外壳。格林38岁,美国人,另两个水手是28岁的美国人古德曼和22岁的英国人威廉斯。尽管他们泡在水中,但可以利用赛艇舱作保护,仍显得十分安全。

卫星救援这样,“佐”号赛艇就陷入任凭狂风摆布的危险境地。机灵的威廉斯取出无线电发报机,拉出天线,依靠赛艇舱依托,开始发出呼救信号:“SOS”,……

当晚10时,美国海岸护卫队纽约营救中心的值班军官收到了从联邦航空管理局海洋交通控制中心打来的电话,说环球航空公司一架飞往里斯本的夜航班机的机组人员,收到了“佐”号赛艇发出的很微弱的无线电示位呼救信号。

值班军官把这架班机发现呼救信号时飞行的位置记录了下来,但他知道,遇难船只的位置至少偏离班机160千米。在如此浩瀚的海面上搜寻一个小小的目标,至少要花上好几天的工夫。他认为,要尽快测定出遇难船只的精确方位,最好的方法是借助苏联的救援卫星“宇宙1383号”。然后,这位值班军官给伊利诺伊州斯科特空军基地的飞行中心打了一个电话,要求他们利用“宇宙1383号”卫星,提供一份精确位置报告。

傍晚,“宇宙1383号”救援卫星在大西洋约1000千米高的高空接收到了无线电呼救信号,并把它转送到了斯科特空军基地。通过计算机,测算出呼救信号源所在位置。

第二天早晨6时55分,美国海岸护卫队调遣了一架远程飞机,前往预定的地点进行侦察,飞行员很快就发现了被暴风推翻的赛艇。为了看得更清晰,这架飞机急速地逼近目标,相距150米时,飞行员忽然发现从艇壳上的一个破洞中,伸出两个脑袋向周围张望。同时,清晰的无线电示位呼救信号传入了飞行员的耳机里。

“找到了!”一位飞行员兴奋地大叫起来,“宇宙1383号”竟然能把目标缩小在18千米的范围之内,“真是太好了!”

当天下午,美国海岸护卫队的一艘在执行巡逻任务的快艇,应召飞快地赶到了出事现场,用绳索把“佐”号上的3名水手营教了出来。

3名遇难水手清醒过来之后,他们才知道,他们多幸运!他们是由太空救援卫星营救出来的船舶遇难的第一批幸存者。

在此之前,1982年9月9日,一架载有3人的小型飞机由东南方向飞经加拿大迪斯莱克和道森克里克之间的山峦起伏、丛林茂密的地带时突然失事。

另一架担负搜寻任务的飞机,在预定的航线上飞行了数百千米,结果一无所获,连任何线索也未发现。

根据维多利亚营救中心的建议,在渥太华的卫星营救系统的计算机迅速运行起来。不久,“宇宙1383号”卫星便转送来一种微弱的无线电呼救信号,并马上查出了该机失事的方位。原来,它坠落在斯蒂金山区域内。

搜寻人员飞往那里后,果然监听到了该机的定位呼救信号。搜寻飞机在失事地点上空盘旋,发现了在高耸入云的松林中有一个红色的帐篷。伞兵军医立即跳伞,出乎意料,失事飞机上的3名机组人员都幸存着,只不过伤势严重。

这就是利用卫星成功地发现和救援了加拿大空难者,首创卫星营救遇难者的纪录。

自1982年6月30日世界第一颗救援卫星“宇宙1383号”被送入轨道以来,迄今在天上运行的救援卫星有4颗,另外,还在苏联、美国、加拿大、英国、法国和挪威等国设立11个地面接收站,形成了一个国际卫星营救系统。

卫星营救系统能在4小时内,把地球上每一个角落搜索一遍。救援卫星上设有国际统一规定频率的无线电接收机,它始终打开着。当飞机或船舶失事时,飞机或船舶上专门设置的与救援卫星具有相同频率的无线电就会发生报警信号,然后,救援卫星立即用专门的频率将失事者的地理位置通知最近的地面接收站,接收站再把有关数据转发给国际卫星营救系统的地面中心站,中心站接着便向出事地点的国家和地区发出救援通知。整个救援过程迅速、准确,成为目前最先进的营救手段。

人们可以相信,在不久的将来,海员或飞行员不论在地球哪一个角落遭遇到危险,都将得到卫星营救系统的帮助,使他们转危为安。

知识点卫星救援

卫星救援是指用人造卫星搜索和营救失事飞机和船舶的技术。由卫星无线电转发器接收失事飞机和船舶上装载的应急信标机信号,并把它转发给地面信息接收站,接收站通知救援指挥中心进行营救。通常利用运行在850千米~1000千米高的近圆形极轨道上的卫星装载救援信号转发器,地面接收站根据应急信标机和卫星之间的相对运动所造成的无线电信号多普勒频移原理,确定失事地点位置。

像风筝一样飞舞——绳系卫星

像放风筝一样放卫星!像捕鱼一样捕捉太空的微尘或垃圾!这听起来似乎有点科幻,然而科学家在绳系卫星编队等方面的研究,也许用不了多久就会让这一切变成现实。

顾名思义,绳系卫星就是由绳索系着的卫星,它由一根绳索拴在航天器上,或另一颗卫星上。如果是几颗卫星间用特殊的绳子系起来,构成一定的队形就是绳系卫星编队飞行。

航天飞机的绳系卫星系统,主要由卫星、系绳、卷扬控制机构组成。卫星一般做成直径1.5米,重约500千克,系绳长100多千米,系绳的直径因所采用材料不同而异,一般在1.65~2.60毫米之间。卷扬控制机构包括系绳的驱动装置、伸缩杆和系绳控制装置。其中伸缩杆用于释放和回收卫星,当航天飞机进入地球轨道后,绳系卫星便从伸缩杆顶端的锥形接头上弹射出去,把绳系卫星送至“向上”或“向下”100千米左右飘浮,绳系卫星到了预定高度后,不时用系绳控制机构进行控制,以保持卫星的稳定。飞行任务完成后,绳系卫星的有效载荷可回收到航天飞机的轨道器里,下次再用。

第一颗绳系卫星由意大利航天局研制,它呈球形,直径1.6米,重518千克,载有70千克重的科学仪器,用航天飞机来释放绳系卫星,可以拖在航天飞机后面,让其与航天飞机在同一高度上飞行;也可以让它像风筝那样,在航天飞机上方(卫星上配有小型喷气推力器,可把卫星推上较高的空间)高高运行;还可以让其挂在航天飞机的下方,像热气球下的挂篮般运行。

人们为什么要释放绳系卫星呢?因为绳系卫星不仅有收放方便的优势,而且还能完成一些特殊的任务。

绳系卫星在研究地球大气方面具有独特的优点。利用绳系卫星系统可以把探测仪器带到地球大气的热层或散逸层(高度离地面50千米~85千米)进行直接的探测。目前,人们对100千米以下近地空间环境的探测手段很有限,特别是探测高层大气,飞机飞不到这个高度,人造地球卫星又达不到这个低度,大气使卫星不能较长时间在这样低的轨道上运行,只能采用探空火箭,可惜它穿过路径只是“一线天”,探测时间仅有几分钟。绳系卫星弥补了上述不足,而且是其他探测手段所无法比拟的。因为绳系卫星可以把多个探测仪器像串糖葫芦似的沿着系绳结好,这样不就可以同时测得不同高度近地空间环境的各种参数了吗?显然,这些参数对于研究近地空间环境,了解低层大气和高层等离子体间的相互作用,研究太阳活动怎样通过中、高层大气影响地面天气、气候等问题,都具有重要意义。

空间等离子体的研究是科学家们十分关心的课题,绳系卫星是研究空间等离子体的重要工具。如果系绳是由导电材料制成,系绳本身就是一种很好的探测器,因为通过它与电离层的磁离子介质的相互作用,就可以获得许多信息。如果人们不断地改变系绳的方向,那么,也就会引起空间磁场的变化,这样就可以了解到空间等离子体的特性。

绳系卫星也是收集2微米以下宇宙尘埃粒子最理想的手段。收集宇宙尘埃粒子,分析其化学特性,可以揭示天体演化过程。现在,人们用飞机和气球收集宇宙尘埃粒子,但易受火山喷出的尘埃、烟雾、飞机的燃气、风化后的细沙土影响,相互混杂,真假难分。收集小于2微米的宇宙尘埃粒子的理想高度是在距地球表面120千米左右的地方,如果从航天飞机上把装有宇宙尘埃粒子收集器的绳系卫星沉入距地面120千米的高度,就可得心应手地进行收集足够多的宇宙尘埃粒子样品。

绳系卫星系统在工程技术应用上也大有作为,如为航天飞机或航天站提供电源等。大家知道地球是一个大磁场。当航天飞机携带着绳系卫星在空中飞行时,由导电材料制成的绳系卫星的系绳,在绕地球运动时切割地球磁力线,它就成为一台发电机,可以向绳系卫星和牵引它的航天器供电。在这种情况下,据研究,每1千米长的系绳,可产生200伏左右的电压,若系绳为50千米长,则可产生7.4千伏的电压,5安培的电流,32千瓦的功率。因此,若用它来为空间的各种航天器供电,要比目前广泛采用的太阳能电池板来得简单且经济。

1992和1996年,意大利研制的绳系卫星,两次由美国航天飞机携带,在太空进行试验。第一次由于绳索缠绕,只释放到250米,为原计划20千米的1/78,但它产生了40伏特的电压及1.5毫安的电流,第二次释放到19.3千米,产生了3000伏特电压,可惜这时绳索断裂,绳系卫星丢失。

理论计算为:航天飞机在赤道上空圆形轨道由西向东飞,速度为7.5千米/秒。地磁场在航天飞机轨道处的磁感应强度B=0.50×10-4特,从航天飞机上发射出的一颗卫星,携带一根长L=20千米的金属悬绳与航天飞机相连,航天飞机和卫星间的这条悬绳方向沿地球径向井指向地心,悬绳电阻约r=800欧姆由绝缘层包裹。计算结果在绳上产生的电流强度应约为3安培,航天飞机中获得的电功率应约为1.53×104瓦。这两次试验虽出师不利,但已证明:太空发电的设想是可行的,在人类的不懈努力下,太空发电的设想将会成为现实。

绳系卫星系统可当做发射设备,向更高的轨道发射卫星。从物理学中的动量矩转移原理知道,由两个质量组成的航天绳系系统,作为一个整体运行在一个轨道上,一旦连接两个质量的系绳断开,高者(离地面远者)就会飞入更高的轨道,低者(离地面近者)则进入更低轨道。例如,从航天飞机上用系绳向地球轨道部署太空望远镜,望远镜位于更高的轨道,解脱系绳后,望远镜就会送入更高的轨道,而航天飞机则自动进入稍低的轨道,不用动力系统的推进,就可以把望远镜送到更高的地球轨道。这又是一种有趣而又省燃料的“发射”方式。

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