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第40章 宇宙大视野(5)

最早实现一箭多星技术的是美国。1960年,美国率先应用一枚火箭成功发射了两颗卫星。1961年,又实现了一箭三星。俄罗斯也多次用一枚火箭发射多颗卫星。我国于1981年9月20日开始,用“风暴1号”火箭发射三颗科学试验卫星,成为世界上第四个掌握一箭多星的技术的国家。印度于2011年完成了一箭十星、一箭七星的发射,成为世界上第五个掌握一箭多星的国家。一箭多星的发射成功,标志着运载火箭能力的提高,也标志着发射技术上的新突破。

知识点:卫星发射、一箭多星、星箭分离技术

为什么要制造和发射小卫星

当今地球的上空,越来越多地出现了小卫星,成为一道新的风景线。所谓小卫星,是指质量在500千克以下而功能与同类型大卫星相当的卫星。

微电子、微机械、新材料和新工艺等高新技术的发展,可以使卫星的体积、质量大大减小,而性能仍保持较高的水平。如美国一种名叫“观测镜”的侦察卫星,质量仅为200—300千克,在700千米轨道高度,对地面目标的分辨率达到1米,成像带宽度达15千米,工作寿命5年,功能已经相当于过去的大型侦察卫星了。

现代小卫星具有很多优点:首先是它的研制周期短,一般不超过两年,而大卫星通常要七八年;其次是小卫星的发射方式灵活,既能由小运载火箭单独发射,也可以随同别的卫星一起发射,或用一枚火箭发射多颗小卫星;最后是成本低,性能高,小卫星可批量在流水线上生产,单颗卫星的价格大大下降,而发射费用也较为低廉。

21世纪,航天技术对经济和军事的发展起着举足轻重的作用,卫星在体积和质量上将向大型化和小型化两极发展。发展中的中国小卫星是中国航天年轻的主力军,它将在各项应用领城以更好的技术服务于国家和人民。我国现代小卫星已通过国际合作、参与竞标的多种形式活跃在国际航天的舞台上,向世界展示了我国航天小卫星的先进形象。从2001年到2006年的五年内,我国航天已连续发射成功海洋一号、实践六号、试验二号、创新一号以及地球双星探测卫星等多颗高性能现代小卫星,标志着我国已具备开展高质量科学卫星的能力。

除应用于军事外,小卫星在民用领域也有广阔的应用前景。截至2005年,我国研制并成功发射了68颗不同类型的人造卫星,4艘无人试验飞船,2艘载人飞船,拓展了航天器的制造领域。

知识点:小卫星、试验二号、实践六号

为什么航天员要穿航天服

去太空旅行的航天员都要带上一件航天服,那是为了适应太空环境的需要。太空环境十分险恶,大大小小陨星的袭击,常常令航天员猝不及防;高空的辐射,会危害人体的细胞膜,干扰或终止细胞的抗疾病功能;还有太空中充斥着人类遗弃在那里的太空垃圾,对航天员的生命也是一种威胁。为此,航天员需要严格的保护措施,才能去太空工作。

航天服是一种高科技的产品。它的作用除了防御来自太空的侵袭以外,还有一套生命保障系统和通信系统。它能帮助航天员适应太空中温度的急剧变化,使航天员有合适的温度、氧气和压力,如同在地面上一样舒适;在太空行走时,可以方便地与航天器上的航天员通话联系。

航天服的设计者,可谓精心而周全。航天服一般至少有5层。与皮肤接触的贴身内衣又轻又软,富有弹性,通气又传热,内衣上安有辐射计量计,以监测环境中各种高能射线的剂量。内衣上的腰带,具有生理监测系统,可随时测定心率、体温。

第二层是液温调节服。衣服上排列着大量的聚氯乙烯细管,调节温度的液体通过细管流动,温度的高低可由航天员自己控制,有3个温度档次可供选择。

第三层是有橡胶密封的加压层。层内充满了具有相当于一个大气压的空气,保障了航天员处于正常的压力环境,不致因压力过低或过高而危及生命。

第四层是一个约束层。它把充气的第三层约束成一定的衣服外形,同时也协助最外一层抗御陨星的袭击。

最外一层通常用玻璃纤维和一种叫“特氟隆”的合成纤维制成。它具有很高的强度,能抵御陨星的袭击,还具有防宇宙辐射的功能。

这样复杂的一件航天服,它的制作代价当然十分的昂贵,大约一件在300万美元以上。航天服一般很重,虽然在设计中,为了方便航天员的行动,关节部位有较高的灵活性,可是,穿着航天服对航天员来说仍是一个沉重的负担。

知识点:太空环境、航天服、高科技产品

为什么在太空中会发生失重现象

地球上的一切物体都受到地球的万有引力,这称为重力。重力的大小随着高度的增加而迅速减小。航天器在环绕地球运行或在行星际空间轨道上飞行时,它们远离地球和其他星球,自然处于失去重力的状态,这就是失重。当然,失重并非绝对没有重力,只不过重力非常微小,所以失重也常称做微重力。

失重是太空环境一个十分重要的特性。

在失重状态下,人体和其他物体受到很小力的作用时就会飘起来。利用失重,能在太空进行某些地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生产高纯度大单晶硅,制造超纯度金属和超导合金以及制造特殊的生物药品等。

失重为在太空中组装结构庞大的航天器(空间站、太空太阳能电站等)提供了有利条件。

当然,失重也会对人体有一定的伤害,这主要是指航天员会患上航天运动病。这种病的典型特征是脸色苍白、出冷汗、恶心呕吐,有时还会出现唾液增加、上腹部不适、嗜睡、头痛、食欲不振和飘飘然的错觉。长期失重还会导致人体骨质疏松和肌肉萎缩。为了防止和减缓航天运动病,首先要在地面上就加强航天员的训练,增强体质;另外是在太空中重视体育锻炼,我们在电视上收看有关航天活动的实况录像时,经常可以看到,太空中的航天员正在运动器械上活动身体呢。

知识点:重力、失重、航天运动病

为什么在太空中会发生超重现象

在载人航天活动中,超重现象主要发生在航天器的发射和返回过程中。为了把航天器送入太空,一般都采用多级运载火箭。在第一级火箭开始燃烧时,由于整个火箭的自身重力很大,加速度是很小的,看上去是徐徐上升。随着燃料的消耗,火箭重力逐渐减轻,加速度值逐渐加大,直到第一级火箭燃料耗尽,燃烧停止;接着是第二级火箭开始燃烧,重复上述过程;最后是第三级火箭的燃烧和加速。经过这样三次的加速过程,一般可把载人航天器加速到第一宇宙速度(7.9千米/秒),进入绕地球的太空轨道。在这个加速过程中,载人航天器上的设备和其中的航天员,自身的重力都会相应地增大许多,而处于超重状态了。

同样道理,载人航天器在完成任务从太空返回地面时,也会出现超重现象。返回前,载人航天器的返回舱先把底部朝前,然后利用反推火箭减小速度和降低轨道高度。在进入大气层时,因受空气的阻力而逐步减速。刚开始时,因高层大气密度很小,减速值很小;随着高度的降低,大气密度逐渐增加,阻力逐渐加大,减速值也逐渐加大,并在达到最大值后开始减小,形成一个半正弦的曲线。因此,在返回过程中,载人航天器及航天员,将第二次进入到超重状态。

随着航天技术的提高,延长了火箭的加速过程,火箭发射时的加速度已下降到地面重力加速度的5倍;而返回时的超重也大大减小。航天飞机条件更好了,发射时超重峰值只相当于3倍重力加速度,返回时采用了滑翔式飞机般地载入,超重峰值不到重力加速度的2倍,一般健康的人都可以承受得了。

过大的超重对航天员的身体十分不利,因为人的体重突然增加了许多倍,无论是对心血管系统,还是对呼吸功能,以及人的工作效率,都会造成不良的影响。人能忍受超重的能力总是有限的,为了最大限度地减小这个影响,人们在载人航天活动中对超重采取了一些防护措施。

知识点:超重、重力、加速度

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