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第38章 空间技术(5)

现代天文学家认为,宇宙是在150亿年前一次大爆炸中诞生的。那么,拍摄到距地球100多亿光年远处的照片,就有可能了解宇宙大爆炸时的原始状态,揭开宇宙起源之谜。如能找到宇宙中绕恒星运行的行星,也就有了寻找外星人的基础条件,因为生命只能存在于与地球类似的行星上。

目前,已公开数百张哈勃太空望远镜拍摄到的色彩绚丽的照片,揭露出许多天体奥秘。通过哈勃太空望远镜,人类对宇宙的认识正进入新的历史阶段。

“和平号”太空站的发展历程是怎样的

“和平号”太空站是苏联于1986年2月20日自发射核心舱开始组建的,至1996年4月26日组建完毕,历时10年。在核心舱上先后对接“量子1号”(1987年4月11日)、“量子2号”(1989午12月6日)、“晶体号”(1990年6月10日)、“光谱号”(1995年6月1日)和自然号(1996年4月26日)专业舱,由上述6个舱段和“联盟TM号”飞船、“进步号”货运飞船组成的“和平号”太空站组合体,长达50多米,总质量123吨。

“和平号”太空站工作了15年。“和平号”太空站原设计寿命5年,由于航天员长期在太空站上工作,可以对失效的设备及时进行维修,“和平号”太空站一直运行了15年,环绕地球飞行了近8万圈。其间,有12个国家的134名航天员在站上工作和生活。“量子1号”舱内装有X射线和紫外线天文仪器、生物医学实验和地球勘察设备主要用于天文观测、地球勘察、生物学和航天医学研究。“量子2号”舱主要用于对技术维修和工艺实验提供支持。“晶体号”舱用于材料加工、加工工艺和生物制品的研究。“和平号”太空站在取得辉煌成就的同时,也经历了太多的风险。它曾经遭受失火、密封舱泄漏、管路破裂、计算机失灵、无线电通信中断、货运飞船撞击等近2 000次故障。年迈的“和平号”太空站,2000年6月16日送走了最后两名航天员,结束了它的载人航天历史。

国际太空站由哪些系统构成

国际太空站建成后的总质量为419吨,舱段长74米,桁架长1084米,增压舱总容积1 202立方米,舱内压力和气体成分与地面相同,电源输出功率110千瓦,建成后运行寿命为10年。国际太空站由指令和数据处理、电源、跟踪与通信、热控制、环境控制与生命保障、制导导航与控制、结构与机构、机械臂、有效载荷、航外活动、在轨维护、航天员与乘员健康保障等13个系统构成。

国际太空站的组成舱段。国际太空站的组成舱段有:“曙光号”功能货舱、联合舱、服务舱、命运号实验舱、俄罗斯研究舱、科学能源平台、居住舱、通用对接舱、欧洲实验舱、日本实验舱、生命保障舱、离心舱、多功能后勤舱等。此外还有庞大的构架结构、两个遥控机械臂系统、轨道运输车和乘员返回运载器等。

联合舱。联合舱是第1个美国建造的舱段,由3个节点舱构成,共有6个对接口,用于各舱段对接,国际太空站上的重要资源,如液体、环境控制和生命保障系统、电子和数据系统都通过联合舱到达各舱段。

“曙光号”功能货舱。“曙光号”功能货舱是国际太空站第1个舱段,提供国际太空站初期的姿态控制、通信、电源和推进力。曙光舱有16个燃料箱,能够贮存6吨多推进剂。

服务舱。服务舱提供早期国际太空站航天员生活和居住条件(睡眠、卫生设备),具有生活供应系统(食品、厨房和餐桌),电源分配系统,数据处理系统,飞行控制系统和推进系统。同时,提供通信系统,为地面飞行控制提供遥控能力。服务舱有4个对接口,后面的对接口可以对接“进步号”货运飞船和“联盟TM号”载人飞船。

“命运号”实验舱。“命运号”实验舱是国际太空站上美国部分的核心部件,作为实验室将主要用来进行材料科学、生命科学、生物医学、流体物理等科学实验,舱内有24个机柜用于放置各种实验设备和控制操作设备。

生命保障舱和通用对接舱。生命保障舱是俄罗斯为其航天员提供生命保障的舱段,具有支持4名航天员的生命保障能力。它是增压舱段,长142米,直径43米。俄罗斯的通用对接舱与美国联合舱作用相当,共有6个对接口,用于连接俄罗斯各舱段和接纳“联盟TM号”飞船及“进步号”货运飞船。同时,可以作为气闸舱使用,提供航天员进出舱通道。

科学能源平台。科学能源平台是俄罗斯进行科学实验的舱外设备,它有6块太阳电池阵,能够为科学实验提供20千瓦电能,安装有6个陀螺仪,可以进行姿态变化。平台上的圆屋顶有8个舷窗提供航天员直接对外观察功能,用于监视机械臂操作、航天员太空行走和科学实验。

遥控机械臂。国际太空站上有两套遥控机械臂,1号机械臂长176米,质量936千克,最大搬运能力195吨,空载移动速度为每秒60厘米,可以承担太空站的部件组装、航天器的对接、有效载荷的操作、协助航天员舱外活动等工作。2号遥控机械臂系统独具特色。机械臂质量1 642千克,长176米,有7个活动关节和由15节构成的手,能够搬运大的载荷。

构架结构。构架结构是国际太空站的骨架,所有舱段、设备均建立在这个全长1084米的巨大骨架上,使众多部件组合成一个有机整体。构架结构分批由航天飞机带入国际太空站,逐段组装起来。每段的长度不超过137米,质量不超过17吨。

乘员返回运载器。乘员返回运载器是一直停靠在国际太空站上的应急返回运载器,当国际太空站出现危及航天员生命安全的事故,需要所有7名航天员全部紧急撤离时使用。其上的生命保障系统可以提供自离开太空站起9小时的生命保障,使用蓄电池作为电源,以喷射高压氮气产生推进力,可以自动驾驶,也可以由航天员人工控制。在国际太空站上停靠时间可以长达3年无需维修,返回时以翼伞着陆于普通机场跑道。

世界上第一个空间站是哪国发射的

空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活和工作的载人航天器。它是人类探索、开发和利用太空资源的特殊基地。到目前为止,全世界已发射了9个空间站。苏联是世界上第一个发射载人空间站的国家。其“礼炮1号”空间站在1971年4月发射后在太空与“联盟TM号”飞船对接成功。“礼炮2号”发射到太空后由于自行解体而失败。苏联发射的“礼炮3号”、“礼炮4号”、“礼炮5号”小型空间站均获成功。苏联还发射了“礼炮6号”和“礼炮7号”空间站,这两个空间站均可实现飞船对接。美国于1973年5月将“天空实验室”空间站由“土星5号”火箭发射到太空,曾创造了宇航员在空间站连续生活84天的纪录。

苏联发射的第三代空间站是“和平号”空间站,它由一个主舱和五个实验舱组成。主舱是1986年2月用“质子号”火箭送入太空的。之后,其他各舱段像积木一样一个一个地组接上去,当发射到第三个舱体“太空工厂”时,正逢1991年苏联解体,空间站的组装工作被迫停滞下来——剩下的两个舱段于1995年和1996年才完成组装。整整花费了近10年时间,才把这个人造天体建造完毕。

中国航天飞行控制中心在哪里

中国在实施载人航天工程之前,西安卫星测控中心是中国唯一的航天飞行任务控制中心,负责中国所有航天飞行任务的跟踪、测量和控制。实施载人航天工程后,在北京组建了北京航天指挥控制中心,对中国的载人航天飞行进行全面的指挥控制。同时,该中心也成为中国卫星发射的组织指挥机构。北京航天飞行控制中心位于北京北郊的航天城,1999年建成投入使用,是中国载人航天的指挥调度、飞行控制、分析计算和数据处理中心,也是卫星发射组织指挥机构。北京航天飞行控制中心具有强大的数据处理和显示功能,为技术人员实施准确的指挥控制提供了保证。北京航天飞行控制中心几年来,完成了“神舟一号”飞船至“神舟六号”飞船的发射、飞行和返回的飞行控制任务,还完成了“嫦娥一号”探月卫星的飞行控制任务。完成了一系列卫星的发射和飞行控制任务。

地面人员如何对航天器进行控制

地面控制中心的主要功能是使地面人员了解航天器的飞行轨道、飞行姿态,了解航天器各系统及主要设备的工作状态,完成地面控制人员对航天器的控制。如果是载人航天器,还要建立起地面人员与航天员的信息通道。世界主要控制中心有美国的休斯敦控制中心、俄罗斯的科罗廖夫控制中心,中国有北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心。

卫星控制中心。控制中心通过分布于世界各地的测控站(或中继卫星)对飞行中的航天器进行跟踪测量,获取航天器的飞行轨道和飞行姿态,接收并记录航天器的工作数据,对航天器的飞行轨道和飞行姿态进行控制,航天器出现故障时采取措施消除故障恢复航天器的正常工作。

载人航天控制中心。载人航天控制中心除了完成对载人航天器的跟踪测量,接收记录载人航天器的工作数据,对载人航天器的飞行轨道和飞行姿态进行控制,以及消除出现的故障外,还要接收航天员的电视图像、航天员进行的科学实验数据、航天员的生理数据,并判断航天员的身体状态;建立地面与航天员之间的语音通道,对航天员的工作和操作进行指导;一旦出现故障提出航天员排除故障的操作程序,或中止飞行应急返回地面,对返回地面航天员的救援实施指挥。

电子侦察卫星为何又称“窃听卫星”

电子侦察卫星是侦察卫星的一种,又称“窃听卫星”或“电磁波探测卫星”,它实际上就是一部高悬在太空的超高性能的无线电接收机。简单地说,就是通过窃听敌方雷达和无线电的电子信息,进行电子侦察。这是随着电子对抗的发展而出现的一种新型电子侦察手段。电子侦察卫星上一般都装有无线电接收机和各种天线等电子设备、磁带记录器和播放设备等。它的工作原理就是:当卫星飞经敌方上空时,它能自动地将各种频率的无线电波,包括雷达波信号都记录在磁带上,待到飞经本国地面站上空时,再回放磁带,以快速通信方法将信息传回,经地面站分析处理后,就可获得敌方雷达和电台等电子信息系统的性能参数和坐标位置等。电子侦察卫星上装有大量的电子侦察设备,其主要任务有三:一是探测敌方军用电台、指挥中心的电子设施的位置,以便通过窃听进行侦察和予以摧毁破坏;二是侦察敌方雷达的位置、使用频率等性能参数,为战略轰炸机、弹道导弹的突防和实施电子干扰提供数据;三是用来截收战略导弹进行试验时,发射中心和指挥中心往返电子信号,以掌握敌方战略武器发展动态。

绳系卫星是用一根长绳将其系到其他航天器上吗

绳系卫星是一种新型的人造卫星,它是用一根长长的绳索,将卫星系在其他航天器上,一起绕地球飞行。绳系卫星有许多特别的用途,如对离地面约100千米的地球上空进行充分的探测。因为在这个高度上,飞机飞不到,气球也很难达到,而卫星的下界一般也在150千米以上,探空火箭所探测空域和时间则非常有限。如果在其他航天器下拴一个卫星,拖着它在离地面约100千米的高度上绕地球运行,就可以收集那里的大气层数据,了解太阳活动如何通过高、中层大气影响地面的气候和天气变化的机理等。绳系卫星的系绳是用导电材料制造,所以也是一种探测器,可以获得许多有关电离层磁场的信息数据。此外,系绳在运动中不断切割地球的磁力线,从而成了一台发电机,这样,就可以为绳系卫星和牵引它的航天器(特别是航天飞机和空间站)提供电力,为长期在太空中运行的航天器提供部分能源。意大利首先研制出了绳系卫星,并于1992年和1996年两次在美国的航天飞机上进行了试验,取得了部分成功。相信随着科学家的努力,绳系卫星将会越造越好,成为未来一种大有用途的新型卫星。

何谓激光卫星通信新技术

一般的卫星通信的载波是微波,数据传输率很难达到50Mb/s以上,未来的卫星通信数据率却要求工作在每秒数百、数千兆比,因此,只能由激光通信来实现,因激光通信在外层空间进行,可不受大气层的影响。据专家测算,卫星激光通信在比微波通信数据率高一个数量级的情况下,天线孔径尺寸可比微波通信卫星减小一个数量级。因此,未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。激光的频率单纯,能量高度集中,波束非常细密,波长在微波到红外之间,因此,利用激光所特有的高强度、高单色性、高相干性和高方向性等诸多特性,进行星间链路通信,就可获得容量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好等一系列优点,从而使激光成为发展空间通信卫星中最理想的载体。

卫星激光通信的主要技术问题,是如何精确地进行高数据率的传输。目前,正在试验中的卫星激光通信数据率在100~1 000Mb/s,通信距离可达7万千米以上。地面与卫星之间的激光通信将受到大气和云层的影响,而且地面对卫星要比卫星对地面的影响更为严重。解决的办法,一是利用多个地面站来提高无云层激光发射的概率;二是利用飞机接收地面站信号,然后再飞到云层外,在飞机与卫星之间进行激光通信。

静止轨道通信卫星的名字有何由来

所谓的“地球静止轨道卫星”即通常所说的同步卫星,卫星运转周期为24小时,与地球自转严格同步,它的轨道严格处在地球赤道平面内并呈圆形。静止轨道卫星通信的工作原理是:把地面微波中继站搬到赤道的上空,使地面微波视距一下扩大到18 000千米,一颗卫星即可覆盖地球表面面积的40%,发射3颗卫星使它们之间等隔120度经线,就能实现全球通信。严格来说,要使配置在这条轨道上的卫星保持相对静止状态,它绕地球自西向东旋转一周的时间必须与地球自转一圈的时间相同,即刚好是23小时56分零4秒,而且其轨道与地球赤道平面的夹角必须等于零度。1984年4月8日,中国成功发射了第一颗地球静止轨道通信卫星,并于4月16日定点成功。

人造卫星返回大气层时为什么不会被烧毁

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