必知的航天科技(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：冯志远

出版社：辽海出版社

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必知的航天科技试读：

前言

科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学素质，是我们全社会的重要课题。

科学教育，是提高青少年素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。

科学教育，让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。

在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。

对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使青少年了解当今科技发展的现状，而且可以使之从小树立崇高的理想：学好科学知识，长大为人类文明作出自己应有的贡献。

为此，我们特别编辑了这套“青少年科谱知识丛书”，主要包括《必懂的科技知识》、《必谈的科技趣闻》、《必知的科技之最》、《必知的军事科技》、《必知的航天科技》、《必知的信息科技》、《必知的网络科技》、《必知的生物科技》、《必知的科技大家》和《必知的发明大家》。这些内容主要精选现代前沿科技的各个项目或领域，介绍其研究过程、科学原理、发展方向和应用前景等，使青少年站在当今科技的新起点寻找未来科学技术的楔入点和突破口，不断追求新兴的未来科学技术。

本套青少年科普知识读物综合了中外最新科技的研究成果，具有很强的科学性、知识性、前沿性、可读性和系统性，是青少年了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科谱读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。

一、卫星

人造地球卫星

第一宇宙速度7.9公里/秒是地球飞行的环绕速度。人造地球卫星只有获得了这个速度才能驶入地球轨道，绕地球飞行。多级火箭能把人造地球卫星送上“天”，我们叫它“运载火箭”。运载火箭使用液氧推进剂，逐级推进、加速，使卫星达到环绕速度，围绕地球飞行。

现在发射卫星只需三级火箭就够了。每线火箭头尾相接，用串联或并联的形式组合成一体。在发射卫星时，三级火箭从地面垂直起飞，在发动机的强力推动下，火箭飞出地球的大气层，当达到规定的速度后，就熄灭了。这时火箭已经获得的能量在地球引力的作用下滑行，在卫星最后加入轨道时，火箭再次点火，使卫星加速达到环绕速度，卫星就会绕地球飞行，成为人造地球卫星。

人造卫星必须向东发射

人造卫星是人类用于探索太空，或者探测地球的航天设备。不知你注意到没有，所有的国家在发射人造卫星时，总是把发射方向指向东方，你知道这是什么原因吗？

这是因为，地球是由西向东旋转的，将人造卫星由西向东发射时，可以利用地球的惯性，大大节省燃料和推力。地球运动的速度，随着纬度的变化也是不相同的。一般地说，赤道上的运动速度最大，达到每秒0.46千米，随着纬度的增加而减小，南北两极为零。所以发射地点的纬度越高，火箭所需的推力也越大。如果顺着地球自转的方向，在赤道附近发射倾角为0的卫星，就可最充分利用地球的自转惯性，达到最理想的效果。

当然，由于世界各国的地理位置不同，卫星不可能全在赤道附近发射，发射方向也不会都是由西向正东方向，总要偏向东南或东北。不过，人们总会尽可能利用地球的自转惯性，节省推力。

侦察卫星

电子侦察卫星是一种窃听能力很强的卫星。它与照相侦察卫星一样，分普查型和详查型两类。

普查型“窃听能手”，它的作用是对敌方地面进行大面积侦察，测定地面雷达的大致位置，窃听地面雷达的工作频段。

详查型“窃听能手”，它的作用是捕获感兴趣的雷达特性和电台信号的详细情报，用搜索型外差接收机窃听地面的无线电信号。

目前，大部分电子“窃听能手”既能做一般监视，对地面进行普查性窃听工作，又能对地面各种无线电信号进行搜索和窃听，一颗卫星身兼普查和详细两种功能。一般说来，电子侦察卫星上的计算机里贮存所有已知的敌方雷达信息。卫星一旦探测到新的雷达位置和新的信号，下次经过这一地区上空时，便会自动地对这些特性进行分析，并对新的雷达进行定位，以确定雷达的精确位置。因此，窃听能手——电子侦察卫星，能无一遗漏地探听清楚地面雷达、无线电台等的位置和信号特征。

预警卫星

导弹预警卫星是在人造卫星上天之后，才开始研制的。美国在20世纪60年代初，最先发射预警卫星。这种卫星运行在宇宙之中，不停地盯住在不断变化的地球。卫星上的红外探测器，对导弹喷焰特别敏感，它能在千里之外遥“看”导弹的发射，并把核袭击的危险信息及时发回地面防空中心，就可以赢得宝贵的半小时预警时间。

其实，预警卫星发现导弹的原理与地空导弹、空空导弹利用红外线自动追击敌机的原理是相似的。

卫星上的红外探测器，能够探测出导弹喷出的火焰，这是因为在大自然中，一切物体只要温度高于绝对零度（-273℃），都会辐射出肉眼看不见的红外线。当洲际导弹的发动机燃烧后，由高温气体形成的喷焰将产生强大的红外辐射，卫星上的红外探测器就能在导弹发射后几十秒钟内，向地面站报警。但是，早期的预警卫星，会把高空云层反射的太阳光当做导弹尾焰的红外辐射，而误认为是一次大规模的核袭击。美国就发生过这样的事，令当时的美国惊恐万分。

为了避免虚惊，人们在预警卫星上同时配上高分辨率远视镜头的电视摄像机，就在红外探测器探测的导弹喷焰时，立即控制电视摄像机自动地拍摄目标区域的图像，于是地面站的电视屏上以每秒1～2帧的速度，显示出导弹喷焰的运动图像。根据喷焰在不同高度上的不同形状，就可判断是否真有导弹来袭，并可粗略地测出导弹主动段的飞行轨迹。

导弹喷焰辐射的红外线波长，主要在2.7微米左右，因此，卫星上的红外探测器多采用硫化铅探测器阵列。它由约2000个单元器件排列而成，最敏感的波长为2.7微米。当卫星在36000千米高的地球同步轨道上运行时，整个红外探测器阵可“看”到地球表面的40%地区。

静止气象卫星

静止气象卫星主要有三大功能：一是观测，通过遥感仪器拍摄云图，观察云系和大气温度的分布；二是收集，将地面气象观察站观察到的地面气象资料收集起来；三是广播，将气象资料和处理过的地面气象资料传送给各地气象台使用等。

它如一位“站”在3.6万千米高处的“广播员”，主要组成部分是静止卫星、资料收集和测控站、数据处理中心、气象观察台和数据接收系统等。

静止气象卫星中安装了功能奇特的遥感仪器。当前，常用的气象遥感仪器主要有以下几种。一是高分辨扫描辐射计，包括可见光和红外自旋扫描辐射计等。它具有高超的本领，可以获得可见光和红外的云图，可见光云图的星下点（卫星在地面的投影点）分辨率为0.9～2.5千米，红外云图的星下点分辨率为5～12千米。二是高分辨率红外分光计。它神通广大，既能获得大气垂直温度分布，又能测到水气分布。三是微波辐射计。它的功能没有那么齐全。只能配合高分辨率红外分光计工作，以便获得6层以下的大气垂直温度分布和云中的含水量。另外，卫星还携带其他一些功能奇特的仪器，如磁带机等数据存贮装置和数据传输设备等。

地球资源卫星

地球资源卫星主要的功能是防护森林，它不仅向人类提供森林中的火灾情况，还时刻监视着树木里的各种病虫害，将森林中的各种危害及时告诉人们，称得上是太空的“护林员”。

森林防火工作一定要有地球资源卫星的协助才能保证它的安全度。由于地球资源卫星不仅能及时发现森林中的火迹，而且能确定冒火烟地区的边界，监视火灾的发展，观测火区上空的大气冷流和暖流的通过情况，诸多火情，将有助于尽快消灭火灾。而且，借助于太空观测还能够预报可能发生火灾的地点。因此，人们把在太空巡视的地球资源卫星称为森林“卫士”。

地球资源卫星还监视着树木的各种病虫害情况，将病虫害给森林带来的损失告诉人们。例如，在美国太平洋沿岸，卫星照片告诉人们，虫害毁坏的树木比火灾毁掉的树木多15倍。

生物卫星

世界上第一颗生物卫星是1957年11月3日，前苏联发射的载狗“莱伊卡”的人造地球卫星。生物卫星是一种专门用于在空间进行生命科学实验的人造地球卫星。它相当于一个太空生物实验室，在生物卫星上进行科学实验，有许多特殊的优点和有利条件，是载人飞船和航天站所不能取代的。生物卫星可研究失重、超重和其他各种空间飞行环境对生物生长、生育、代谢、遗传等方面的影响和防护措施，揭示在地面条件下发现不了的生物学问题，是研究太空生命科学的重要工具。

生物卫星主要由服务舱和返回舱两部分组成。返回舱是卫星的主体，是返回地面的部分，内装各种实验生物（如猫、老鼠等）、记录仪器、制动火箭和回收系统。舱的外面是防热保护层。为了更好地保持舱内适宜温度，里面还有一层涂铝的聚酯薄膜。舱内还有脱离轨道、分离和回收设备，以保证卫星按时同服务舱分离，准确脱离轨道，安全地返回地面。返回舱的外形有的呈球形，有的呈碗形，重300～400千克至1～2吨。

在生物卫星上，还可以进行许多生物学实验，如重力生物学实验、放射生物学实验、发育生物学实验等。

通信卫星

通信卫星，是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使，把来自地面的各种“信件”带到天上，然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它“站”在36000千米高的高空，所以它的“投递”覆盖面特别大，一颗卫星就可以负责1/3地球表面的通信。“烽火连三月，家书抵万金。”中国古代劳动人民就有过对快速通信的殷切期望，但是那时人们只能靠驿马、驿车。20世纪实现了无线电通信，使人类的通信手段大为改观。我们知道无线电通信是靠电波传送信号的，电波分长波（波长20000～3000米）、中波（波长3000～200米）、短波（波长200～10米）、超短波（波长10～1米）和微波（波长1米以下）等波段，而后两者具有传输信息容量大、信号稳定可靠等优点。但超短波和微波传输只能直线传播，人们只好每隔50千米为它们建造一个中继通信站，使它们像跑接力赛一样一棒一棒地跑下去，把电波传送到遥远的地方。这种接力通信的方式在许多情况下是不可行的，如果把北京的电视节目传到美国纽约，不知要建造多少个中继通信站（每站必设收信机、发信机和天线铁塔），而且在崇山峻岭和汪洋大海中，根本无法建立中继站。怎么办呢？于是人们想到了在天上挂一个“驿站”，利用超短波、微波直线传输的特性，把信号发给天上的卫星，再由卫星接收后转发到地面的另一个地方。

通信卫星一般采用地球静止轨道，这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以每秒3075千米的速度自西向东绕地球转，绕地球一周的时间为23小时56分4秒，恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看卫星像挂在天上不动，这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星，昼夜不间断地进行通信，不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”了。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星，便可以实现除南北极之外的全球通信。现在，通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。当你和远隔重洋的亲人通电话、通电报时，当你从电视上观看世界新闻、体育比赛时，当你收听广播时，你也许没有意识到通信卫星正在为你效劳。

通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一，许多国家都发射了通信卫星。美国是最先发射成功通信卫星的国家，1965年4月6日美国发射了第一颗实用静止轨道通信卫星：国际通信卫星1号。到目前为止，这种卫星已发展到第八代，一代比一代体积大、重量重、技术先进、通信能力强、卫星寿命长。其中第五代国际通信卫星5号是当今容量大、技术先进的比较常用的国际通信卫星。

前苏联的通信卫星系列叫“闪电号”，包括闪电1、2、3号三种型号。由于前苏联国土广阔的需要，闪电号卫星大多数不在静止轨道上，而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

卫星可以从飞机上发射入轨

发射卫星，除了主要从地面使用火箭外，近年来也开始利用飞机来发射卫星，就是先把携带卫星的小型火箭用飞机送上一定高度，再启动火箭把卫星送入预定轨道。

从空中发射卫星具有很多优点。首先是发射费用低，至多为地面发射的三分之二。这是因为火箭已在空中从母机获得了一定的初速度和高度，因而节省了许多昂贵的燃料。其次是发射的准备时间短，小型火箭通常只需几名技术人员花上两周时间就够了。再有，空中发射不需要有设备齐全的地面发射基地，也不会受到“发射窗口”、地面设备维修等的制约，随时可以从世界上任何一个机场起飞发射，而用户也可灵活地选择卫星的目标轨道。

1990年4月5日，美国在加州用一架“B-52”大型飞机，携带“飞马座”火箭，在高空把两颗小卫星送入预定轨道，从而开了用飞机发射卫星的先河。

当然，在空中发射卫星也有局限性。主要是卫星不能太重，卫星的轨道不能太高，这是由于受到母机运载能力和飞机飞行高度的限制。如用航天飞机，则可弥补这两点不足。

据科学家预测，在未来的20年内，全世界等待发射的卫星有上千颗，其中大多数是质量仅为几百千克甚至几十千克的近地小卫星。这些卫星性能好、价格低廉，是卫星家族的主力军。很显然，空中发射卫星的方式，必将会在未来航天发射市场上占有一席之地。

用大炮发射卫星

著名法国科幻作家儒勒·凡尔纳曾经写过一部小说，虚构了用大炮把地球人发射到月球去探险的有趣故事。后来人类真的登上了月球，但乘坐的不是炮弹，而是火箭飞船。

20世纪90年代初，美国劳伦斯·利弗摩尔国家实验室真的建造了一门超级大炮，用来试验当年凡尔纳憧憬的“炮弹太空旅行”。

超级大炮像一个大写字母L。横在地面的一根82米长管子是压缩管，里面有个1000千克重的钢活塞。竖起来直指太空的发射炮管长47米。发射前，先将活塞推向后部，压缩由甲烷和空气混合成的气体，并向活塞的另一面注入氢气。等到甲烷混合气体被压缩到足够压力，就让它点火爆炸，于是活塞向前运动，压缩氢气。氢气被压缩到4100个大气压时，便冲开阀门进入发射管，巨大的推力使“炮弹卫星”沿着抽成真空的炮管高速发射上天——这门超级大炮实际上是一支“气枪”！

从航天炮射出的并不是一颗单独的卫星，而是一支载着卫星的小型火箭，它出膛后再点火，把卫星送入轨道。

用大炮发射卫星的代价只有普通火箭或航天飞机的百分之几到千分之几，这对运送建造太空站的材料和宇航员给养很有利。由于炮弹出膛的加速度远远超过了人体承受极限，因此凡尔纳憧憬的“载人炮弹”看来还是难以实现。

飞机发射卫星

1993年2月9日，巴西发射了第一颗人造卫星。这颗环境监测卫星与以往升空的大多数航天器不同，是由B-52飞机从大西洋上空发射入轨的。

大家都知道B-52是一种重型轰炸机，为什么还能用它发射卫星呢？原来，美国在20世纪80年代末期研制了一种“飞马座”运载火箭，它的第一级就是B-52飞机。发射卫星时，B-52从机场跑道上起飞，长15米、重18吨的“飞马座”三级火箭就挂在它的机翼上，卫星装在火箭顶端。当飞机到达12000多米的高空，速度为980千米/小时时，将火箭抛下。5秒钟后，火箭点火，开始燃烧。等到第三级火箭燃尽，卫星就进入轨道了。

飞机发射卫星不需要造价昂贵的火箭发射台，可在普通机场上起飞。一般运载火箭的发射准备工作需要好几个月，而“飞马座”火箭只要6个技术人员花两星期的时间就能组装完毕。同样的卫星用“飞马座”火箭发射，费用是常规运载火箭的1/3。难怪有的科学家建议，航天飞机也可以先由飞机送上天，再用自己的火箭发动机送入轨道。

地球观测卫星

人们希望探索宇宙的奥秘，但是更需要了解地球，因为地球上发生的各种变化直接影响我们的生存。所以世界各国发射的航天器中，许多是专门用于监视地球环境的，它们被称为“地球观测卫星”。

气象卫星是最常见的地球观测卫星。它们通过可见光、红外线等不同的传感器，密切注视大气层的风云变幻，为气象工作者提供天气预报所需的各种信息依据。

地球表面7/10是海洋，海洋卫星专门观测海流动向、海温变化和海冰情况，还能帮助渔民寻找鱼群。

资源卫星用多光谱仪器（包括雷达）对广阔的大地进行勘探，不仅能查明地下矿藏，还能找到撒哈拉沙漠下面的古河道和古代玛雅人建造的水渠网。你甚至还可以花钱请卫星从高空拍下你家院子里的景观呢。

由于地球上污染严重，如今又有一批专门监视环境变化的卫星上天。例如，有几颗卫星的主要任务是调查氯氟烃对臭氧层的破坏程度。

当然，军事侦察卫星也是一种地球观测卫星。

地球观测卫星承担了许多事关国计民生的重任。它们还负责监视庄稼病虫害、估算世界范围的粮食产量、侦查森林火灾，甚至能为警方找到犯罪集团偷偷种植的罂栗等毒品植物。

紫外天文卫星

1946年10月，美国发射了一枚高空火箭，人类第一次获得了太阳紫外光谱。从那以后，世界上有不少国家利用高空火箭，探索来自天空的紫外线。50年代末，火箭记录到天空背景的紫外光谱。70年代是紫外空间观测进展最快的10年，从“轨道天文台”3号，“荷兰天文卫星”到技术先进的“国际紫外探测器”接连上天，获得大量紫外信息。

那么为什么要发射这些紫外天文卫星呢？这是由于两方面的原因：一是因为地球大气层像过滤器一样，差不多全部吸收掉来自宇宙的3000埃以下的致命的紫外辐射，除对于波长在2000～3000埃的紫外线，尚可用能达到50千米高的高空气球进行观测外，其他短波紫外必须利用人造卫星。二是因为宇宙天体发出的大量信息都在紫外波段，天文学的很多理论工作必须得到紫外观测的验证。例如“荷兰天文卫星”进行了紫外光谱多普勒频移的观测分析，通过比较不同距离处类星体的频谱，来验证在几百年中宇宙膨胀速度有无变化。另外，太阳紫外线对人造卫星的寿命以及对宇航员的身体都有严重影响，只有了解它，才能掌握它，防止它。

雷达卫星

1991年初爆发的海湾战争中，战场上空经常阴云密布，有时还下着雨，给空中侦察带来困难。可是美国有一颗名叫“曲棍球杆”的雷达侦察卫星，却能不分昼夜地透过云雾看清地面1立方米大小的物体。它在海湾上空绘制了数千幅雷达图像。“曲棍球杆”卫星和别的侦察卫星合作，还发现并跟踪了伊拉克“飞毛腿”导弹发射架的夜间转移，甚至能识破伪装的假目标。

雷达卫星的“眼睛”是合成孔径雷达，同望远镜一样，雷达天线直径越大，目标看得越清楚。但卫星上不能安装大型天线，所以科学家让星载雷达准确而重复地发出和接收脉冲波，使小型天线在行进中好像变成了一个直径很大的天线，使分辨率明显提高。

雷达卫星也能用于和平目的，例如探矿和减灾。安装有雷达的海洋卫星可以遥感出清晰的海浪形状和运动方向，还能监视海冰漂移，为船舶和港口提供灾害警报。在洪涝时期，雷达卫星可以透过云层“看清”江河堤岸和水域，及时预报洪峰动向和水位变化。雷达波对草木、土壤有一定的穿透性，可以测量土壤湿度，预报旱情。

现在，星载合成孔径雷达已经在地球以外大显身手。金星终年被浓密云层所笼罩。载有雷达的飞船却能揭开它的“面纱”，绘制出十分精确的金星地形图。

红外天文卫星

红外天文卫星，是用来观测红外辐射天体的天文卫星。它的任务就是用红外望远镜对宇宙空间的红外辐射源，包括太阳系天体、恒星、电离氢区、分子云、行星状星云、类星体及星系进行普查，并在普查的基础上绘制红外天体图和对选定的天区和红外辐射源进行专门的观测。

红外天文卫星一般选用近圆形太阳同步轨道，卫星上主要的专用观测仪器是大型红外望远镜。此外还配备有电子计算机、磁带记录器、遥测遥控设备以及向地球发回观测数据的通信天线和传感器。

世界上第一颗红外天文卫星是由美国、荷兰和英国合作发射的。它于1983年1月25日升空，在空间工作了10个月，获得不少观测结果，例如发现在火星和木星轨道之间有3个都绕太阳旋转的尘埃粒子环，它们很可能是小行星碰撞后形成的碎片；发现5颗新彗星并计算出它们的轨道；发现数十万个以上的新红外辐射源。这些发现大大增进了人们对宇宙的认识，并促进了红外天文学的发展。

海事卫星

海洋那么广大，看不到边际。在茫茫大海中航行，可以说是十分艰辛的。尽管现代科技可以造出极为先进的海轮，但天有不测风云，仍然会遇到狂风或者突然的其他自然灾害，使得海轮遇险。在这紧要关头，就必须与陆地取得联系。海事卫星就是用于海上和陆地间无线电联络的通信卫星。

海事卫星的通信系统由2部分组成：卫星和地面的卫星测控站属空间部分；岸站和船站属地面部分。岸站是卫星通信的地面中间站。船站就是海上用户站，它的天线始终指向卫星。海上船只可根据需求，由船站将信号发射给地球静止卫星轨道上的海事卫星，经它转发给岸站，岸站再通过与之连接的地面通信网络或国际卫星通信网络，实现与世界各地陆上用户的相互通信。

海事卫星除广泛用于电话、电报、电传和数据业务外，还兼有救援和导航业务，同时又能把船只的航向、速度和位置等数据随时传输给岸站，并存贮在岸站控制中心的电子计算机中。因此，船只一旦在海上遇难或船上发生紧急事件，岸站就可以迅速确定船只所在海域的具体位置，并及时组织营救。

电子侦察卫星

发射电子侦察卫星，其目的是为了取得现代战略情报，用于侦察雷达、通信和遥测等系统所辐射的电磁信号，并测定辐射源地理位置。电子侦察卫星是卫星电子侦察系统的空间部分，卫星将侦察收到的电磁信号进行预处理后，发送到地面接收站，以分析电磁信号的各种参数并进行辐射源的定位，从中取得情报。

电子侦察卫星不受地域、天气条件的限制，能在各种天气条件下对大面积地区进行长期监视和侦察，获得时效性强的情报。

美国是发射电子侦察卫星最早的国家。第一颗电子侦察卫星于1962年5月发射，获得了大量的雷达和通信方面的情报。1971年美国又发射了多星定位制电子侦察卫星，这类卫星可长期监视各种地面雷达的配置位置变化、舰载雷达的特性和位置，监视舰船的类别、等级和航线。

电子侦察卫星按侦察目的可分为普查型和详查型2类。普查型电子侦察卫星能监视大面积地区，测定辐射源的位置和粗略地测定电磁信号的工作频段；详查型电子侦察卫星能全面测量电磁信号的各种参数，测定辐射源的位置。

“袖珍”卫星

通讯卫星的体重通常为几十到几百千克，最大的竟近2000千克。出于“大而全”的思维定势，卫星重量的攀比之势有增无减。但是现在却有人反其道而行之，提出研制1～10千克、只有垒球般大小的“袖珍”卫星。

这一设想的前提是：微电子和微机械技术的长足进步，可以使卫星量轻个小。而每颗只有1.7万美元的廉价，又是它应运而生的另一个原因。“袖珍”卫星传递信息的方式得采用“人海战术”：几百颗卫星运行在400千米高的圆形极地轨道上，组成3条“卫星通讯链路”。其信息传输方式类似于“接力赛”：在同一链路中，信息从一颗卫星传到下一颗卫星直至到达目的地。这样的传输机制保证速度更快，更符合作战要求。

为使“袖珍”卫星微型化，必须在卫星尺寸和可靠性上实现突破，大致有如下措施：太阳能电的设计定在短期通讯目标上；改金属结构为碳纤维，增强热塑料结构；天线采用全向辐射型，省去了姿态控制系统。这些要求在技术上都是不难满足的。但是人们唯一担心的是：近地轨道上的几百颗小卫星是否会增加大型航天器受到撞击的危险，以及日后是否会留下更多的太空垃圾？

能发电的绳系卫星

伟大的科学家富兰克林在雷雨交加时放风筝的故事已世人所皆知。他冒着生命危险为人类揭示了一条真理：雷电与摩擦起电有着共同的本质。如今，航天专家竟将“风筝”放到了300千米高的电离层，这就是1992年8月4日从“阿特兰蒂斯”号航天飞机上发射的绳系卫星——一颗用250米长的“绳”系着的特殊卫星。它的目的在于试验太空发电，它的奥妙就在系绳上。

系绳怎能发电？

原来它不是一根普通的系绳，而是外裹绝缘层、内芯为铜纤维制成的直径为2.5毫米的电缆。当它在轨道上运行时，就与地磁场组成了一台绝妙的发电机。由于系绳的运行速度高达8000米/秒，为任何发电机的转速所不及，因此每1000米的系绳就可产生200伏左右的电压。设计中的系绳长达20千米，可产生3.2千伏电压、3安培电流。遗憾的是由于施放时的故障，它只展开了250米，所以只获得40伏电压。尽管如此，这仍是一项青史留名的实验。

能预报地震的卫星

上海西南方有个历史悠久的佘山天文台。在睛朗的夜晚，佘山上常常有一道道细窄的绿光射向天空，这是天文工作者在进行激光卫星测距。

当卫星、飞船在天上运行时，地面上可以借助光学观测或用雷达来测量它们的位置，但这些方法误差很大，而且操作也比较麻烦。后来，科学家创造了一种高效率的激光测距法，只要向卫星发射一束激光，再用装有高灵敏光电接收器的望远镜记录卫星反射回的激光信号，精确测定激光束从地面到卫星又返回的时间，就能马上用计算机算出卫星的高度与位置。8

由于光的传播速度高达3×10米/秒，所以卫星激光测距法必须用原子钟计时。目前测量卫星直线距离的精度已达到1厘米左右。如果在地球上两个或更多地点经常同时测量一颗卫星，就能确定地壳板块每年1厘米甚至更小的位移。同样，在一些断裂带两旁布置一系列激光卫星测量点，便可以监测地层变化，预报未来的地震。

从卫星反射回地面的激光信号非常微弱，因此专门发射了用于激光测距的卫星。它是个不带电子仪器的实心金属球，表面镶嵌着几百个立体反射镜，能把任何方向发射来的激光朝原路反射回去。

二、航天器

空间飞行器

空间飞行器，分属于人造地球卫星、飞船、空间站及探测器等人造天体。它们根据用途的不同，各以其特定的结构和方式运行在不同的轨道上。

空间飞行器的结构主要分为两部分：一部分是为满足特定用途如通信、导航、气象观测、资源探测、军事侦察等的专用系统；另一部分是共有系统，包括壳体系统、姿控系统、测探系统、温控系统及电源系统。

飞行器不仅结构复杂，且外形多样，如有球形、圆锥形、柱形、多面球形等；有的顶着“锅状”天线，有的伸出一块或几块平板，有的带有几根鞭状的细杆。为什么空间飞行器的形状千奇百怪呢？它们之所以不像飞机、汽车、火车等具有统一的流线外形，是因为它们都是在近乎真空的条件下运动，不必要太考虑运动阻力，而主要是考虑空间发射和运行性能等因素，所以，其形状也就千差万别了。

飞行器的寿命

经过30年的摸索之后，“先锋10号”终于为未来的所有宇航飞行器找到了一条穿越小行星带的安全路径，并且拍摄了木星及其卫星的第一批近距离照片，接着向太阳系的外围进发。1997年“先锋10号”正式宣告退休。但它作为有价值的空间资源，退休之后仍将被用于地面控制中心调度人员的培训及通讯技术的课题开发等。

月球车

在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆，叫月球车。它分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车。

无人驾驶月球车由轮式基盘和仪器舱组成，用太阳能电池和蓄电池联合供电。月球车根据地球上的遥控指令，在高低不平的月面上行驶。遇到紧急情况，月球车上有一套特殊装置能避免颠覆，能自动进行工作。

有人驾驶月球车，由宇航员驾驶在月面上行走，主要用于扩大宇航员的活动范围和减少宇航员的体力消耗，存放和运输由宇航员采集的土壤和岩石标本。它的动力是由蓄电池供应的。

1970年11月，前苏联把世界上第一个无人驾驶的月球车送上月球。1971年9月，美国“阿波罗”15号飞船登上月球，2名宇航员驾驶月球车在月面上行驶了27和35千米。

卫星式飞船

卫星式飞船由密封的回收舱和设备舱组成，返回时，设备舱与回收舱分离，然后在大气层中烧毁。

成功返回，是载人航天必须解决的一个关键技术问题。这中间存在许多失之毫厘差之千里、一步失误全盘皆输的技术因素。

1960年5月～1961年3月，前苏联曾5次进行卫星式飞船的发射、飞行和返回试验，其中两次回收失败，3次回收成功，检验了飞船的结构性能。实验证明，卫星式飞船可以保障载人飞行和返回的安全；同时，通过大量的太空生物试验，证明了人可以经受住航天环境因素的考验。

可见光遥感器

人们眼睛能看见的光波被称为可见光，所以光遥感是普遍应用的遥感方式，它工作在波长为0.4～0.7微米的可见光波谱段。它能把人眼睛可以看见的景物真实地再现出来，它的优点在于直观、清晰、易于判读。常见的可见光遥感器是照相机，目前卫星上的照相机在160千米的太空拍照，其地面分辨率达0.3米，也就是说，可以分辨地面走动的人。但它的不足之处在于，可见光遥感只能白天工作，而且受云雨、雾等气象条件影响很大。

红外遥感

工作在波长0.7～1000微米的红外波段就是红外遥感。它是根据物体表面温度高于-273℃时，都具有辐射红外线的物理特性，来测得物体红外辐射强度、波段和温度的，从而识别伪装并可进行夜间观察。红外遥感常用于寻找地下热源、发现森林火灾、监视农作物病虫害等。红外遥感虽然能在夜间工作，但它却无法穿透厚厚的云层。常用的红外遥感器是光学机械扫描仪。

多光谱遥感

把可见光遥感和红外遥感技术性结合起来就是多光谱遥感。它是根据不同物体对不同波长的光线具有不同反射能力的原理，利用多个相机或多通道传感器对目标摄影或扫描，从而同时获得目标在不同光谱带的图像，然后，选取若干张照片进行组合，可得到一张假彩色照片。假彩色照片是指照片颜色与真实物体不同的照片，例如田里的的小麦本来是绿色，但在假彩色照片里故意将小麦变为红色，目的是使人看得更清楚。人们观看假彩色照片就可以知道地面景物。一般的多光谱遥感器有多谱段相机和多光谱扫描仪。

微波遥感

微波遥感能感测比红外辐射波长更长的微波辐射，工作波长在1～1000毫米的电磁波段。它具有穿云破雾、夜间工作的能力，是一种全天候的遥感手段。微波遥感器有主动式和被动式两种。主动式有合成孔径雷达、雷达测高计和微波风场散射计等，它们主动向地面发射微波并捕获目标的回收，收获得目标图像或参数；被动式有微波辐射计等，它是直接感测目标的微波辐射强度，以获取目标的参数。微波遥感可以观察云层覆盖下的景物，获取的图像具有鲜明的立体感，因此，在地图学研究中广泛应用。

航天遥感器的图像处理

人们从航天遥感器获得大量图像，不过仍不能直接辨识地面或地下景物，这是由于遥感时，遥感器所获的图像信息会受到外界因素的影响，因此需要对图像信息进行加工处理，以达到弃之糟粕，取之精华的目的。外界因素有卫星的运动、仪器的误差、目标的移动、大气吸收和散射、地球曲率等。这些因素的影响，使遥感图像发生几何畸变或辐射畸变。

图像处理首先对遥感图像信息进行校正或修正，再经增强、滤波及修正，才可得到再现景物原来面貌的黑白或彩色照片、假彩色照片、计算机数字磁带等。

只有经过处理后的图像（照片），才能使人们从图像上去辨识地面或地下景物。例如利比亚货船“阿尔洛夫”号排放污油的图像，就是经过图像处理后的彩色或假彩色照片。

阿尔法磁谱仪

阿尔法磁谱仪（Alpha Magnetic Spectrometer，简称AMS）是由永磁体、上下各两层的闪烁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等组成。

阿尔法磁谱仪的主体结构是由铷铁硼材料制成的永磁体，其重量约2千克，是一个高1米、直径1.2米、长0.8米的空心圆柱体，其中的磁场强度为1400高斯，能长期在太空中稳定工作。AMS可根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的轨迹、速度、质量等信息，进而可以推断粒子的正与反。可以说，AMS是当今最先进的粒子物理传感器。

科学家们想要AMS在太空探测什么？有的学者指出，因为星球内部产生核聚变反应时，一定会有碳产生，假如能够探测到一个反碳粒子，就说明有一个产生这个反碳粒子的反星球存在，也等于找到了反物质世界的直接证据。但反碳粒子在宇宙间微乎其微，所以，科学家们更抱有希望的是，AMS实验能探测到比反碳粒子多得多的反氦粒子，这将被视为反物质世界的间接证据。

航天实验表明，阿尔法磁谱仪运行状况良好，经受住了发射升空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境的考验，捕捉到许多宇宙射线带电粒子的踪迹。按照预定的计划，阿尔法磁谱仪将于2001年2月装载到阿尔法国际空间站上，它将作长达3年的反物质空间探测。

太空货车

目前只有一种专门运输货物的航天飞船，那就是苏联/俄罗斯的“进步”型和“进步M”型货运飞船。

在1986年2月到1991年2月期间，苏联/俄罗斯在太空拥有“礼炮7”和“和平”号两座航天站。1986年3月13日，苏联发射了“联盟T15”号载人飞船，航天员是列·基齐姆和弗·索洛维耶夫。

两天后，即这年的3月15日，“联盟T15”号飞船首先与入轨不久的“和平”航天站对接。两名航天员检查了飞船与航天站对接部件的密封情况后，进入“和平”号航天站。他们调试了站上的1000多件仪器设备，卸下了“进步26”号货运飞船送来的物资，为“和平”号航天站开始接待航天员前来工作做好了准备。

50天后，即这年的5月5日，“联盟T15”飞船与“和平”号航天站——“进步26”号货运飞船联合体脱离对接，然后驶向“礼炮7”号航天站，行程3000多千米，于5月6日与“礼炮7”航天站——“宇宙1686”号无人飞船联合体对接。两名航天员进入这个联合体工作，进行了多项科学考察和实验活动，多次出舱行走，组装大型构件。

52天后的6月27日，“联盟T15”飞船脱离“礼炮7”号航天站，并再次与“和平”号航天站对接。两名航天员进站工作到7月16日，然后离开“和平”号航天站返回地面。

人们将在两座航天站之间来回飞行的“联盟T15”号飞船称为“太空第一辆公共汽车”。

太空站

太空站是具备一定实验和空间条件，并可供宇航员生活和工作的长期运行的航天器，又称空间站、轨道站或航天站。

太空站的建立，使载人航天进入实用阶段，对科学研究、国民经济和军事都具有重大价值，在航天事业上起着很重要的作用。

因为太空站具有重要而广泛的应用价值，所以备受世界各国的重视。前苏联在1971年首先发射了世界上第一个太空后，又相继发射了多个太空站。美国于1973年发射了一个“天空实验室”太空站，日本、加拿大和西欧各国也致力于太空站的建立。不久的将来，太空站将成为各国在太空竞争的战场。它在军事上的应用也有广阔的前景。

“空间实验室”空间站

欧洲人一直没有掌握返回卫星的技术，也没有载人飞船。但是，欧洲人很早就看到了空间站的广泛用途和发展前景，在80年代初就研制出了一种小型的空间站，命名为“空间实验室”。但是这种实验室的确也仅仅是个实验室，是个圆柱形舱段，它自己本身没有动力系统，也不能独立自主地在太空活动，只能在航天飞机的货舱里静卧着，其电源、气源和通信系统都要依靠“母体”来抚育，真是不折不扣的一个“腹中胎儿”。

这座实验室由密封舱、平台两部分组成。密封舱有生命保障系统和工作间、调试仪器设备；平台是非密封舱，其中安装着各种试验仪器设备。它的实验项目、设备包括：太阳光谱、合成孔径雷达、X射线天文学、太阳常数、带电粒子射线、生物静力、莱曼。射线和生物、微波等。

1983年11月28日至12月8日，由美国“哥伦比亚”号航天飞机第一次装载进入太空，共进行了73个基本项目的数百次实验。以后又由“挑战者”号航天飞机三次带人太空，进行了特种材料加工、晶体生长、流体力学、生命科学、大气物理和天文方面的许多实验。

“和平”号航天站

1986年2月20日，当“礼炮7”号还在轨道上正常运行时，苏联发射了它的第三代航天站——“和平”号航天站的主体，重21吨，长13.13米，最大直径4.2米，带有6个对接口。以后陆续对接了“量子1”、“量子2”、“结晶”、“光谱”和“自然”号等5个专业舱。使“和平”号天天站的质量，在对接一艘载人飞船、一艘货运飞船时，达到137吨，全长32.9米，体积达400立方米，成为最大的轨道航天器，形体非常壮观。“和平”号航天站的设计寿命为5年，它实际上运行15年多。共有35艘“联盟T”和“联盟TM”型载人飞船，62艘“进步”和“进步M”型货运飞船，9架次美国航天飞机与它对接，134人次进站工作，共完成23次考察，近17000次科学实验，传回的无线电信息达100多万张计算机软盘，从“和平”号共运回4.7吨试验物体；在“和平”号上的0.09平方米的温室里，共培植出100多种植物；从“和平”号上共发现地球上的10个稀有金属矿区、117个油脉；从“和平”号上探测到宇宙中的超新星爆发，并窥视到它的内核。

“和平”号空间站将超期服役

前苏联/俄罗斯原计划耗资10亿美元研制“和平2”号空间站，于1997年取代“和平”号。但在“和平”号空间站运行资金不充足和站上设备日趋老化的情况下，俄罗斯无力再研制和运行新一代空间站。1993年9月2日，美国/俄罗斯正式签署航天合作协议，双方同意将原“自由”号空间站与“和平”号空间站合并，联合建造包括欧洲航天局、日本和加拿大的航天部件在内的“阿尔法”国际空间站。

按照美国/俄罗斯1993年达成的协议，俄罗斯将于1997年11月国际空间站开始建造时关闭“和平”号空间站，让其在空间自主飞行1年后离开轨道，再人大气层烧毁。但俄罗斯经过研究得出结论：“和平”号空间站的可使用期将远远超过预期的1998年左右。特别是新近发射的“光谱”号舱和“自然”号舱，设计寿命均在3年以上，如果它们同其他几个舱体一起被废弃，那将是极大浪费。俄罗斯不愿意在还未到寿命之前就放弃“和平”号，却又没有同时建造新站和维护旧站的资金和发射能力，便于1995年12月向美国提出以“和平”号空间站为基础建造“阿尔法”国际空间站的建议，如果行不通，则要求把“光谱”号舱和“自然”号舱挪到未来的国际空间站上，代替俄罗斯原定要提供的3个研究舱。

这两个方案均遭到美国航宇局的拒绝，理由是这将对国际空间站的设计和初期组装安排、甚至整个国际空间站的性能造成严重影响。为使俄罗斯继续参加国际空间站的合作，美国方面也做出了适当让步，提出在不影响美国、欧洲、日本和加拿大组件的设计与组装工作的前提下，俄罗斯在初期组装阶段的发射次数可大大减少，并承诺于1998年用“发现”号航天飞机两次向“和平”号空间站运送货物，以帮助“和平”号延长寿命。在别无选择的情况下，俄罗斯航天局表示，尽管经费紧张，俄罗斯仍决定在参加国际空间站的同时，继续维持“和平”号空间站到2000年前后。

“礼炮”号空间站

20世纪60年代，前苏联曾在载人登月问题上与美国展开了一场激烈竞争。由于种种原因，前苏联载人登月的活动未能成功而败北，继而采取了一条由飞船到空间站，集中力量优先发展空间站的政策，经过几年努力，终于取得预期成果，于1971年4月19日发射了世界上第一座空间站“礼炮1”号，到1982年4月19日的整整10年间先后发射了8座“礼炮”号，除一座因故人轨后解体未能工作外，7座正常运行。到1986年8月“礼炮7”号在太空轨道上中止载人飞行为止，15年间共接待宇航员42批94人次驻站工作。这期间空间站上基本上没有中断过载人飞行，共计飞行1700多天/人，最长的一次是一批人连续飞行237天，并与“联盟”号载人飞船和“进步”号无人货船多次对接构成配套系统，取得丰硕的科研成果和长期载人航天飞行经验，开创了航天史的空间站技术的先河，对人类航天事业做出了突出贡献。“礼炮”号轨道空间站的研制和发射，在前苏联空间技术的发展计划中，是一个重要的阶段。截至1979年初为止，前苏联先后发射了6艘“礼炮”号轨道空间站。据分析，“礼炮”号可分为两种型号：“礼炮”1、4和6号是科研型，“礼炮”2、3和5号是军用型。“礼炮”号轨道空间站重约19吨，长16米左右，最大直径4米多，由工作舱、过渡舱和服务舱3部分组成。

科研型和军用型两类空间站在设计上的主要区别是，对接舱口的布局不同。军用型的对接舱口在站体的后部，科研型的则在站体的前部。而“礼炮6”号在站体前部有两个对接舱口，可同时连接一个“联盟”号飞船与一个“进步”号载货飞船。太阳能电池帆板的位置也不相同。军用型太阳能电池帆板的位置比科研型的靠后。总体结构也不同。军用型和科研型的外形结构虽然基本相同，但内部设备布局却不同。军用型内装有1台大型侦察照相机，并至少有1个回收舱以便将所拍的胶卷按时送回地面。“礼炮3”号和5号空间站均曾将有胶卷的回收舱送回地面。这种回收舱一般是在宇航员离开空间站之后方与站体分离。军用型的“礼炮”号空间站之所以将太阳能电池帆板往后配置，并将对接舱口设在站体后部，可能都是为了使回收舱和站体基本结构连成一体。“礼炮3”号和5号两种军用型号的主要目的是进行照相侦察，其次是进行高能技术在武器上可能性的研究应用。

“哥伦布”空间站

欧洲人并不满足于已试制出来的“空间实验室”，决心要拥有自己的真正空间站。1985年1月欧洲空间局在意大利首都罗马举行成员国部长级会议，讨论并决定了2000年前欧洲要研制出三种航天系统，即“竞技神”号小型航天飞机、“阿丽亚娜-5”型运载火箭和“哥伦布”（Columbus）空间站。

这个“哥伦布”空间站的方案是前西德和意大利首先提出来的，它的命名含义是为了纪念哥伦布发现新大陆500周年（1992年）。这个空间站的总体设计方案是：

增压舱这是空间站的主体部分，有4个房间，至少能供8个宇航员居住，总长12米、高13米、直径4米多、自重18.2吨。这是宇航员的实验室、工作间和休息室，它是由“空间实验室”发展而来的，尽量使用原有的硬件和技术经验。增压舱有两种选择，一种是美国空间站永久性对接，有4个舱段，从事各种科学实验。计划1994年由美国航天飞机发射，与美国空间站对接。另一种就是在空间自由飞行的增压舱，由“阿丽亚娜-5”型火箭发射，平时不载人，必要时可派人上去短期照料一下，自动进行材料加工和科学实验。

微型同轨站　长11米，将在主舱旁边飞行，内装自动生产产品的设备。

极轨平台　这是运行在极地轨道上的不载人实验平台，主要用于执行对地观测任务。

尤里卡平台（即“自由飞行器”，MTFF）作为太空科研实验平台，可在飞行状态下连续工作6～9个月，然后由航天飞机回收运回地面，也可挂载在“自由”号空间站上。

服务舱　这是为空间站提供动力、温控、通信和其他服务系统，可为增压住室舱服务，也可为极地平台服务。“哥伦布”航天器计划全部建成将于1998年发射。

国际“自由”号空间站

1984年，当时的美国总统里根满怀信心地宣布，美国要在10年内，在太空建造一座永久性的大型空间站。这个计划号称20世纪最后的，也是最宏伟的航天工程。计划提出伊始，即引起了全世界航天界以至整个科学技术界的瞩目，带动了欧洲和日本等国的载人航天热。

美国打算通过永久性空间站的建造，继60年代载人登月竞赛的胜利和70年代航天飞机研制的成功，再一次向全世界显示自己强大的科技、经济实力，继续保持其航天技术的领先地位。

这个后来取名为“自由”号的空间站，就研制发射时间来说，并不是世界上最早的，但从规模上来说却是最大的。它比美国1973年“天空实验室”、前苏联70～80年代的“礼炮”号和现俄罗斯的“和平”号空间站，都大得多，因此功能也比较强。特SU是它将“长留太空，永远不落”，并可与轨道上的空间平台、轨道机动飞行器以及轨道转移飞行器协同工作，互相配合，发展成多功能的综合性空间基地。

里根总统于1984年1月在“国情咨文”中要求航宇局以80亿美元研制一个永久空间站，力争在哥伦布发现新大陆500周年的1992年问世，并邀请欧空局、加拿大以及日本参加共同研制和利用国际自由空间站。里根总统把建立第一个永久载人空间站看作是促进美国科学研究、通信、金属制造以及生产地球上不能生产的拯救人类生命药物等的动力。里根总统提出的这一新的空间计划是美国仅次于“阿波罗”登月计划的90年代最大载人空间飞行计划。美宇航局局长亲自出马，频繁地与国际伙伴——欧空局、日本和加拿大进行4年马拉松式的谈判和争论，时而达成双边谅解备忘录，时丽提出新的要求和意见。美国同欧空局的争执此起彼伏，并因美国国防部在1986年底提出的军用空间站计划，引起伙伴之间极大不满。最后，美国国务脘出面协商，使国防部做出让步，在空间站投入实用两年内不作军用，但坚持进行有限的军用试验，并保留使用空间站的权利。1987年10月，欧空局11个成员国政府代表、加拿大政府部长以及日本科技厅长官代表各自政府，同美国政府代表在华盛顿正式签署一项多国合作研制和利用美国自由空间站协议。此项计划研制费从80亿美元增加到145亿美元，美国承担85亿，制造主站、起居舱、工作舱、实验舱以及一个极平台；欧空局以35亿美元研制哥伦布轨道站、有人照顾的自由飞行器和欧洲极轨道平台（既能与自由空间站对接，也可自主飞行，美国也能利用），欧空局将分担运输费。据美航宇局估计，从1995年中期分批运到轨道上组装，从1996年开始不定期住人飞行，到2000年才永久住人，研制费用共需300亿美元，每年载人费用约20亿美元，到2027年实用费450亿美元，加上研制费和组装费总数达840亿美元。国际自由空间站费用确实惊人。

由于费用不断增加，美国国会要求航宇局重新进行设计，从1988年开始研制，采用“双龙骨”构架，从原版154米缩小到91米，从原重230吨改为135吨。这样一来，和前苏联1986年2月人轨的“和平”号站差不多。主站体中心有9个加压舱，呈四方形，加压舱中间有通道相连，每个加压舱3.65米，直径2米，全部舱由铝制成。美国实验舱与居住舱原长13.6米，现剃、到8.9米，直径4.6米不变，另外两个舱是欧空局“哥伦布”号轨道站和日本实验舱。美国还有两个小后勤舱，长7.3米，一个舱与空间站对接，加一个备用。“自曲”号空间站原计划有8名宇航员工作，现改为4名，其中2名留给欧空局和日本（欧洲和日本开始建立宇航员培训中心），加拿大可能有1名宇航员轮换，每90天换新宇航员。空间站结构上有5个平台，装备直接暴露于空间的仪器，加拿大提供的移动服务中心，即新的操作臂，由宇航员遥控使用。

居住舱内是氧（20%）和氮（80%）的混合气体；气压接近海平2面压力（1千克/米）。航天飞机定期运输氧气、饮用水和食物。洗漱水、粪便和尿经一个闭合回路再循环处理。“自由”号空间站原设计有8个太阳电池翼，现改为6个，用户可自由使用30千瓦，空间站总功率低于75千瓦，还有50千瓦氢镍蓄电池，处于地球阴影时备用。

新的设计取消至少10项站外科学实验，限制宇航员站外活动次数；数据传输速率从300兆比特/秒减少到50兆比特/秒。根据原计划，航天飞机需运输28次，现改为19次运完。把组成“自由”号空间站的9个加压舱、太阳电池翼板运到410千米轨道上，由先进而灵括的空间机器人组装，宇航员指挥操作。空间站于1996年借助自己的推力器推到460千米、28.5度倾角圆轨道运行。国际“自由”号空间站的设计寿命是30年。它的空间环境是微重力环境，有利于空间科学研究和生命科学研究、加工材料、生产地球难以获得的高纯度材料以及药物制品。“自由”号空间站不仅是一个对准地球的大型空间平台，而且也将成为飞向月球和火星的载人空间基地。

美航宇局哥达德空间飞行中心提供空间站使用的飞行遥控自动化服务车，负责安装、维修工作和服务于各对接的舱内工作，同时利用加拿大造的移动服务中心，还与往返天地间的航天飞机运输任务结合。日本实验舱将采用人工智能系统判断和排除故障，日本认为人工智能对有效地利用“自由”号空间站是不可缺少的。欧空局“哥伦布”站与空间站对接后，也准备使用机器人，还有欧洲极平台和有人照顾的自由飞行器与之对接，也可自主飞行。1990年7月，欧空局委员会决定研制欧洲第一个极平台，选定法国马特拉公司设计1.7吨重平台，于1997年用“阿里亚娜-4”或“阿里亚娜-5”发射，与欧洲“哥伦布”站对接。实际上，平台就是遥感平台，置放各种遥感器，观测海洋、监视冰情、大气污染、气候变迁，以及勘测地球资源，功率为2500瓦。平台有一个服务舱，可作为军用侦察平台。

美航宇局从1988年起为国际“自由”号空间站研究应急逃逸宇宙飞船，又称为“乘员应急返回飞行器”，估计耗资20亿美元。在空间站时代，要力求安全第一，以免发生不测的空难。

国际航天站

1981年航天飞机试飞成功后，美国航宇局便在酝酿宏伟的航天站计划，提出了“大型载人航天操作中心”、“大型轨道结构”等许多构想，1983年还成立了一个60人的特别工作委员会，研究航天站的用途。

1984年1月25日，美国总统里根批准建造永久性航天站的计划，要求在10年内建成，取名“自由”号。

大概是因费用庞大，美国邀请日本、加拿大和西欧盟国参加，但盟国却心存疑惑。计划难以进展，迫不得已，里根总统于1987年4月宣布缩小规模，推迟到1994年建成。1988年1月与盟国达成协议，改为“单龙骨”结构，1996年建成。但实际进度到时只能完成第一阶段的工程。而且核算表明，到完成2/3工程时，维护工作量就已超过所能负担的极限。不得已再次缩小规模，推迟到1997年建成。

苏联解体、“冷战”结束，由于失去“冷战”的动力，众议院拨款小组的政治家们更在1991年5月拒绝拨款，建议取消计划。这引起盟国的担心和不满。同年6月，经激烈辩论，众议院决定在92财年拨款19亿美元。这简直是杯水车薪，因为这时估算，完成整个计划需要近1200亿美元。1992年10月，布什总统批准拨款21亿，并强调建造航天站是实现航宇目标“一个不可少的步骤”。

1993年3月，克林顿总统要求重新设计方案，并确定其性质是“单纯的太空科学实验室”。

由于俄罗斯无钱建造新的航天站，美国则想借助俄罗斯的载人航天技术，两个前“冷战”对手于1993年9月签订协议，在各自现有航天站基础上，建立包括欧洲航天局、日本和加拿大部件的“阿尔法国际航天站”，后定名为“国际航天站”。

太空发电站

多少年来，科学家们一直在设法寻找一种既清洁又取之不尽的能源。他们认为，最好的办法是向太空要电能，建立一个沿着地球轨道运行的太空电站，通过光电板吸收太阳辐射，然后以微波形式把这些吸收的能量发往地球。

如今，一个命名为SPS2000的太阳能卫星计划的实施，将使这一设想变成现实。这颗卫星呈等边三棱柱状，边长336米，高303米，重240吨，三棱柱的两面覆盖着由硅构成的太阳能板，另一面安装着向地球输送微波的天线。

这所电站，实际上是一颗能产生1万千瓦电能的巨型卫星。

太空望远镜

最早的太空望远镜是“哈勃”太空望远镜，它于1990年4月20日，由航天飞机载上太空，开始了为期15年的探索宇宙秘密的使命。这架太空望远镜价值15亿美元。

由于太空望远镜运行在数百千米的地球轨道上，地球大气对天文观测的一切干扰都摆脱了，所以，它的威力将远远超过地面上所有光学望远镜。当然，这个太空望远镜高超的图像分辨能力，超距离的观察范围，处理资料的惊人速度是任何望远镜也无法代替的。美国帕洛玛山天文台上的海尔望远镜，口径达5米，能够观测到20亿光年之远的天体。太空望远镜的口径虽然只有2.4米，却能观测到140亿光年之遥的天体，而且其分辨能力比在地面观测要高10倍。海尔望远镜只观测到23等星，而太空望远镜却能观测到29等星的暗弱天体。23等星相当于在500千米高的夜空中观察地球上点燃的一支蜡烛。

假如说，17世纪伽利略望远镜的问世是天文学发展史上的第一个里程碑，那么，太空望远镜的诞生就是天文学发展史上的第二个里程碑。

由太空望远镜所摄取的光和其他辐射都是几百万年甚至几十亿年以前从遥远的星系到达近地空间的，所以，太空望远镜观察到的宇宙，等于把人类带到若干世纪以前的时代。千万不要忘记，它所获得的一切信息，都是几百万年甚至几十亿年以前星系活动的真实记录。

航天服

从功能上讲，宇航服其实就是个小太空舱，外壳具有伸缩性，里里外外总共有10～20层，重达50多千克，且每层之间还要用防热的玻璃纤维布衬着。因为太空里有很多岩石，如果衣服太薄，就很容易被割破。只有厚衣服才能抵御宇宙线辐射和高温，以免身体被灼伤。

由于要让宇航员穿着航天服能进食和大小便，手腕和双膝等关节部位能弯曲伸缩等等，因此航天服内的各种管线纵横交错。这些管子有的负责送空气，有的负责送水。衣服上还有加压设备，让宇航员感到一点儿重量，免得身体血液在没有压力的情况下沸腾起来。此外，航天服上还有一个圆形透明的头盔，可以挡住红外线。

在航天服的背上还有一个大背包，它在各个方向上安装有喷嘴，利用它向不同方向喷气所产生的反作用力，可以使宇航员前后左右上下自由运动。

三、航天飞机

航天飞机

航天飞机与普通飞机不同，它是往返于地球表面和近地轨道（距地面185～1100千米的椭圆形轨道）之间的、可以重复使用的大型运输工具。由于它是靠火箭发射的，所以航天飞机可以冲出大气层，“饱览”空中的美景。

航天飞机对人类有着十分广泛的用途，它可以携带卫星，并可将卫星放置在天空中的任意位置；它还可以在天空中及时修理出了毛病的卫星；能很方便地回收各种各样的卫星；作为交通工具，它可以向真正的人造“天堂”——航天空间站，运送宇航人员、物品，运送建造航天站、太空太阳能电站等大型空间建筑的材料；航天飞机甚至可以作为空中的公共汽车，往返于地球与太空之间；在军事上，它可以对地面、空中的目标进行跟踪、侦察、拍照等等。

航天飞机的特点

航天飞机靠火箭发动机提供动力，既可以在稠密的大气层中穿行，又能在星际空间中自由翱翔，它是集卫星、飞机、宇宙飞船于一体的飞行器。因此跟别的飞行器相比，它有自己的特色。

航天飞机是世界上惟一可以部分重复使用的航天飞行器，可以实现规定点着陆和无损返回。

它把物体送入太空的费用只是其他太空飞行器的10%。航天飞机的货舱，一般长18米，直径约4.6米，可容纳30吨左右的货物。这样大的容积比起运载火箭整流罩内的小小空间就宽敞多了。由于它的货舱大，使用面广，所以完成的工作量大，一次可以装载一颗大型人造天体或一批小型人造天体，并且可以利用机械手在轨道上布置任何类型的人造天体。

由于航天飞机起飞容易，回归迅速，能够像普通飞机那样进行定时维修和保养，因此大大提高了使用次数。

航天飞机与载人飞船的区别

航天飞机与载人飞船都是人们早有所闻的航天器。航天飞机在外形上很像普通飞机，不过它是靠运载火箭发射和升空的。它功能多、用途广，既可载人运物，又可在太空发射卫星。它能在机场上降落，并可重复使用。载人飞船在技术上较为简单，主要用于各种载人航天技术试验，进行空间站人员救生和各种科学研究等。载人飞船虽也是靠运载火箭送入轨道的，但不能重复使用。现在，航天器在造福于人类的同时，又将战争从陆地、海洋、天空扩展到外层空间。

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