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作者：宋涛

出版社：辽海出版社

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科学探索百科试读：

前言

该书根据青少年的成长和发展特点，结合当前最新的知识理论，向青少年既全面又具重点的介绍国际博览、政治政党、军事天地、经济发展、法律浅析、历史大观、人物追踪、社会生活、文化习俗、哲学理论、文学广场、艺术天地、体坛巡礼、课外娱乐、科技漫游、身边科学、天体目击、气象纵横、地质探秘、地理科学、中国地理、世界地理、名胜典故、海洋探索、生物密码、动物世界、植物王国、不解之谜、名物知识、奇闻趣事等多方面、多领域、多科学、大角度、大范围、大场面的基础知识。该书是丰富青少年阅历的难得教材，是青少年生活、工作必备的大型工具书。《青少年百科》内容极为丰富。全书划分20大卷，中内容专业性强，同时又易于理解和掌握运用。每个知识点阐述的方法本着从原理、历史到现在，尤其从现实的实际作用上论述、讲解透彻。该书内容从古到今，从自然科学到社会科学，从人类起源到社会发展，包罗万象，非常适合青少年阅读需求。本书时代感强，内容新颖、资料翔实，文字通俗易懂，简洁明了，适应青少年阅读水平。

该书编撰得到了各部门专家、学者的高度重视。从该书的框架结构到内容选择，从知识主题的阐述到分门别类的归集，从编写中的问题争议到书稿最后的审议，专家、学者都提供了宝贵的修改意见，使本书具有很高的权威性、知识性和普及性。

由于成书时间有限，疏漏之处望专家、读者指正。编者

第一章 航空航天

从1783年人类乘热气球第一次升空，到1957年苏联成功发射第一颗人造地球卫星，再到1986年美国的“先驱者”10号探测器飞出太阳系，人类向天空进军迈出了可喜的三步。

航空就是在空气里航行。

航天则是在电离层以外的空间进行。而航天的范围，大体是划到太阳系为止。太阳系以太阳为中心，有九大行星围绕它旋转。从里到外，分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。现在，人类发射的航天器已经向里探测了水星、登陆了金星，向外登陆了火星、飞过了木星以外的所有行星。可以说，太阳系内尤其近地间的飞行，是人类航天活动的基本内容。最远的冥王星与太阳的平均距离为6×1012米。“先驱者”10号探测器于1972年3月2日发射，约于1986年10月穿过冥王星的平均轨道，这段航程足足用了约14年零200天的时间。看来，人类航天的征程还十分漫长。

飞出太阳系，就走进了恒星际空间。宇宙间有无数个恒星。其中，离太阳最近的恒星是比邻星，它与地球的距离远达4.22光年，也就是说，即使乘上以光速行驶的宇宙飞船，也要飞4.22年。所以人类向宇宙进军的任务仍然十分艰巨。

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。

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“先锋10号”是在1972年3月2日发射升空去执行水星探索计划的。2002年3月2日，科学家向这艘早已光荣完成使命、超期服役的飞行器发去一组特殊的信号，以示祝贺。经过22小时，穿越了长达120亿公里的星际空间之后，“先锋10号”的回应信号到达了地球。它那甚至不如一只家用灯泡能量大小的信号，听上去却是那么悦耳、清晰。然而，如果没有地面人员的远程精细操控，“先锋10号”的最新讯息就完全有可能失落于茫茫太空。

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。“天空实验室”

1973年5月15日美国用两级的“土星5”号火箭发射了试验性航天站的主体，由轨道工场、多用途对接舱、气闸舱、仪器舱和“阿波罗”望远镜等组成。

由于轨道工场在发射过程中出现故障，于是便用“阿波罗”计划中研制的“土星1B”火箭，于1973年5月25日发射“阿波罗”飞船的指挥舱和服务舱，将C·康拉德、J·克尔温和P·韦茨三名航天员送上“土星工场”进行抢修。他们在太空生活28天，拍摄各类照片近4万张，记录资料磁带1.4万米。

7月28日，第二批3名航天员进入“土星工场”，他们拍摄太阳照片77000多张、地球照片14000多张，记录资料磁带42000米，在太空生活59天。

11月16日，第三批3名航天员进入“土星工场”，他们的重点任务是对地面进行战略侦察，拍摄地面照片20000张，记录资料磁带45000米，也对太阳和康浩特彗星进行了观测，拍摄照片75000张，在太空生活84天。

由“土星工场”和“阿波罗”飞船指挥舱、服务舱组成的“天空实验室”，全长36米，重约91吨，工作容积327立方米。“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。

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。

空天飞机

目前，航天飞机是人类探索太空的主要工具，不过，科学家已经在研制比它还优越的空天飞机了。

与航天飞机一样，空天飞机是可以在地面与太空之间来回飞行的运输工具，所不同的是，航天飞机需要火箭推进飞入太空，而空天飞机是由普通飞机用的涡轮喷气发动机驱动，只不过用的是液氢燃料。空天飞机能以每小时1.6～3万千米的速度在大气层内飞行，而且可以直接加速进入环绕地球运行的轨道，返回大气层后，又可像飞机一样在机场上着陆。

空天飞机在飞行时，由于和地球大气层产生剧烈摩擦，它的头部和机翼前缘的表面温度可达2760摄氏度，因此，空天飞机对材料的应用要求比航天飞机还要高。与航天飞机相比，空天飞机不需要规模庞大、设备复杂、造价昂贵的发射场，并且空天飞机完成一次飞行后，经过一星期的维护就能再次起飞，这样，就大大降低了成本。

航天母舰

我们大家都知道，发射卫星、飞船和航天发射场的位置应设立在尽量靠近赤道的低纬度地区，因为只有在纬度为零情况下，航天器才能达到最大的速度优势：火箭速度加上地球自转速度。像俄罗斯的拜科努尔发射场、美国的卡纳维拉航天中心、法国的库鲁以及日本的内之浦宇宙发射场、中国的西昌卫星发射中心等，都是基本符合这一条件的优良的航天发射基地。

不过，不管哪一个发射基地，都有不足之处，因为它限制了航天器轨道平面的倾角方案和用于其他目的的发射能力，有时还受到气象条件的干扰。于是，有人就想，如果建造一艘大吨位，能从赤道附近的国际海域发射航天器的“航天母舰”的话，不仅纬度的优势将更明显，而且以上几点不足也将消失。此外，从海上发射有助于选择任何一个合适的地点、时间发射，发动装置和其他一些珍贵的零部件也可能得到再次利用。这一设想也许很快就能变成现实。

原子能航天母机

谁都知道航空母舰是海上的霸王，它可以装载几十架作战飞机，并且可以在它巨大的甲板上起飞和降落。但海上霸王固然威风，但也有不足之处，那就是它只能使飞机飞上天空，而不能使飞机飞向太空。

那么，有没有这样一种运载工具，既能把飞机送入太空，又能让飞机安全返回？那就是科学家们梦想中的“航天母舰”——未来的航天母机。

未来的航天母机不是漂浮在海上，而是航行在天上，是天上的霸王。

原子的体积极小，一亿个原子排列成一条线，还没有一个成人的小手指甲那么大。原子虽然个头小，它的能量却大得惊人。1公斤的铀全部裂变可产生182亿千卡的热量，相当于2600吨标准煤全部燃烧所放出的能量。

如果用原子能作动力，制成原子能航空发动机，那么，只要装上0.5公斤的原子燃料，就可以连续飞行十几万千米。

以原子能为动力的航天母机是个庞然大物，它长为300米，宽45米，总重量为2100吨，由4台原子能涡轮喷气发动机推动飞行，绕地球飞行一周约需6个小时。

宇宙飞船型航天母机

向太空发射宇宙飞船已经不是什么非常难的事，人类目前可以将几百吨重的宇宙飞船送上太空，随着科学的发展，人类一定会将更大的飞船送上太空。

飞艇型航天母机

飞艇对我们来说都挺熟悉，从1852年世界上第一艘飞艇升空开始，这种靠充入轻于空气的气体升空并依动力推进的飞行器，曾有过一段辉煌的历史。直到1937年，著名的“兴登堡”号飞艇在载客飞行中发生爆炸，飞艇在34秒内化为灰烬，33人葬身大海，从此这种飞行器才在空中销声匿迹。

然而，“兴登堡”号惨案并没有使人类放弃对飞艇的研制，科学家们正在设计一种未来的飞艇。

未来的飞艇是一个巨型的飞艇，它长2.4千米，能载客3400人。飞艇的机壁由最先进的3米厚蜂窝状复合材料制成，艇内充入氦气，非常安全。这个巨大的飞艇由160部发动机推进，速度每小时可达160千米。

在飞艇的顶部还设有可供直升飞机和短距离起降飞机使用的跑道，在底部有一个巨大的屏幕，可向地面播放新闻、娱乐等节目。由于飞艇太大了，无法在地面停降，它只能长期处于飞行状态，因而它作为母艇还有6艘小飞艇，这些小飞艇可以与母艇连接或分离，作为与地面联系的交通工具。

飞翼型航天母机

飞翼是指一种无机身、无尾翼，仅有机翼的一种飞行器，它具有结构简单、飞行阻力小、载重量大等特点。科学家们想用很多个这样的飞翼，在空中对接成航天母机。

航天母机一般不着陆，一直绕地球做巡回飞行。从地面上起飞的地区性飞机可直接飞进航天母机，进入航天母机后，乘客可在航天母机内的豪华餐厅或游艺宫里度过愉快的空中旅行生活，也可以换乘航天飞机到宇宙中去旅行。当乘客要返回地面时，可再转乘地区性飞机飞回地面。由此可见，航天母机又成了名副其实的空中机场。

航天母机除了可以运输旅客、起落航天飞机外，还可以当作宇宙开发基地。从这个基地，可以起飞和降落宇宙公共航班飞机或宇宙游览飞船，飞往新建设起来的宇宙城市。从这个基地还可以向太阳系发射火箭，探测更遥远的宇宙空间。

航天母机一旦研制成功，将会大大丰富人们的生活，到时人们在宇宙去游玩就像到大街上去一样方便。

用航天飞机发射卫星

航天飞机的出现，为卫星发射新辟了路径。因为它运行在近地185～1100千米的轨道上，那里几乎没有重力，因而施放卫星只需要比地面上小得多的推力就行了。加上航天飞机有高达30吨的运载能力，完全可以把各种大小的卫星先装入机舱，再带到太空中去发射。这就好比把地面的卫星发射场，搬到了太空中的航天飞机上。卫星从航天飞机弹射出来后，再让卫星上的发动机点火工作，将卫星送入预定的位置。

同样的道理，航天飞机也可以在低地球轨道捕捉和修理失效的卫星。太空中那些昂贵的卫星，有时也会突然损坏，或未能进入预定轨道，或“服役”期未满而停止工作。那些因某个零部件损坏而“短命”的卫星，如让其在太空中“流浪”，真是极大的浪费。此时，航天飞机利用机动飞行，去接近卫星，实行“上门服务”，就地“诊断修理”。有些卫星实在无法修理，就带回地面“住院治疗”。这些“绝活”，绝非是运载火箭所能干得了的。

四、发射装置

最早的发射装置

中国早在古代就发明了火药。到了宋代初期，就有人发明了世界上第一枚火箭———用火药做燃料的火箭。到13世纪，我国的火药及火箭技术传到阿拉伯国家，后来又传入欧洲。我们的祖先还曾试图利用火药的推力造登空飞船，可惜没有成功。历史表明，最早把火箭用于航天的是中国，中国是名副其实的火箭的故乡。尽管中国早期的火箭是原始的，但它的基本原理———反作用推进原理的生命力是旺盛的，现代火箭并没离开这一原理。可以说，火箭也是中国的一大发明。

火箭

1883年，宇宙航行理论奠基人、俄国科学家齐奥尔科夫斯基指出，能在太空真空中工作的火箭，可以做为宇宙航行的动力工具。

到1903年，齐奥尔科夫斯基进一步提出火箭公式，指出火箭的飞行速度与火箭发动机的喷气速度成正比，并指出，黑色火药一类的固体火箭燃料，产能效率低，无法使火箭达到宇宙速度，应该使用液氢液氧这样的液体燃料。同时，火箭公式还表明，火箭的自身结构质量越小越好，燃料装得越多越好。这样，火箭公式就为发展现代火箭指明了方向。它被称为“齐奥尔科夫斯基公式”。

在火箭公式的基础上，齐奥尔科夫斯基还运用他巧妙的思维指出，用多级火箭接替工作的办法，可使火箭逐级提高速度，最后达到所需的宇宙速度。

火箭公式是把宇宙航行从理论、理想变为现实的转折点，后来人们将火箭公式誉为“宇宙航行第一公式”。

1957年10月4日和1961年4月12日，苏联航天事业总设计师科·罗廖夫研制的火箭，分别将人类的第一颗人造地球卫星和第一名航天员送入太空轨道，建造了载人航天的巨大里程碑。

多级火箭

空间运载火箭的任务是将空中飞行器发射到空中某一区域，这就需要火箭发射的速度很快。而在空中飞行的人造卫星，只有达到每秒7.9公里才不会掉向地面，飞到月球或其他星球上的人造卫星速度要达到每秒11.2公里左右。火箭是靠往后喷发出的气体产生的反作用前进的，气体喷出的越快，火箭向前的速度越快，这需要携带大量燃料，如果再加上地球的引力和空气的阻力，单级火箭是完不成这个任务的。为了满足空间飞行器速度只有用多级火箭。多级火箭是由若干个单级火箭组成，每个单级火箭组成一级，每级火箭有自己单独的火箭发动机和推进剂，并且每一级火箭都在前一级火箭已经达到的速度基础上开始工作。每级火箭的燃料用尽之后会自动掉下来，最后一级火箭所达到的速度，完全可以把空中飞行器送到空中，我国的火箭发射技术已达到世界先进水平。

一箭三星“一箭三星”就是用一枚运载火箭发射三颗卫星。1981年9月20日，我国成功地发射了一组空间物理探测卫星，这是我国首次用一枚运载火箭发射3颗卫星——“实践”2号、“实践”2号甲、“实践”2号乙。卫星准确入轨，各系统工作正常，并不断地向地面发送各种科学探测和试验数据。

我国在一九七七年提出“一箭三星”的想法。一箭多星发射技术非常复杂，它必须具备两个重要条件，一是具有大推力的运载火箭，二是掌握稳定可靠的星箭分离技术。我国很快就掌握了这两个重要条件。

1981年9月20日，酒泉卫星发射场区天气晴朗，清晨5时28分40秒，随着指挥员一声令下，携带着“实践”2号、“实践”2号甲和“实践”2号乙3颗卫星的运载火箭，从发射台上腾空而起。这时，地处祖国西北的发射场还在黎明前的夜空笼罩下，从几千米外的了望哨所，只能看到一束长长的明亮的火焰，在夜空中缓缓升起。7秒种后，火箭开始朝东南方向拐弯，3分钟后，火箭从人们的视野中消失。

起飞后7分20秒，“实践”2号甲、“实践”2号乙与运载火箭分离，3秒后，“实践”2号也和运载火箭分离，3颗卫星都安全地进入预定的地球轨道遨游。“一箭三星”的成功发射，使我国的卫星研制技术又上了一个台阶。

五、太空探索

第一个航天英雄万户

中国是火药的发明国。14世纪末，我国一个叫万户的人，根据火药燃烧后能产生巨大推力的原理，提出了运用火箭把人送上天的设想，并且勇敢地亲自做试验。他把47支火箭捆绑在椅子腿上，自己坐在椅子上，手拿两个大风筝，让人把火箭点燃，试图借助火箭产生的推力和风筝的升力飞上天去。只听得一声巨响，万户和椅子都被炸得粉碎。万户的梦想虽未实现，但他试图飞上天的勇敢探索精神深深地感动了后人。为了纪念这位航天先驱，前苏联宇航科学院把月球背面的一座环形山命名为“万户山。”“神舟五号”载人飞船发射成功

2003年10月15日9时整，“神舟五号”载人飞船发射成功，将中国第一名航天员杨利伟送上太空。

飞船经过绕地球14圈以后，于16日6点23分在内蒙古阿木古郎草原安全着陆，航天员自主走出返回舱，状态良好。

这次航天飞行任务的顺利完成，标志着我国突破和掌握了载人航天的基本技术，完成和实现了中国载人航天工程第一步的计划和目标，使中国成为世界上第三个，也是发展中国家第一个能够独立开展载人活动的国家！“嫦娥”探月计划

2003年，中国启动名为“嫦娥”工程的探月计划。“嫦娥”工程将分为“绕”“落”“回”三个阶段实施。“绕”即发射月球探测卫星；“落”是将月球探测器发射致月球表面；“回”即返回，是月球探测器发射至月球表面软着陆，采集月球样品再返回地球。

实现“嫦娥”工程三个阶段的目标估计需要十多年时间，2006年即可实现第一阶段目标。或许用不了太长时间，嫦娥就会见到故乡人了。“水星”计划“水星”计划是美国的第一个载人航天计划。“水星”飞船由密封座舱、逃逸系统、天线容器、回收部件、反推火箭与分离火箭、防热层等部分组成。先后共发射25艘，其中载猴子和猩猩飞行各2艘，载假人飞行4艘，载人亚轨道飞行2艘、载人轨道飞行4艘，其余是在计划早期用于考核飞船和火箭。

早在1959年8月21日，美国就开始用“小兵”火箭发射“水星”飞船外壳的试验，但由于“小兵”火箭在技术上还没有完全过关，成功率很低。不得不请出技术上相对成熟的“红石”导弹和“宇宙神”洲际导弹，经改装后作为运载工具，但仍没有成功。

1961年7月21日，航天员弗吉尔·格里索姆乘“水星4”号飞船作一次亚轨道飞行，太空飞行时间16分钟。

在经过载假人和载动物黑猩猩的几次轨道飞行成功后，1962年2月20日，大推力的“宇宙神”火箭终于将“水星6”号飞船送入太空，约翰·格伦成为美国第一个绕地球飞行的船天员，在轨道上飞行4小时55分钟。

水星科学考察

1973年11月3日，“水星10号”探测器从地球升空，开始了飞往水星的旅程。1974年3月29日，它抵达了水星，在离水星表面705公里处通过，随后又在当年的9月21日和1975年3月6日两次通过水星。这次考察总共探测了45%的水星表面，传回了2700多幅水星照片。自那以后，对水星的空间探索沉寂了将近20年。

但是对水星的研究并没有停止，长期的研究再次触发了科学家对水星进行考察的兴趣。上世纪末，美国开始筹划“信使号”飞船探测计划。“信使号”定于2004年3月或5月的中下旬发射，根据预定的飞行轨道，它将在2004年6月及2006年3月两次飞越金星，在对金星进行考察后于2007年7月27日从水星附近飞过，而后又将在2008年4月11日第二次通过水星，最后于2009年4月6日开始进入环绕水星的轨道。这个轨道的最高点为15000公里，最低点200公里。轨道与水星赤道成80度，最低点在北纬60度。“信使号”将携带大量科学仪器，届时将对水星的表面、内部、大气以及附近的空间环境进行综合考察，送回更多关于水星的信息。“上升”号计划“上升”号计划是前苏联“东方”号计划的后续载人航天计划。

在计划实施过程中，前苏联领导人赫鲁晓夫得知美国准备搞载3人的航天飞行计划，便立即要求抢先发射载3人的飞船。

1964年10月12日，“上升1”号首先载着弗·米·科马罗夫、康·彼·费奥克蒂托夫和鲍·叶戈罗夫3名航天员进入轨道，绕地球飞行16圈，历时24小时17分。争得了载多人太空飞行的“第一”。

这时，苏联又得知美国在“双子星座”计划中安排有太空行走的内容。为了抢得这个“第一”，科罗廖夫机灵应对，在“上升”型飞船的壁上开一个口，安装一个气闸室，供航天员进行太空行走时，出入座舱之用。

1965年3月18日，“上升2”号飞船载着阿·阿·列昂诺夫和帕·伊·别到亚耶夫进入太空。在绕地球飞行的第二圈时，列昂诺夫系着保险绳，走出舱座，破天荒地在空旷的太空中游荡了10分钟，但在进入座舱时却花了12分多钟，险些进不了舱。“上升2”号在太空飞行26小时，于3月19日返回地面，整个“上升”号计划结束。4天后，美国载2人的飞船发射成功，两个多月后，美国航天员进行了太空行走。“阿波罗”飞船“阿波罗”飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。发射时从上至下以指挥舱——服务舱——登月舱的次序与“土星5”号火箭的第3级相连，在指挥舱的上面还有发射应急逃逸塔。“土星5”号火箭载着“阿波罗”飞船从肯尼迪航天中心升空，达到61千米高空时，第一级火箭分离，第二级火箭工作。在达到185千米高度时，第二级火箭分离，第三级火箭工作约两分钟，将飞船送入绕地球飞行的轨道。在到达发射场上空前，第三级火箭再次点火工作约5分钟，将飞船推出绕地球飞行的轨道，飞向月球。

进入奔月轨道后，第三级火箭上保护登月舱的外罩分成4瓣分离。然后飞船的指挥舱与服务舱一起与登月舱暂时分离，并调转180度，让服务舱在前，指挥舱与登月舱对接。最后，登月舱与第三级火箭脱离连接。整个飞船以服务舱——指挥舱——登月舱的次序飞向月球。

返回时，登月舱上半段与指挥舱对接，两名登月航天员进入指挥舱后，抛弃登月舱上半段，进入返回地球的航程。接近地球后，服务舱与指挥舱分离，指挥舱载着3名航天员再入地球大气层，最后打开降落伞，溅落在夏威夷附近的太平洋上。

从1969年7月到1972年12月，除“阿波罗13”号登月失败外，先后有6艘“阿波罗”飞船送12人登上月球。

火星上的“人造”洞

2004年2月6日美国宇航局的“勇气”号火星车用机械臂上的打钻机在火星上的一块岩石上打了一个洞。科学家说，“勇气”号创造了历史，这是人类首次在火星表面上留下“人造”洞。“勇气”号花费3个小时用机械臂上的打钻机钻入一块名为“阿迪朗达克”的岩石内部进行探测，它钻的这个洞深2.7毫米，宽45毫米，科学家们可以通过这个洞分析火星过去的地质构造。接下来，它将利用机械臂上的显微成像仪拍摄岩石的显微照片。

在火星另一个半球探测的“机遇”号火星车6日向着陆点附近的一处外露岩床行进了大约2米。抵达后，它将在那儿停留数天，探测岩石中赤铁矿的含量，并再传回土壤的显微照片。

火星上有生命的痕迹

科学家现在知道了在火星什么地方寻找生命，这一观点是俄罗斯科学院航天研究所实验室主任伊戈尔·米特罗法诺夫在接受俄塔社记者采访时发表的。他强调，从美国“机遇”号火星车传送回地球的资料能对寻找生命的区域作出判断，俄罗斯科学家不怀疑，地球人能在火星上发现原始生命形式的痕迹，但是我们过去不能确切知道在哪里去寻找它们。

米特罗法诺夫指出，火星车在火星地表发现含有所谓与水化合的矿物，这证明火星某个时期像地球一样曾存在过生命。他认为，这一发现能重新“瞄准”在“机遇”号火星车曾经研究过的火星地区寻找这类矿物和古生命踪迹的实验。

此前，美国宇航局宣布，火星车发现了火星上过去曾存在大量水的证据。

火星的火山

现正在围绕火星运转的欧洲“火星快车”探测器拍摄到火星奥林匹克山顶一幅高质量彩色照片，该山是太阳系中最高的火山。从照片中可以看到复杂的火山口，火山口深3千米，其横截面约为80千米。火山拥有几个塌陷处，彼此又部分重叠，都是在火山各次喷发时形成的。看来，这火山喷发是在很早很早以前发生的，因为那时在火星上曾经历火山活动时期。

第一位火星移民

来自地球上的第一位火星移民也许不是人类，而是植物。美国宇航局打算在2007年发射“侦察员”飞船，把带有水母发光基因的拟南芥送到火星上去。

之所以选择拟南芥做试验，是因为它有三个优点：它的株身较矮，可放在较小的暖房里；它的生命周期不长，只有六个星期；它的全部基因组已经破译。（基于同样理由，国际空间站的“独立试验”也用它来研究植物对微重力的反应。）

火星定居不是梦

在过去100年里，有太多东西改变了我们的生活，在未来100年中，我们的生活无疑会改变更多。人类实现了登月的梦想后，更大的目标就是载人火星飞行，踏上火星之时，更长远的计划是改造火星环境，使之成为适合人类居住的第二个地球。科学家们坚信，人类最快可以在10年内踏上火星。

能在火星上种植树木是火星变得适合人类居住最重要的条件，这样在以后的数万年间，大量的树木就可以为火星大气提供足够的氧气，使登上火星的人类可以自由地呼吸。但就火星目前的情况，地球上的微生物在火星上仍无法得到足够的氮维持生命，因为氮元素是植物进行光合作用的主要元素，对于植物的生长具有至关重要的作用。

科研人员认识到，在火星解冻的过程中可以将地球上的微生物及植物带上火星，预计火星表面将在未来100年之内解冻，整个火星星体解冻的时间可能需要大约700年。

火星与地球的相似之处

关于火星人、火星生命等激动人心的问题已经争论了近一个世纪。因为自从望远镜发明以后，由于多种特性与地球相似，火星一直被誉为第二个地球。

火星的运行确实与地球有着相似之处，它绕太阳一圈的周期为687天，而它的自转周期仅比地球长41分，更令人惊讶的是它的自转轴倾角也只比地球的大32分。因此，火星上不仅有类似地球上的季节之分，还能明显区分出“五带”，即热带、南北温带和寒带。火星的平均温度与地球相差也不大，赤道地区的昼夜温度在20度到－80度之间，而最寒冷的极区的温度变化于－70度到－140度。此外，火星上还有定量的大气、白皑皑的极冠，且随季节变化大小范围有明显的变化。由此可见，当人类着手为自己寻找另一个理想家园时，对火星寄予深切希望是顺理成章的事。

火星地貌

火星表面十分荒凉，从望远镜中看到的明亮呈橘黄色的区域是它的“大陆”，那里到处是黄、红色的沙丘和怪石，火星的南、北半球有很明显的区别，北半球比较平坦，间或有些死火山，平均比南半球低4千米，而南半球则有比较多的大大小小的环形山，山边缘的坡度也比较平缓，脊棱也受过某种“风化”作用。从大小比例来看，火星上的环形山除了起源于陨星外，还有不少是火山活动的结果。100多年前所谓“火星运河”其实就是这些环形山及其阴影造成的错觉。

火星上确有奇特的“河床”，这些干涸的河床纵横交错，似乎主流和支流相连，达几千条之多，多数人认为是由于过去火星在早期的活动时代，火山喷出来的巨大熔岩造成的，但也有人认为不能排除这可能是真的河流遗迹。尽管火星上目前没有液态水，但在火星形成早期，可能有较高的温度，完全有可能形成大量的液态水，造成真正的大江巨川。

筹建火星空间站

美国航宇局（NASA）近日制定的一项探索火星的长期计划显示，NASA将在未来10年间完成6次重大的火星探索行动，其间，意大利和法国的航空部门也将参与这些行动。

与此同时，俄罗期“能源”火箭航天公司专家计划，在火星轨道上建造一座便于人类长期研究开发火星的空间站，并打算在条件成熟时吸引多国参与该计划的实施。

专家们已设计出了火星空间站的原型，这座未来的空间站重约400吨，由多个舱体对接而成，可容纳10名宇航员长期工作。空间站舱体由前向后依次为：气密过度舱、气压舱、科研舱、两个居住舱、两个过度舱、健身医疗舱和联动机件舱。

空间站各组件将由超大推力“能源”型火箭分批送入地球轨道，并在那里完成组装。再由空间站上的数百个蜂窝状小型电动喷气发动机产生动力，最终使空间站远征火星。预计，空间站建设工期长达10年，所需资金约为100亿美元。

太空医学研究

目前，太空医学研究的内容包括细胞组织工程、器官移植、再生医学和病理研究。太空环境为医学研究提供了难得的条件。比如，一种寄生在草莓中的环孢寄生虫常常引起严重的胃肠道疾病，也是造成新生儿脱水死亡的重要原因之一，在地面环境中还没有谁能在实验室的培养基中培养出这种寄生虫。最近，研究人员在太空中采用新方法培养出了这种寄生虫，为防治该种疾病提供了新线索。

太空中病毒生长迅速，能为研究人员提供一个全面观察艾滋病病毒的机会。近年来，美国研究人员已经利用空间站的生物反应器培养出了艾滋病病毒。

无论是寄生虫还是微生物，在太空的失重环境中都能快速生长，这不仅为开发新药提供了条件，而且为认识疾病病理创造了条件。比如，美国研究人员把癌细胞放到太空中进行研究，结果发现结肠癌细胞的直径居然可以长到10毫米大，其体积是地面实验室培养出来的结肠癌细胞的30倍。这项研究证明失重环境有利于组织和细胞的生长，这不仅为观察肿瘤生长提供了条件，而且为制造抑制肿瘤生长的药物和治疗癌症提供了线索。

太空育种

在太空生物技术中，目前研究得最多的是太空育种。美国研究人员于2002年把大豆带到太空，获得了诱导突变的良种，现在正在进一步分析其中的蛋白质、脂肪、碳水化合物和其他成分的含量。如果能获得成功，这将是继转基因大豆后的另一种培育育种大豆的方法。

我国的太空育种从1987年开始，现在通过国家品种审定的已经有18个。太空育种的机理是，太空中具有失重、高真空、宇宙高能粒子辐射、宇宙磁场的综合作用，能使植物DNA链条发生断裂或重组，基因组发生易位，产生新的突变体。当然，这种突变是随机的，可以像选种一样挑选那些产生了较好变异的品种。现在，我国经过太空育种的作物有50多个品种，其中有的已经大面积推广。

太空生物材料

人一到30岁以后，骨质就开始丢失，严重的患者会出现骨质疏松症。据统计，我国现有40岁以上人群骨质疏松症的发病率为16.1%，而60岁以上老人的发病率则为22.6%，80岁以上老人的发病率为50%。

那么，有没有办法延缓骨质的丢失过程呢？研究人员利用太空生物医学的研究表明，在失重环境下，导致骨质丢失更为迅速，因此生物在太空中丢失骨质的原理特别典型。研究人员正在利用太空生命科学作为实验基础，研制治疗骨质疏松症的药物。

人衰老的进程由骨质疏松表现的另一个外在症状是髋骨骨折。髋骨骨折后的治疗一般是重新植入人工骨骼，但是植入物一般只能维持十年，然后又得重新植入，不仅增加病人的痛苦，而且经济负担也十分沉重。而太空研究的启示是，使用类似于自然骨骼的陶瓷材料作为人造骨就是一种新的选择。

太空分子产品

科学家正在利用太空环境研究生物分子结构，以生产新的药物和蛋白质。研究人员发现，在太空失重条件下蛋白质晶体可以生长得比在地球上更大，结构更完整，从而可以进行更方便的分析。通过对这些蛋白质晶体的分析，能更深入地了解蛋白质的秘密，比如其结构和功能的关系，从而进一步了解蛋白质、酶和一些病毒在生命与健康中的作用。

研究人员利用太空环境进行生物分子研究所取得的一些成就主要在蛋白质晶体生长方面。在航天飞机和空间站中，利用失重控制晶体生长，已经生产出了较大的蛋白质晶体。比如，溶菌酶是细胞内产生的物质，对杀灭病菌和保护健康是非常有用的，研究员已经在太空中生产出了非常大的溶菌酶晶体，这对研究其结构和功能非常有利。又比如，血浆白蛋白是生物循环系统和血液中最常见的蛋白质，对于提高免疫力和杀灭病原体具有重要作用。现在，白蛋自己在太空失重条件下合成出来了，这对白蛋白的药理并制造出新的药物有指导作用。

空间站的生物反应器

研究人员利用空间站上的生物反应器中生长的组织样本可以设计新的药物。比如，由于微生物在太空中可以快速生长，并且能产生较大的变异，因此把微生物样本送上太空，它们的变异率是地面上的几万倍甚至几十万倍。这些变异使微生物具有治疗某些病症的功能，对其培养后就有可能制成新的药物。可以在太空培养的微生物中制取一种或多种疫苗，还可以观察在太空中培养的微生物对其他物质的敏感程度，以设计和生产新的抗生素。

庆大霉素是目前广泛用于临床的广谱抗生素，但是，生产庆大霉素的菌种的生产能力比较低。而太空育种则可以大幅度地提高庆大霉素的产量。生产庆大霉素的细菌的孢壁厚，而且化学组成特殊，对一般的理化诱变因素有一定的耐受性。利用太空失重和生长快的条件等，就可以使生产庆大霉素的细菌发生基因突发，然后再选择那些发生过基因突变和生长快速的菌种，可以提高庆大霉素的生产能力。

此外，将不同的微生物送入空间站，可以更好地了解太空条件对微生物生命活动影响的本质，可以观察重力变化导致菌体形成的变化，分析酶活力的水平和重组质粒的稳定性，观察菌株产生抗生素、有机溶剂的能力及其他新的代谢变化情况，筛选优于原种性状的新菌株等等。

宇航员的选拔和训练

宇航员的选拔和训练极为严格。培养一名合格的宇航员，需要经过多方面的培训。宇航员的训练主要包括以下3个方面。

首先，因为宇航员在太空中遇到的情况与地球上有很大差别，因此，每个预备宇航员必须掌握与此有关的各方面的基础知识。由于宇航员是要借助火箭和各类载人航天器飞向太空的，所以宇航员还必须熟悉火箭、各种航天器的设计原理、结构、导航控制、通讯、座舱中设备和各种仪表的性能，以及简单的检修技术。因此航天理论和基础知识的训练是至关重要的。

有关航天特殊技能的训练，主要是模拟航天飞行的真实环境和过程，使宇航员通过训练，能够熟练地掌握操作技能，应付各种可能出现的问题。

此外，航天工作十分艰苦，要做一个宇航员，必须具有良好的身体素质，因此还要进行增强体质的体育训练。

舱外生命保障系统

宇航员在太空中有时是要到舱外执行任务的。比如，人造卫星的修复回收，空间站的组建安装，以至在天体表面探险，都要靠宇航员的舱外活动。而要进行舱外活动，首先要保证宇航员的生命安全。

人类最早的舱外生命保障系统是一根长18米的管道，一头与航天器相连，通过它将氧气和必要的压力输入宇航员的航天服内，但限制了宇航员的活动空间，也容易因为缠绕而造成险情。而最新的生命保障系统与航天服配套并连成一体，保证它能安全独立于航天器。它的总重量可达118千克，储水4.2千克，储氧0.55千克，可连续工作7小时。这是一个能自给自足的封闭式小天地，能向宇航员提供冷却净化了的新鲜空气，并带走呼出的二氧化碳、有害气体和部分废热。它的无线电通讯和遥测系统，能随时保持宇航员与地面中心的通讯联系，并传输宇航员的各种生理参数和作业情况。

舱外减压病的预防

在太空中，宇航员如果要到航天器外的太空中去执行任务，一定要在出舱前先呼吸3小时纯氧，你知道这是为什么吗？原来，这是避免宇航员进入太空后出现减压病的一种预防措施。那么，什么是减压病为什么吸氧能防止减压病呢？

我们知道，大气对人体是有压力的，但我们平时在地面并没有什么感觉，这是因为人体内部产生的内压与大气压平衡的缘故。如果外界压力一旦减小，人体组织和体液中溶解的氮气就会转变为游离的气体，在血管内形成气泡堵塞血管，在血管外压迫局部组织，使人出现四肢疼痛、面色苍白、出汗虚脱，呼吸困难、听觉失灵等情况，这就是减压病。

因目前技术水平所限，宇航员出舱时穿的宇航服只能达到大气压的1／3左右，因此航天员在出舱前，都要先吸足纯氧，使体内组织和体液中的氮气尽可能排出，以避免在舱外发生减压病。

宇航员进入太空的步骤

在太空中，宇航员有时需要离开座舱，进入太空进行工作。这可不像我们平时走出房间那么容易。因为在各种航天器中，都要保持和地球上基本一样的温度和大气压力。只有这样，宇航员才能在太空舱内不需穿戴任何设备就能自由呼吸、生活。但是，即使宇航员穿了特制的宇航服，也是不能直接进入太空的。如果像我们平时从屋子出来那样，走向太空，就是门关得再快，舱里的空气也会跑光的。

为此，科学家研制了一种气闸舱。气闸舱两边各有一道门，宇航员穿好航天服后，先从座舱进气闸舱，随后关上气闸舱与座舱之间的第一道门，使座舱与气闸舱完全隔开，以保持航天器的密封状态。然后，宇航员再给气闸舱减压，当它达到与舱外太空一样的空间压力后，再把气闸舱的第二道门打开，宇航员便可以进入太空了。当宇航员返回座舱时，只要执行相反的程序就可以了。

排除航天器的故障

在探索宇宙的载人航天飞行中，尽管航天专家们事先尽了最大努力来预测和防止航天中可能出现的种种问题，也仍旧难免会出现意外事故。那么，宇航员是怎样应对这种局面的呢？

航天器发生一些小故障时，上面的自动化救生系统会在电子计算机的指令下，更换有关程序，自动采取应急措施。

对于一些比较大的问题，就需要宇航员亲自动手了。宇航员在上天之前都接受过严格训练，精通多门学科，判明故障原因后，他们可以启动应急备用设备，抢修故障，化险为夷。此外，地面救生系统是宇航员的坚强后盾。一旦太空中出现紧急状态时，地面立即组成专家小组帮助宇航员寻找故障根源并设法排除。地面模拟设备可以复现航天器上的种种状况，以慢动作再现航天器上产生故障的经过。专家们经过会诊后，制定出抢险的最佳方案，然后通过电视遥控，指挥宇航员排除各类故障。

宇航员在空间站不能住太长时间

宇航员在空间站内最多只能住1年左右，原因是宇航员忍受不了太空中的寂寞和孤独。一个长期不与他人交往的人，会因孤独产生焦虑，焦虑过度会导致精神失常，因此宇航员在空间站住的时间不能太长。

进入太空第一人

1961年4月11日清晨，尤里·加加林来到拜科努尔发射场。总设计师科罗廖夫在那儿与他会面，并一同登上发射台，站在“东方”号飞船旁边。飞船由球形座舱和圆柱形设备舱组成，第二天上午9时，透过火箭的轰鸣声，飞船顺利进入预定轨道。

在绕地球一圈的108分钟的飞行中，它的情况还算顺利。在返回时却遇到了麻烦。制动火箭点火，飞船进入返回轨道。但在制动火箭关机后，飞船旋转起来，加加林感到是在作芭蕾舞的旋转动作，有点头晕目眩。接下来的程序应是设备舱与密封座舱分离，需时约10～20秒。但由于一束导线没有断开，设备舱并没有完全离开密封座舱。冷静的加加林听其自然，等待着进入稠密大气层时导线被烧断，所以他仍向地面发出“BH4”——“一切正常”的信号。万幸，10分钟后设备舱完全分离了。

飞船进入稠密大气层时，外壳因气动加热而燃烧，巨大的过载也使加加林的眼前一阵发黑。好在按设计程序，在离地面7000米时，加加林连同座椅从密封座舱中弹出。

10时55分，加加林降落在萨拉托州恩格斯区波德戈尔诺耶村附近的一个防空导弹部队的营地上。

登月处女航

1969年1月，迈克尔·科林斯、尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林从50名航天员中被挑选出来，执行第一次登月飞行任务。

1969年7月16日上午12时32分，“阿波罗11”号飞船终于出发了。7月19日正午，飞船应开始绕月球飞行，这就需要启动制动发动机减速，以便飞船被月球引力抓住。要是制动发动机启动不起来，飞船只能从月球背后打个转，然后飞回地球。要是发动时间过长，飞船就会撞在月面上。

这一关闯过去了。在绕月飞行第13圈时，登月舱与指挥舱分离，从15000米上空以弧形轨迹降落到月面上。

1969年7月20日22时17分，登月舱降落在月面上。经几小时的观察等待，阿姆斯特朗于21日2时56分走出座舱，在扶梯的最下一级又站了数分钟后，伸出左脚，在月面上印下了人类的第一个脚印，并说出了那句久藏心底的话：“对一个人来说这是一小步，但对人类来说，是一次飞跃”。

18分钟后，奥尔德林也踏上了月面。

在月面活动两小时后，两名航天员乘登月舱上半段上升，与指挥舱对接，3名航天员会合，一起飞回地球。

在飞船上生活“神舟五号”上空间较小，航天员进舱后，便被固定在返回舱的座椅上，吃喝拉撒均在座奇上的生活保障系统完成。座椅后背靠着的地方向下凹，人们称它为椅盆。舱内的马桶是特制的，它是靠风机来抽吸，先把其中的水分抽掉，再把干的部分，自动用塑料袋密封起来。宇航员吃的航天食品残渣少、热能高，都为一口吃的食品。这是为了减少和控制舱内的食物渣粒，以防止舱内污染。

宇航员在太空是怎样洗澡的？

在太空中，水不但不会像在地球上那样自动从喷头往外喷，而且喷出来以后还会到处飘。

现在，科学家已经解决了这个问题。他们给水加定压力，逼着水向外喷，就像用高压喷雾器那样，并根据这个原理设计了一套专门的太空淋浴设备。这是一个圆筒，宇航员钻进筒内，拉上密封拉链、双脚伸进固定在筒底的一双特殊拖鞋内，就可以站得很稳，不至于飘起来。宇航员打开筒顶的莲蓬头，加了压力的热水就会喷出来。但是，水珠在筒内乱飞，很容易钻进宇航员鼻孔里，影响呼吸。所以，想洗澡的宇航员在打开莲蓬头之前，还要把呼吸器套在嘴和鼻子上，防止水珠进入气管。有了新的洗澡设备，宇航员就可以舒舒服服地在太空洗澡了。

在太空中吃饭

同在地球上一样，宇航员在太空中也要定期吃东西、喝水，还要呼吸、睡觉。不过，由于在太空中失去了地球的引力，一切物体都处于失重状态，吃饭可就不那么简单了。如果不固定食物的位置，食物就会飘浮在空间，想吃进嘴里是很困难的。为了避免麻烦，宇航员吃的东西都是膏状的，就像挤牙膏那样把食物挤进嘴里。在太空中，宇航员绝对不能吃粉末状的食物，因为粉末会飘浮在太空舱内，如果宇航员一不小心吸进肺里，就可能造成生命危险。

从20世纪80年代起，随着航天科技的发展，各国开始更为重视宇航员的饮食问题，航天食品也大为改观。压缩食品、脱水食物、软包装罐头食品等纷纷问世。除此之外还设立了专门的简易食堂，不仅使食物更加科学、可口、营养，而且还增添了民族特色。这样，可以有效调节宇航员的情绪，使他们更好地进行工作。

未来太空旅行者的食品

在今后二三十年内的某个时候，人数不多的一批男女宇航员可望进行以火星为目的地的太空旅行，时间长达3年。人们因此提出的一个重要问题是，他们将在太空吃什么？

在奔向火星的长达9000万英里的旅途中，美国航天局几乎肯定会向这六七名太空游客提供各种各样的食品，但食谱中无疑将包括以下食品：小块的胡桃巧克力、“种植园主”牌花生米、“奇宝”牌黄油饼干等。美国航天局负责向航天飞机和空间站提供食品的技术经理维基·克洛里斯说：“这些食品由于有一层包装，一旦融化，也不致被污染。”

食而无味

在航天初期，为不使食品粉末在密封座舱的失重环境中到处飘飞，损坏仪器设备和航天员的身体健康，食品都是糊状的。为了便于食用，还将糊状食品装在软管中，食用时像挤牙膏一样往嘴里挤。饮料同样装在软管中。这样，食品的香气被封住了，颜色看不见了，形状也谈不上了，进餐的情趣就单纯地为了填饱肚子。因此，航天员普遍反映没有食欲。

后来有了压缩方块食品，打开复合塑料膜包装，掰起来放进嘴里食用；还有软包装罐藏食品，就是将蒸煮灭菌后的鸡、肉、鱼片用复合塑料薄膜代替金属罐包装。由于这种食品有一定粘性，打开后放在盘子上不会飘飞，可像地面上一样用刀叉进食。

为了进一步增加进餐情趣，食品专家还研制了脱水食品，就是将食物经冷冻、升华干燥，使含水量减至3%左右，用复合膜包装后，在室温下微生物也难以生长繁殖。备餐者用针管往包里注水，食品可迅速恢复原有的形状和颜色，有的还需加热，然后放在盘中，让大家像地面上一样进餐。

太空如厕

失重作祟，不放过小事。

失重将大小便这样的寻常事变得非常困难，以地面上的方式进行是绝对不行的，那样屎尿飘飞起来，怎样了得！

载人航天初期，多为男航天员，可将尿液直接撒进尿袋中，然后封起来，大便时，将便袋口套在臀部上，再用胶布粘连。

后来有了女航天员，怎么办？这确实使航天科技工作者费了一番脑筋。美国航宇局为在航天飞机上设置男女都适用的马桶，对妇女的小便过程进行了深入细微的研究。研制了男女共用的太空马桶。不过，男人就被女性化，需要蹲坐着小便了。

大小便时，将臀部坐在便座上，马桶盖自动打开，然后将固定带系在腰间，以防止身体飘浮，为保险起见，在马桶的一边还设有把手。小便经导管被吸走，大便则经吸嘴由空气吸走。在把手的下方有一个控制杆，扭动控制杆可调节吸嘴的空气流量，部分粪便进入样品收集袋，经冷冻贮存，最后带回地面，供化验研究之用。屎尿的臭气经过滤器排除。

便后起身，马桶盖自动封闭，里面形成真空，粪便迅速干燥，固体部份定期抛到舱外，让其进入大气层中烧毁，液体部份经再处理后作为非饮用水使用。

太空刷牙洗脸

在地面上，刷牙、剃须、洗脸等是易于反掌的小事，但在失重环境中，是无法像地面上一样刷牙的，那样，在牙刷的摆动中，水和牙膏泡沫会飞溅起来，污染空气，损坏仪器设备。同时，聚集在口鼻周围的牙膏泡沫还会影响呼吸。一般只能用洁牙纸或布擦牙，用牙线剔牙，或许还有其它更好的办法？如像嚼口香糖一样嚼带洁齿剂的胶体。

在失重环境中剃须和理发更不随意，必须使用能自动收集须渣和头发的刀具，否则，须渣和头发弥漫空中，它的危害可比牙膏沫厉害得多，仅仅让它们粘在皮肤上，就奇痒难耐。

在失重环境中洗脸也要受到限制，像地面上一样用毛巾沾水洗脸是不行的，那样会使水珠飘飞起来。一般只能用湿毛巾擦脸。

太空睡眠

睡眠在动物界无所不在，人的一生有1／3的时间花在睡眠上。

人进入太空以后，航天医学专家就利用特有的失重条件，对睡眠进行深入的研究。

由于失重，人的方向感丧失了，所以不管人体处于什么方向，是横还是竖，是正还是倒，都可以飘浮着在空中睡眠。

但是，为了安全应该睡在有防火等功能的固定着的睡袋中，以免飞船加减速时碰伤，或被流动气流推动误碰仪器设备开关。

为了提高睡眠质量，还应创造条件，产生与地面上睡眠相同的感受，如给睡袋充气，或用绷带绑紧，使它向人体施加一定的压力，以模拟地球重力；带上眼罩，不让航天器上快速交替的昼夜节奏影响睡眠，或者用灯光模拟地面上的昼夜节奏；带上耳塞，不让仪器设备和静电产生的噪声干扰睡眠，有条件时，应设专门的消音寝室。

在失重环境中，会产生头、四肢等可转动的肢体与躯干分离的幻觉，以及“灵魂出窍”的幻觉，特别是在朦胧的睡眠中是这样。

航天医学工作者除在技术层面上对失重环境中的睡眠进行研究外，也对睡眠的本质和作用进行研究。如美国曾对“天空实验室”上航天员的睡眠进行过测量，了解到失重环境中的睡眠，与以往的睡眠研究将睡眠划分的6个阶段相符，只是较深度的睡眠阶段（第三个阶段）较长，醒来的次数较少。

现代睡眠研究认为，睡眠的过程是在慢波睡眠和快速眼部活动睡眠两种状态之间切换。对睡眠的作用是休息还是复原，是储存能量还是处理信息，则尚在争论之中。深入对失重环境中的睡眠进行研究，或许能为解开睡眠之谜提供线索。

太空行走

在地面上的行走，原本就是反抗地球重力的活动。失重虽使行走摆脱了地球重力的束缚，但同时也给行走带来了许多天大的困难。

在飞船的密封座舱中，由于失重，人处于飘浮状态，只要用脚、手或身体的任何部位碰一下固定物体，借助反作用力可进行立体行走，到达空间的任何地方。同时，在密封座舱中有空气，划动四肢也可进行立体活动。这里的行走似乎非常随意和惬意。

但在座舱以外的太空中行走，情况就大不一样了。这里不讲吸纯氧排氮、穿舱外活动航天服保障生命安全，仅讲行走本身的蹊跷。

人走出飞船的密封座舱，仍以原有速度与飞船一起作轨道运动，即仍处于失重状态。由于太空为真空，也四处无着，无法靠人体自身的动作产生反作用力来达到行走的目的，只能靠喷气背包代步。但走得多快和走得多远，却无法作出主观上的判断。因在广阔无垠的太空，除同速前进的飞船外，没有什么物体可作参照物，既难以判断速度的快慢，也难以判断距离的远近。同时，对看到的物体，也难以判断它的大小，会将遥远的星星看成是近在咫尺的小石头，而如果眼前飘着一片小小的锡纸片，却可能看作是远在天边的屏障。如果并排前行的飞船在转动，长时间盯着它，更会使人晕头转向。

在失重环境中行走，似乎应该是很轻松的，但实际上却非常累人。1988年12月，法国航天员让·克雷蒂安与苏联航天员亚·沃尔科夫走出“和平”号航天站密封座舱，在太空行走6小时，进舱时克雷蒂安连腿都挪不动了，在沃尔科夫帮助下才返回航天站。

航天运动病

航天运动病又叫太空适应综合症，是人进入太空后头几天经常出现的病症，症状与在地面上晕车、晕船和晕机等运动病差不多。如头晕、目眩、脸色苍白、出冷汗、腹部不适、恶心、呕吐，有的还出现唾液增多、嗜睡、头痛和其它神经系统症状。

最早出现航天运动病症的，是1961年9月苏联第二名上天飞行的航天员格·季托夫。他在绕地球飞行第二圈时开始头晕、恶心和腹部不适。在做头部运动时，这些症状加重。在睡眠后症状减轻。返回地面后症状消失。

据苏联对执行“上升”计划的5名航天员和执行“联盟”计划中的22名航天员的统计，患航天运动病的分别占 40%和40.9%。美国在执行“阿波罗”登月计划时，对15名第一次飞行的航天员统计，患航天运动病的占40%。由此可见，大约有40%的航天员在首次太空飞行时会患航天运动病。有了一次太空飞行经历后，患航天运动病的比率会下降。如美国在“阿波罗”登月计划中，有过1次以上飞行经历的18名航天员，只有5人患航天运动病，占27.8%。但也有例外，如美国执行“水星”和“双子星座”计划的所有航天员，都没有患航天运动病，而在“天空实验室”计划中，有55%的航天员患航天运动病，可见航天运动病的复杂性。

太空航行对容貌的影响

在失重环境中，人的前庭器官功能发生紊乱，会导致航天运动病。

其实，失重造成的后果远不止此。如心血管功能紊乱，会使人的面部大改容。

在地面环境中，人的血液和其它液体，在心脏工作和地球重力作用下，总是向下或循环流动。在失重环境中，由于失去了重力，增加了血液和其它液体向上涌的趋势。据估算，有多达1～2升的血液涌向胸部和头部。

这么多血液涌向胸部和头部，最直接的后果就是胸部发闷、面部充血浮肿和下肢缺血。

失重对面部容貌的改变，使任何技术高超的化装师和整容医生都望尘莫及。在这里，失重真正是一面效果奇特的“哈哈镜”，它可使长脸变成圆脸，大眼睛变成小眼睛，额头上的深皱纹变浅，浅皱纹消失，尖下巴变圆，圆下巴变胖，双下巴变成单下巴。

心脏的功能是将血液挤压到全身。由于血液丧失了重力，心脏无需像在地面上那样用力，就可驱动血液。用进废退，久而久之，心肌的张力就会降低。这对一直呆在失重环境中的人来说，是一种适应，但对返回地球的航天员来说，功能减退了的心血管系统，就会出现脸色苍白、出冷汗、血压降低和站立不稳等病症。

失重对身体的危害

失重还会使人体内的钙、磷、镁等无机盐的代谢功能紊乱，不仅吸收减少，而且骨质中原有的无机盐（主要是钙）丧失，从尿中排出。

苏联曾用生物卫星对动物进行实验。在失重环境中生活18天的幼年大白鼠，骨骼的形成率明显地比地面上低。

骨钙丧失主要发生在负重的跟骨、大腿骨等骨骼上。长期太空生活的航天员，跟骨的骨钙丧失量可达3.2%～8.3%。足见这是“用进废退”规律在起作用。

骨质大量脱钙会变得疏松，返回地面后，轻微活动和用力就会造成骨折，特别是脊柱和长骨的骨折。

用进废退规律还会在肌肉上发生，因为在失重环境中，产生力量的肌肉无用武之地了，它便会逐渐萎缩。

生物卫星上的动物实验表明，在失重环境中生活20天的大白鼠，肌肉减少25%～38%。

太空航行会使人体重减轻

航天员从太空返回地面后，除个别人外，一般体重都会减少。如第一名进入太空飞行的航天员尤里·加加林，绕地球一圈，体重减少0.5千克。第二名航天员格·季托夫绕地球飞行17圈，体重减少1.8千克。

体重减少，也是失重捣的鬼。

由于失重，心血管功能紊乱，体液上涌，胸部和头部体液充盈，给感受器官一种虚假的信号：体液过量了。内分泌系统便自动地进行调节，将部分体液以尿排出体外。所以，初入太空的人，口渴感都减少，喝水量减少，而排尿量则增加。常此以往，导致体内的血容量和其它体液减少，使体重降低。

前庭器官和心血管系统功能紊乱，使味觉失调，食欲不佳，进食量减少，造成热量供给与消耗量不平衡，也会导致体重减少。

航天员的工作十分繁重、紧张，体力和脑力消耗都很大，每人每天应从饮食中吸收热值2800大卡以上，但由于失重捣鬼，一般都达不到这个量。入不敷出，只有消耗体内原有的脂肪和肌肉。与此同时，从尿中排出的氮量反而增加了。因此，导致航天员的体重普遍减少。

太空疲劳症

在失重环境中工作，似乎是很轻松的，其实非常累人，加之狭小环境、特殊照明、噪声和高低温的影响，使感觉功能、运动功能和中枢神经功能等都会降低，容易出现疲劳症状，降低工作效率，影响航天任务的完成。

长期在孤独环境中超负荷地工作，不仅容易疲劳，而且容易发生心理应激。心理应激的主要表现是焦躁不安，情绪激动，睡眠中多梦，睡眠质量不高，甚至失睡、情绪低落、抑郁，常常产生错觉和幻觉，容易发火，迁怒于人，造成人际关系紧张。

心理应激不仅影响工作，而且影响身体健康。所以航天科学工作者十分重视对心理应激的研究和处理。美国和苏联科学家曾对潜艇、南极考察站的工作人员，以及征集自愿者在航天模拟器上进行试验研究，寻找应付心理应激的方法。

一般在长期太空生活中容易产生心理应激。特别在6、7个月以上的长期航天中时有发生。

在接近返回地球时也易产生心理应激。

在航天器发生重大事故危机时，也易发生心理应激。

在听到重大的航天事故消息时，也会使正在飞行的航天员产生心理应激。

太空病变治疗

人在太空生病，是不可避免要发生的事情，失重给在太空治病带来许多麻烦。

首先是诊断难，失重使胸部、头部充血，外貌发生变化，望诊、听诊难以准确。

其次是治疗难。

目前，对付失重和其它航天环境对航天员的一般影响，按照预定的健康保障措施执行，其中最重要的是加强体育锻炼；对偶尔发生的小病痛，地面医生通过遥测诊断后，指导航天员服用配备的药品也可解决；对急病、重病，则需送回地面治疗。

将生病航天员送回地面，对急病患者来说，可能因丧失宝贵时间而危及生命，这是最大的问题。另一个问题是花费昂贵，一般需要2～3亿美元。因此，未来的解决办法，应在太空建医院，收治太空病人，在此之前，应视情况分别处理。1987年2月8日，苏联航天员亚·拉韦金和尤·罗曼年科乘“联盟TM2”号飞船进入“和平”号航天站工作，预计在太空生活1年，但拉韦金中途生病，地面指挥中心决定让他随另外两名短期飞行航天员一起，于这年7月30日乘原飞船返回地面治疗。后来，罗曼年科也感觉疲劳，但地面指挥中心没有让他返回地面，而是逐渐减少他的工作时间，由原来的8.5小时，逐渐减少为6.5、5.5、4.5小时，直到最后停止一切工作，使他创造了太空连续飞行326天的纪录。

太空锻炼身体

目前，对抗失重引起的生理变化的主要办法是加强体育锻炼。不过体育锻炼项目仍要受到失重和环境狭小的制约。单杠、双杠、举重、哑铃等靠反抗重力的项目达不达锻炼的效果；各种球类、游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山等则受失重和场地的双重限制无法进行。目前，失重环境中的主要体育锻炼项目有如下一些。

踩自行车练功器。锻炼者坐在固定的车架上，身体用安全带固定，以免飘浮，双腿套在弹力带上，克服弹力带的弹力蹬动车轮，所作的功由记录器记录下来。

在微型跑道上跑步。锻炼者站在皮带式滚道上，双腿套上弹性带，以模拟人在地面上的体重，迈步时，一般需克服约490牛的弹性带拉力。

拉弹簧拉力器。弹簧的弹力与重力无关。在失重环境中拉弹簧拉力器，与在地面上一样费力，可以达到锻炼的效果。一个弹簧拉力器一般有5根弹簧，每拉长0.3米，需用力107.8牛。

作徒手体操。这是短期航天的主要体育锻炼项目，每天两次，每次30～60分钟。作体操时也要当心失重的捉弄。曾有航天员在做头部运动和甩动四肢时，感到头好像在脖子上360度地转动、四肢好像离开了躯体。

穿负压裤子。这是一种准体育器材。穿上后将裤子中的空气抽掉，造成下身负压，促使体液流向下身。

体育锻炼对抗失重影响的效果是非常明显的。如在太空生活326天的罗曼年科，虽在后期因疲劳而逐渐停止了工作，但仍依照专家制订的体育锻炼程序，每年坚持锻炼，使脉膊、血压始终保持正常，体重、骨钙和肌肉虽有稍许下降，但都在正常范围内。

太空是漆黑的

宇宙航行，美景无限。

宇宙飞船启航，这时速度较慢，仍可定眼观看宇宙背景。嗬，好一幅美丽的画面。在太空真空中看星星，与在地球上看不同，由于没有大气层的影响，星星显示的都是它们本来的颜色，即由于它们的温度不同，而分别呈黄、红、蓝、白颜色。它们射出的光芒也没有大气折射造成的闪烁。没有了大气层的影响，宇宙背景呈深邃的黑色，使满天星斗像是在黑色天鹅绒上用一颗颗晶莹剔透的宝石镶嵌出的各种图案。飞船的运动，又使这一切具有动感，活像是在立体电影院中欣赏三维电影！

欣赏之余，又会有这样的沉思浮现脑际：宇宙背景为什么是漆黑的？无限的宇宙有无限的恒星，即使每颗恒星的光是暗淡的，但无限多个暗淡的星光迭加起来，也会形成巨大的光芒。

现代宇宙学解开了这个奥秘。首先，恒星不是永恒地燃烧的，原始恒星和死亡了的恒星不发光，发光的主序恒星有一定的寿命；其次，宇宙不是静止的，而是在不断地膨胀着；最后，也是最根本的，宇宙不是无限的，它有有限的年龄，有有限数量的恒星。因此，有限的宇宙和有限数目的恒星的光的迭加，也是有限的，而且是很微弱的，因为宇宙的不断膨胀降低了温度和光芒。

宇宙飞船调节温差的方法

宇宙飞船在太空中飞行时，由于始终受到太阳光的强烈照射，向阳的船体一侧温度会高达100℃以上，背阴的那边却要低到－200℃。宇宙中没有大气，不能用空调器，那么，宇宙飞船用什么方法来调节这么悬殊的温差呢？

人们在生活中早就发现，表面是黑色的物体吸热本领强，表面是白色的物体吸热本领差。因此人们通常在夏天穿浅色衣服，冬天穿深色衣服。科学家们根据这个原理在飞船壳体外表面涂上一层浅蓝色或银白色的涂料。当阳光照在它上面时，可以防止温度剧烈升高；它背向太阳的时候，白色又可以减少向外辐射热的作用。在飞船壳体的内面，涂上一层黑漆，就像一层黑色的衣服里子。由于黑色吸热和放热的本领都大，可以使壳体内部温度的那一面放出热，使温度低的那一面吸收热，这样就使得舱体内的温度趋于均衡。加上宇航员穿上用特殊材料做的宇航服，就能在太空中进行科学实验了。

航天器对接

在浩瀚的宇宙太空，人类发射的航天器有时也需要互相对接，以便完成人员轮换、物资补给、设备维修等任务。不过，航天器的飞行速度很快，要使它们交会并对接，当然不是件容易的事。

那么，航空器是怎样完成这一过程的呢？原来，航天科技人员是通过航天器轨道控制和航天器姿态控制实现对接的，其过程主要通过航天器控制系统完成。1965年12月15日，“双子星座”7号和“双子星座”6号在空间交会，当时它们在同一轨道上运行，又是同一速度，两个航天器仅相隔10厘米，这是世界上第一次实现航天器空间交会，为实现对接积累了经验。

对接通常都是在宇航员的指挥和操纵下进行的。例如，“双子星座”号飞船和“阿金纳”号火箭对接时，两者相距仅300米左右，相对速度为1.5～3米／秒时，宇航员通过手控调整飞船完成对接，随后“阿金纳”号火箭的对接环与飞船的小头紧密配合，连成一个整体。

人在太空中衰老得比地球快

在太空飞行，尤其是超过月地空间的深空飞行，所遇到的首要问题就是长期失重。短期、近地空间的宇航活动会造成宇航员的“太空运动病”：头晕、出虚汗、流涎、恶心、呕吐等等。当然，这些症状通常都会在宇航员返回地面后逐渐消除。

可是，有一个问题却很难解决，那就是太空飞行会引起骨质疏松。人类的骨骼长期以来为适应地球引力，产生了一种“反地球引力”的机能。而一旦进入失量的太空环境，这些能力消失殆尽，就会使肌肉开始萎缩，骨骼中的矿物质减少。

过长的失重时间将造成骨骼的永久性损伤，极易导致骨折。另外，钙的大量流失也会加剧骨质疏松，造成不可逆转的后果。失重还可使脑垂体分泌激素的数量降低，这大大削弱了人体的新陈代谢和免疫功能。

以上因素都会引起人的衰老，所以，人在太空中比在地球上衰老快。

人在太空中会长高

前苏联宇航员尤里·洛玛曼柯43岁时，在太空站生活了326天后回到地面时，身体竟长高了1厘米。人在太空中为什么会长高呢？

我们知道，人的脊柱骨由33块骨头组合而成，其中绝大多数骨头中间由椎间盘所分隔，椎间盘是一种坚韧的纤维组织，起保护脊柱的缓冲作用。在太空，由于地心引力对脊柱的影响不复存在，脊柱骨因为得到舒展而延伸，所以生活了一段时间后，人会长高。

也许有人会这样想，要是有朝一日，太空旅行成为可能，那么一个矮个人要想长高些，通过参加太空旅行团去旅行一年不就行了吗？其实是不行的。因为，这种长高与正常的身材增高是不同的。正常的增高是由于人体内较大的骨头的两端长出新的骨膜，并不断积累的结果。而太空人的高是在太空的特定环境下发生的，所以当他返回地球后，就会很快恢复原来的身高。

曲线登月

当年，“阿波罗”首次登月，引起巨大的轰动。也许，你会理所当然地认为，它登月飞行所走的轨迹是直线，因为两点之间直线最短，肯定既经济又省时。

其实不然，阿波罗飞行实际上是沿着一条十分复杂的曲线进行的：先通过一、二级火箭把飞船送入180千米的圆形环地轨道。在此轨道上运行1.5～2周后，再通过第三级火箭的推动使飞船达到第二宇宙速度进入奔月轨道。在飞船距月面约110千米时，进入先椭圆后圆形的环月轨道。在作了13周的绕月飞行后才由登月舱正式登月。

为什么登月飞行要走曲线呢？这是因为，地球、月球都在运动之中，火箭的发射都得考虑这种运动。选择最佳的航行轨道对规划飞行时间、优化火箭设计等都是必不可少的。再则，登月飞行是空前规模的航天创举，虽有充分而精确的前期试验，但在正式奔月和登月之前，先在绕地、绕月的“停泊轨道”上逗留做冲刺前的精心调整，也是十分必要的。

未来的月球城市

美国航天局提出一项计划，打算在2010年，耗资1000亿美元在月球建立一个可容纳100人的基地。这个基地外形为轮状或圆筒状，直径1～2千米，内有山脉、河流、湖泊、森林、草原等，还有许多生物，是一个能自给自足的充满生机的封闭型生态系统。

美、日等国还准备从2020年起建设月球农场和工厂，研究开发利用微波照射等提炼氦的技术，以解决能源供应问题。并把多余的能源输送回地球。从2030年开始，月球上的居民将完全能做到自给自足。月球到地球之间设有定期往返的航线，中途还有供人们休息和娱乐的太空旅馆。

航天界还有一个更令人鼓舞的目标，到2050年，在月球表面建造一个巨大的人造气罩，内有青山绿水，自然环境如同地球一样。到了那个时候，月球上将出现一座座崭新的城市。不过，由于客观因素影响，月球城市的居民不会太多，也许只有数百人。

太空旅行

美国安德鲁航天技术研究所已研制出一种新型推进方案，取名为“炼金师”。该方案能够大幅度降低航天飞机起飞和飞行的费用。因而，几年来一直停留在宣传阶段的太空旅行不久将成为现实。

与以往的设计不同，航天飞机将不再凭借自己的力量起飞，而是由一架类似波音777的飞机来运载。如果采用传统的垂直推进方式起飞，航天飞机需要非常大的推力才能克服重力，而采用运载飞机可节省很多花在推进剂上的费用。另外一项降低费用的举措就是减轻安装在运载飞机上的航天飞机的重量，使之降低到通常起飞重量的五分之一。其中的奥秘在于，航天飞机的燃料箱里只装氢气。至于推进器工作所必需的、占推进剂总重量80%的氧气则由运载飞机和航天飞机在大气中共同生成。为此，它们需要在8000米高空盘旋3个小时之久。在盘旋的过程中，由涡轮机吸进的空气只有20%在推进器中燃烧，剩余的空气从燃烧室旁边的管道中通过。通过热交换器使这些空气充分冷却，变为液态；然后在离心机中分离空气中的其他成分；最后剩下纯液氧，其中的一部分被抽取到航天飞机的燃料箱里。在这之后，运载飞机和航天飞机发动火箭推进器，升到5万米的高空。在那里，航天飞机与运载飞机分离，航天飞机使用自己储备的氧气飞入太空。

这种背负式技术还有另外两个优点：首先，航天飞机可以在世界上任何一个大型机场起飞；其次，起飞时的水平位置会让旅客们觉得更舒适些。富翁丹尼斯·蒂托飞往国际空间站花了2000万美元，但15年后，我们的太空之旅或许只需花费大约2万美元。

太空移民举步维艰

现在，人类已经掌握了比较成熟的航天技术，到宇宙中旅行，甚至居住都已经不再是梦想。面对地球的人口压力，科学家们提出了向宇宙其他星球移民的设想。但是，这个设想暂时还无法实现，因为它涉及到方方面面极为复杂的科学问题。

首先，人类及动物在地球环境中经过漫长的演化，才逐步适应了目前地球上的物理、化学的生存环境。一旦到太空去生活，那里的生存环境与地球截然不同。即使设计的与地球环境相似，但也很难长期保持。一旦发生环境变化，后果不堪设想。

其次，人类在太空中居住一旦遇到流星袭击，空气就会逃逸。缺乏维持人类生存的空气，人类及动物将无法生存。

第三，在太空建造人类生活区，不但耗资巨大，而且以目前的科技水平也难以实现。所以，人类向太空移民的设想，目前看来，还很难实现。

航天飞机会破坏臭氧层

目前，我们都已经了解了臭氧层的价值。它在距地面大约30千米的高空，相当于给地球穿上一件衣裳，可以保护人类，免受太阳紫外线的伤害。过多的紫外线照射，会损害人的免疫能力，使人类皮肤癌发病率增多，并危及海洋生物的生存，因此保护臭氧层是全球数十亿人们的共同责任。

据科学家研究发现，氯气和氯化物，氧化氮、氧化铝等都是破坏臭氧层的杀手。然而固体火箭助推器燃烧时在它的排放物中就会有上述物质。尤其是航天飞机的发射，据科学家统计，航天飞机在起飞后的2分钟内就向大气中排放出187吨氯气和氯化物，7吨氧化氮和180吨氧化铝，这些物质足以破坏800吨臭氧，这个数据是相当惊人的。

因此，我们必须采取有效的措施改进航天飞机的发射技术，以便保护人类赖以生存的地球，保护臭氧层。

航天飞机升降方式不同

航天飞机发射都是垂直升空，返回地面时，却像滑翔机一样无声无息地降落。这是为什么呢？

发射时的航天飞机身上“绑着”比自己还要大的外燃料箱，还有两枚助推火箭。在这些“大力士”的帮助下，航天飞机先上升到几十千米高空，扔下两枚耗尽燃料的助推火箭（它们可以用降落伞回收后重复使用）。再上升到100多千米高度时，又抛弃庞大的外燃料箱，这时航天飞机本身的发动机才足以把它送上几百千米的轨道。

航天飞机挂了那么多东西，当然无法像飞机那样水平滑跑起飞，而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。再说火箭发动机只能短时间工作。因此，航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升，尽快冲出稠密的低层大气。当它返航时，早已摆脱了累赘的外挂物，就能像滑翔机一样降落。

飞机发射卫星

我们都知道，要把卫星从地球送到太空，必须要克服地球的强大引力。传统的发射卫星方式是利用火箭作为运载卫星的工具。将卫星固定在火箭的前端，火箭点火后，在极短时间内达到第一宇宙速度，从而使卫星脱离地球，在太空中环绕地球飞行。

可是，这种传统的发射卫星方式有一个缺点。发射卫星时，往往需要多级火箭；况且，火箭都是一次性使用，不能重复利用，因此，随着火箭级数的增加，卫星发送的成本就跟着急剧增加。

能不能既节省投资，又能安全可靠地将卫星发送上天呢？有人把目光投向了飞机。现在，飞机的技术日趋完善，人们设想，用飞机将卫星带到尽可能高的高空，借助飞机的速度和高度，只要使用一级火箭就可以发射卫星了。这样，不仅可以大大节省卫星发射的地面设备，还可使相同质量卫星发射的成本大大下降。目前，利用飞机发射卫星的技术已基本成熟，即将投入正式使用。

回收“太空垃圾”

在太空中，漂浮着许多废弃的航天器及其零部件，我们把它们称为太空垃圾。太空垃圾中，大多数都是金属物品，它们可不是普通的“废铜烂铁”，而是十分宝贵的黄金、钛和钨等，具有很高的回收价值。

还有一些“垃圾”就更宝贵了，它们是一些失效的或失控而未能进入预定轨道的卫星。如1980年发射的“太阳峰年观测卫星”，运行还不到1年时间，就因不能对太阳定向而成废物。1984年4月10日，“挑战者”号航天飞机将它抓入货舱，修复了它的对日定向系统，并加装一台观测器，使这颗重2吨、价值2.4亿美元的科学卫星起死回生。

对一般只有8～10年工作寿命的卫星，通常都可通过更换部件、局部维修等方式，使它“返老还童”，费用只不过几百万美元而已。而修复后的卫星所发挥的作用是远远超过维修费用的，所以，我们要对“太空垃圾”回收再利用。

模拟天空

天空也能人造吗？英国科学家已经建了一个直径8米，安装着640个灯泡的大圆顶，这就是人造天空。这个人造天空能够模拟地球上任何气候条件下的光照情况，用来测量各种云层遮蔽天空时进入室内的太阳光辐射量，还用于测量不同时刻、不同气候条件和不同地区在一天中所得到的室内光照量。通过研究，人们能在将来更好地利用太阳能。

第二章 微电子与计算机技术

微电子技术计算机是20世纪最重大的发明之一，它对人类社会的发展有着极其深远的影响。在信息社会中，微电子技术是基础，计算机和通信设施是载体，软件技术是核心。计算机技术的推广和运用，已经逐渐改变了整个世界。

从1946年世界上第一台电子数字计算机诞生，到“微处理器改变全球”，仅仅经历了半个多世纪，它的发展速度令世界上任何其他技术都望尘莫及。进入21世纪，人类又在研制以人工智能为基础的新一代计算机，这种计算机具有处理人的自然语言的能力，可以方便地实现人机对话，而且有高度的智能——不仅可以在生产现场进行各种作业，还能在办公室中和商业服务等行业从事多种智力型劳动或服务工作。

总之，随着社会的不断进步，人类将迎来计算机的智能时代，相信不久的将来，人类社会的信息化进程将会出现质的飞跃。

一、微电子技术

微电子技术

微电子技术是微小型电子元器件和电路的研制、生产以及用其实现由电子系统功能的技术领域。在该领域中，最主要的是集成电路技术，因此，微电子技术是随着集成电路技术，尤其是大规模集成电路技术的发展而发展起来的一门新兴技术。

与传统的电子技术相比，微电子技术不仅可以使电子设备和系统微型化，更重要的是它引起了电子设备和系统的设计、工艺、封装等方面的巨大变革。集成电路设计的出发点不再是单个元器件，而是整个系统或设备，像晶体管、电阻、连线等传统的元器件都是在硅基片内以整体形式互相连接的。

晶体管

1946年1月，贝尔（Bell）实验室成立了固体物理研究小组及冶金研究小组，并设计出了第一个晶体管，即在一个楔形的绝缘体上蒸金，然后用刀片把楔尖上的金划开一条小缝，并将该楔形体与锗片接触，在锗片表面形成间距很小的两个接触点。这两个接触点分别作为发射极和集电极，衬底作为基极。经过无数次实验，终于在1947年12月23日首次观察到了该晶体管的放大特性。从此，世界上第一个晶体管诞生了，拉开了人类社会步入信息时代的序幕。

集成电路

1958年，德克萨斯仪器公司的工程师们发明了集成电路。尽管当时一块芯片上只能集成5个晶体管，但是这种将多个晶体管和电阻、电容元件集成在一块芯片内的新型器件，标志着半导体器件的制造工艺水平产生了飞跃。

集成电路的出现打破了电子技术中器件与线路分离的传统，开辟了电子元器件与线路甚至整个系统向一体化发展的方向，为电子设备的性能提高、价格降低、体积缩小、能耗降低提供了新的途径，也为电子设备的迅速普及、走向大众奠定了基础。

集成电路的应用

目前，微电子芯片已经成为现代工业、农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。例如，在日本，每个家庭拥有的集成电路芯片平均在100个以上。

由于集成电路的原材料主要是硅，因此有人认为，人类自1968年已经进入了继石器时代、青铜器时代、铁器时代之后的硅器时代。

随着微电子技术的发展和微型计算机的产生，信息技术的应用得到极其广泛的普及，较重要的信息技术应用成果多达5000余种，人们将其概括为“3C”革命和“3A”革命。“3C”革命是指通信、计算机化和自动控制技术革命。“3C”革命将人类社会推向了划时代的信息新社会。“3A”革命，又称为“三化”革命，是指工厂自动化、办公自动化和家庭自动化。“3A革命”的深入发展，将整个人类社会全面推向自动化。

IC存储卡

IC存储卡仅包含存储芯片而无微处理器，一般的电话IC卡即属于此类。

IC智能卡

将指甲盖大小的带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡。银行的IC卡通常是指智能卡。智能卡也称为CPU（中央处理器）卡，它具有数据读写和处理功能，因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点。所谓离线操作是与联机操作相对而言的，它可以在不连网的终端设备上使用。离线操作不仅大大减少了通信时间，也能够在移动收费点（如公共交通）或通信不顺畅的场所使用。

IC卡的优点

①存储容量大。磁卡的存储容量大约在200个数字字符；IC卡的存储容量根据型号不同，小的几百个字符，大的上百万个字符。

②安全保密性好。IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码。

③CPU卡具有数据处理能力。在与读卡器进行数据交换时，可对数据进行加密、解密，以确保交换数据的准确可靠；而磁卡则无此功能。

④使用寿命长。

IC卡的主要应用

IC卡的开发、研制与应用是一项系统工程，涉及到计算机、通讯、网络、软件、卡的读写设备、应用机具等多种产品领域的多种技术学科。因此，全球IC卡产业在技术、市场及应用的竞争中迅速发展起来。IC卡已是当今国际电子信息产业的热点产品之一，除了在商业、医疗、保险、交通、能源、通讯、安全管理、身份识别等非金融领域得到广泛应用外，在金融领域的应用也日益广泛，影响十分深远。

①IC卡在银行系统的应用。银行卡大体分为两类：信用卡和储值卡。

②IC卡收费系统。它包括电费、水费、煤气费、通信费等各种消费资源费用的收取。

③IC卡医疗保险系统。

④公交管理系统。

另外，还有交警管理系统、工商管理系统、IC卡电子门锁、IC卡税务管理系统、高速公路收费系统等多种IC卡应用系统。

二、计算机

绿色计算机

绿色计算机的开发利用，各个国家都很重视，纷纷斥资进行这方面的研究。美国环保局提出“能源之星”计划，其标准是：个人计算机耗电从150～130瓦降到30～50瓦。符合这一标准的，可以贴上“能源之星”标志。

绿色计算机将更符合“人机工程学”的要求，主机、显示器、键盘等的造型设计更适合人使用，减少因长时间操作造成的手腕和上肢疼痛，降低因长时间在屏幕前工作造成的视力下降，降低电磁辐射（如采用平板显示器、主机机箱采用金属板屏蔽），保护操作者的健康。

总而言之，改进后的绿色计算机将更能与人“和睦相处”，是人类既实用又有利于健康的计算机。

便携式电脑

按电脑的外形来分，家用电脑分为台式和便携式两种。便携式电脑就是便于携带的电脑。它体积小、重量轻、功能全、一机多能。移动办公的专业人员如：科学技术研究人员、工程设计和工矿企业的专业人员、市场营销人员、经常外出的经贸人员使用它非常方便。

便携式电脑自带电池式电源，显示器、主机、键盘合为一体，并具有台式电脑的各种配置，有的便携式电脑还直接带有打印机和传真功能。新型便携式电脑还有大容量硬盘，模块化全内置，全面端口和双重鼠标器等优良性能。

典型的便携式电脑从外表看像个小箱子，打开就可进行各种计算机操作，好像一个笔记本，常叫它“笔记本电脑”。便携式电脑还有能在膝盖上操作的膝上型电脑，可在手掌上使用的掌上型电脑等种类。

多媒体电脑

多媒体技术将使电脑变得更为有趣、更吸引人。而在未应用的范围中，多媒体电脑也肯定将扮演一个重要的角色。

多媒体电脑的核心技术是声音和图像的数字化处理，它把电视机、录音录像机及通信功能结合在一起，实现了一机多能。

多媒体电脑可以自动播放CD唱片，编辑曲目、调整音乐的音质和音量；可以自行录制、编辑音乐各种声音文件；用多媒体电脑可执行多种播放程序，看电视节目，播放VCD、DVD影碟片，对影像可以复制、储存、移动；多媒体电脑通过调制解调器和电话机相连结，这样就可以用电脑打电话、发传真，在各种网络世界里漫游和寻找信息，并可以收发电子邮件，建立电子信箱。

光盘驱动器、音箱、调制解调器、声卡、视卡和声、像编辑软件是多媒体电脑必备设置。

个人计算机

目前，有些计算机公司，推出了简单易用的个人计算机，这种个人计算机是互联网的终端机，它没有硬盘，并且可以在互联网上寻找所需的软件。这种计算机由于构造相对简单，因此可以减少维护费用。一般的个人计算机维护费用太高，为了及时更新软件，并进行必要的维修，每年每台个人计算机维护费用从800美元上升到1.3万美元，这实在是一个不小的数目，给计算机用户造成很大的经济负担。而这种互联网终端机的维护费用约为2500美元。从这一点看，简单易于使用的互联网终端机就很受用户欢迎了。

世界著名的微软公司，寻求制造价格只有500美元的互联网计算机。这一做法很多计算机厂家纷纷予以支持，因为这种简易交互式个人计算机价格便宜，传输速度高，目的是把电视机显示器和计算机连接起来。

现在的个人计算机搭载MMX（多媒体指令系统扩充），可以使低价的个人计算机具有高档计算机的性能：速度快，并且可兼做音像设备，供娱乐用。

个性化是个人计算机很重要的一个发展方向。

个性化计算机的特点是：更灵活，更加多样化，能迎合用户的需要。个性化计算机能发送或接收无线电数据，会识别主人的声音，按口语指令进行计算和处理。开机后可自动地显示你所喜欢的体育节目和其他节目，甚至自动地倒过来重放球赛中精彩的场面。在企业运用上，它可以自动地显示出某些企业的库存商品，报告交通情况，提醒你应该购买牛奶、鸡蛋了，并且能自动查询各商场的价格，甚至可以通知送货上门，或者在电子账户上为你代劳，进行交易。个性化计算机的安全系统能防止他人盗用你的计算机进行各种活动，使你免受损失。

神经计算机

随着智能计算机的不断发展，科学家们想模仿人的大脑构造和工作而造出一种新的计算机，这种计算机称为神经计算机。然而要造出这种计算机可不是一件轻而易举的事。因为，科学家对人脑的结构已经知道得比较清楚，但人大脑里的神经网络的工作原理，还存在许多困惑。比如说人是怎么学习的，就还没弄清楚。人大脑的神经网络太复杂了，各个细胞间是怎么相互联系的，还没有完全揭示出来。换句话说，人大脑还有许多未解之谜。另外，因为人脑的神经网络太复杂，因此完全模仿它还存在相当大的困难。

现在，神经计算机只能初步模仿人脑神经的网络，研究出的人工神经网络（也有的是神经计算机）就具有了很好的效果，且显露出它的美妙前景。

专家认为，人脑学习功能，是把神经细胞之间的连接形式不断加以改变，使网络功能不断提高，人的智慧也就发展了。现在研究神经计算机的目的，就是想制造出能听懂声音，能辨认景物，具有学习能力的智能计算机。这种计算机机有些科学家称它为第六代计算机或人工大脑。如果研究成这样的计算机，它的计算速度可达到1015次／秒，而目前最好的计算机运算速度仅为109～1010次／秒。

20世纪90年代前期到中期，神经计算机已获得了应用。例如，在纽约、迈阿密、伦敦飞机场用神经网络检查塑料炸弹和爆炸物，每小时可检查600～700件行李。

美国制成一台神经计算机，专门用于模式识别，如分析心电图、脑电图波形，对细胞自动分类计数，染色体分类识别等。它的工作过程由三层人工神经网络共同完成：第一层是提取特征并用数据表示出来；第二层是对这些信息进行运算，获得模式；第三层是把获得的模式与预先存储的模式相比较，完成识别。

光计算机

光计算机就是靠激光束进入由反射镜和透镜组成的阵列中，对信息进行处理。也就是说，光计算机，就是利用光作为载体进行信息处理的计算机。

光计算机有很多优点，首先，光计算机运算速度快。目前计算机所用晶体管改变开关状态的时间一般需要0.4×10－9秒，而光开关装置则为10－12秒，也就是光开关每秒可进行10000亿次逻辑动作，真可谓是神速。

其次，实现并行处理信息非常容易。光计算机中利用反射镜、棱镜、分光镜等，可使光柱按任意方向传送。光信息在发生交叉时也不会受到干扰。光在空间可以实现并行传递，可以实现几十万条光同时传递。一块直径有5分硬币大小的棱镜，通过信息的能力是现在全世界电话电缆线的许多倍。

还有，光计算机不发热，噪声小。电子计算机中电子流动，会产生热量，而且当工作频率超过100赫以上时会形成驻波，再加反射信号的影响，形成电磁干扰。光子不会碰撞，不会产生热量，因此噪音干扰也就很小。

光计算机的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等，都已获得了突破。但是，光计算机的技术还处在中级阶段，不够成熟，另外它的造价要比电子计算机昂贵，而电子计算机应用和发展还正在旺盛时期，因此，科学家们预计，光计算机进入实用阶段还需一段时间。

生物计算机

用生物芯片制造的计算机就是生物计算机。所谓生物芯片就是指用蛋白质分子作元件制造成的集成电路，因此也有人称生物计算机为蛋白质计算机、下一代计算机。

生物计算机的外部用一种非常薄的玻璃膜制成，内装精巧的晶格，晶格里安放生物芯片。由生物芯片组成的生物集成块完成计算机主体工作。这种计算机有着广阔的发展前景，因为它有很多优点：

第一、体积小。1平方毫米芯片可容纳数亿个电路，芯片密集度可达到每平方厘米1015～1016个，生物计算机的体积可缩小至现在计算机的103～105分之一。

第二、存储容量大。生物计算机一个存储点只有一个分子大小，所以生物计算机的存储容量可达到普通计算机的10亿倍。

第三、运算速度快。科学家估计，蛋白质集成电路大小是硅片集成电路的千分之一，甚至达到十万分之一，而运算一次只需要10－11秒，仅为目前集成电路的运算时间的万分之一。生物计算机运算比现在计算机快多了。生物计算机元件的密度比人脑神经细胞的密度高100万倍。

第四、散热快。生物芯片中传递信息时，由于受到的阻抗低，耗能低，仅相当于一般计算机的十亿分之一，所以容易散热。

第五、可靠性高。生物计算机一个重要特点就是具有自我组织自我修复功能，它若与人脑结合起来，听从人脑指挥，就可以具有更高的性能。生物计算机可以用基因工程方法进行生产制造，成本相当低。

智能计算机

计算机经历了从第一代电子管计算机到第二代晶体管计算机，从第三代集成电路计算机到第四代大规模集成电路计算机的历程。目前，我们广泛使用的计算机基本上属于第四代。近年来，不少国家正在研究第五代计算机，也就是所谓的智能计算机。

智能计算机究竟是什么样的呢？一些计算机专家已经向我们描绘了美好的前景。这种智能计算机不仅会学习，会思考，会推理，能听懂话，能认识字，必要时甚至会自己编排新的工作程序。要使计算机实现“人工智能化”，就要求计算机具有一定的知识结构，具有高速度运算处理能力。计算机能够通过看、听、嗅接受外界的各种信号，利用程序进行判断、推理、思考、及时作出正确的选择。在原有程序不够用时，计算机能自己编制一定的程序继续工作。也就是说，在某种程度上像人一样。

如果智能计算机真的能诞生，到时候又会给人类社会带来翻天覆地的变化。

把电脑穿在身上

未来数字化服装的质料，可能是有计算能力的灯芯绒、有记忆能力的平纹细纱布和太阳能丝绸，人们不必再携带手提电脑，而是把它穿在身上。这事尽管听起来不可思议，但人们其实早已开始把越来越多的计算和通信设备穿载在身上了。

由此看来，戴在手腕上的一体化电视、电脑和电话，将不再是“蝙蝠侠”的专利了。

二、网络

计算机网络“网络”一词有许多种含义，但人们通常指的则是电脑网络。用电话线把无数台电脑像蜘蛛网一样连接起来，这恐怕就是一个最形象的比喻了。

由于网络的规模大小和所覆盖的地域面积多少的不同，计算机网络被划分为局域网、城域网与广域网。

局域网的规模较小，联网的计算机可能只有几台或几十台，通信线路不长，一般多指企业内部的网络。城域网是指一个城市范围的计算机网络。广域网是指更大范围的网络，可以大到一个国家，甚至全球。

一般企业建立局域网，由于联网的通信线路短，可以获得较高的传输速率。随着传输速率的提高，三网之间界限会越来越模糊。

互联网

互联网泛指由多个计算机网络相互连接而成的，在功能和逻辑上组成的一个大型网络。在科技高度发达的今天，互联网作为一种信息共享的大众传媒，已经是无所不在了。

互联网具有不容置疑的技术优势。发生在地球某个角落的一件事，通过互联网可以转眼之间传遍全世界。

互联网的前身，是20世纪70年代的美国军用电脑网络。1969年，美国的阿里·罗伯茨奉美国国防部高级研究规划局之命，为美国军队建设一种新的战略电脑通讯网络。这种网络当时叫做“阿帕网”。

当初的“阿帕网”连接着4所大学的计算机主机，其目的是保证计算机系统在遭受敌人攻击时不至于全面瘫痪；因为这一网络有4个结点，即使其中一两个结点遭到摧毁，还可以通过其他结点寻找或传递消息。

若干年后，随着计算机网络相关技术的大规模发展，使用“阿帕网”的人以及与之相连接的计算机不断增加，并从美国扩展到了全世界。

因特网

因特网有两个重要的特点：一是大。据1998年7月的统计，因特网已覆盖212个国家和地区，目前全世界登记的域名达650多万个，因特网的用户有一亿多人。二是规范统一。因特网统一使用“TCP／IP”网络协议，为各种应用的开发提供统一的平台，因而已经有了许多标准的应用。例如：万维网浏览、文件传输、电子邮件、远程登录、新闻组等。

网上旅游

现代化的都市生活节奏紧张而又繁忙，难得有机会去游览观光。今天，只要你“登”上国际互联网，一切原望都可以实现。现在网上的旅游“景点”多得数不胜数。你可以先“去”一趟山水甲天下的桂林，以了夙愿，然后“登”泰山而一览众山，再“爬”长城，圆一回好汉梦。

如果你还想四处去逛一逛，去瞧一瞧，还可“游”西湖美景，“逛”苏州园林，尽情享受人间天堂的美妙风光；假如感觉中国旅游还不能满足你的需要，还可以出国“观光”，既不用办护照，也不用办签证，只要在电脑上找到相应的网址，几分钟之内，这些愿望都可以实现，巴黎也会展现在你的面前。沿着香舍丽榭大街漫步，“穿过”举世闻名的凯旋门，“登上”闻名于世的埃菲尔铁塔，再去“参观”古老而豪华的罗浮宫。而且只要你愿意，还会有一位知识渊博、充满耐心的“导游”陪伴在你的身旁。你只要随时用鼠标点击相关的旅游“最点”说明，这位“导游”就会向你展示该“景点”的历史、传说、趣闻逸事、当地风情……它会使你在游览的同时获得更多的知识和乐趣。

网上旅游让你省钱，省时间，而且又使你轻松地游遍全世界，给你的生活带来了很多方便，你心动不如行动，赶快上网吧。

网络学校

因特网为我们提供了崭新的教育方式：网络学校。网络学校带给人的最大方便就是学生可以随时打开电脑学习，完全不用担心漏课，而且不用去学校的课堂读书，图书馆和实验室都将通过网络进入学生的家中。学生可以把作业用电子邮件传到老师的电子信箱里，由老师批阅后再传回给学生。

学生在网络学校中的学习过程非常有弹性，这使学生感到很轻松。

网络图书馆

众所周知，图书馆是供人们查阅资料，获取信息的场所，是使公众的信息实现大家共享的地方。因此，图书馆的藏书量越大、设备越先进、服务越全面、越周到，它发挥的作用就越大，对人类社会发展所做的贡献也越大。

随着计算机技术的发展，新型信息文献载体已悄然进入图书馆，从早期的录音带、录像带、缩微胶片到当前流行的电子图书、电子期刊，全文数据库、激光唱盘、激光视盘、教学软件、电子游戏软件等等，人们获取信息的途径已不限于印刷类型的图书文献。以前读书借书前要翻阅目录柜里成千上万张卡片，现在，计算机读目录数据库取代了体积庞大的目录柜。读者不但能够从多种途径检索馆藏图书，而且还能够检索到其他图书馆的馆藏图书。

国际互联网的建立和完善，让“数字图书馆”的成功离现实也不远了。这样使全球范围内人类共享资源的这一梦想成为现实。

读者可以访问网上所有开放的图书馆，他们将就所学习的某个专题收集到尽可能多的资料。假如你把检索到的文字资料不加选择地打开阅读，很可能花费一生的时间都阅读不完。

网上医院

21世纪，我们已进入了一个全新的社会——网络社会。网络跟我们的生活关系越来越密切，例如网上医院便是医学上的一大进展。

现在网上求医、网上治病已越来越普遍了，这对传统医疗方式来说是一种新的挑战和变革，特别是对于地处边远山区的居民无疑是一个福音。患者不必长途奔波，登门求医，而只需坐在家中打开电脑，进入国际互联网上医生的网址即可。一旦双方取得联系，治疗便开始了。对于那些患有疑难病症的病人，通过这种远程医疗，可实行异地会诊，集中各地专家的集体智慧开展工作，使病人得到最好的治疗。

网上医院不仅使医学研究得到了长足的发展，还拯救了很多病危的人，为人类作了很多贡献。

网上购物

目前的招商银行一网通、中国银行长城借记卡等都可以在网上购物时用于支付货款。你只要在银行办理了借记卡，再在电脑上安装一个电子钱包，就可以上网购物了。

电子钱包中的信用卡和交易信息，由持卡人自己设定的口令保护，当持卡人使用浏览器购物需要付款时，电子钱包被自动启动，在持卡人输入的口令得到验证后即可进入电子钱包界面。在电子钱包中进行网上交易的数据是加密后在Internet上传输的，只有银行信用卡处理器才可以打开交易数据。电子钱包内置了数字签名，信用卡处理器验证通过后，通知商家，完成交易。交易结束后持卡人的屏幕上将显示所发出的订购请求和商家的确认信息。目前新浪网、8848数字巅峰等网上购物站点均已支持中银电子钱包了。具体购物操作各网站均有详细的提示，操作十分简单。

网上冲浪

在因特网严重超载的情况下，由于带宽不足，其冲浪速度常常很慢。这里有一点小窍门，可以稍稍加快你的冲浪速度。

一是过一会儿再试。因特网服务器允许很多人在同一时刻访问同一页，但有时有些服务器可能来不及处理多人发来的浏览请求，这时候请耐心等待，最合适的方法是等一会儿再试，而抓紧时间浏览其他节点。因为浏览器是可以同时打开好几个窗口、同时浏览好几个地方的。

二是采用升级调制解调器，那样上网速度将大为改善，省下的电话费和网费不久就会抵消其升级的费用。

三是在一般情况下，把显示图片的功能关掉，这样可以省去许多下载图片的时间。

另外，下载软件时，最好用断点续传的下载软件，这样若你掉线之后再次上网，它可以接着上次下载的地方继续下载。

网上看直播

如果你进入中央电视台的网站“WWW.cctv.com”，你就可以点击“新闻联播直播”，在网上收看中央电视台的新闻联播了，而且，任何一天播过的新闻联播，你都可以挑出来收看。

网上直播是通过因特网把实况信息传送给网络用户，这跟电视差不多，但你得先在网上免费下载一种软件，这种软件的常用视频格式为RealVideoG2，然后，你才可以看直播。

宽带

宽带所采用的是大容量光纤网络和超大规模集成电路，把语音、数据、图像等所有的信息，分解成一定长度的信息单元，然后互不干扰地进行传输和交换，构成一条非常灵活的高效网络。

宽带可以将多种不同的信息，综合到这一单一的网络中，就好像不管是高级轿车，还是小客车、大货车，大家都可以行驶在多车道的大型高速公路上，为用户提供快捷有效的服务，其网络的效率和资源利用率也大大提高了。

宽带技术的出现为信息产业带来了很大的方便。过去，由于电脑网络的带宽问题没有解决，许多信息就只能压缩了，网民们只好到音像店去买光盘，而不能直接在网上获取大量的信息。随着宽带的出现，这一难题如今已迎刃而解了。比如说，从前从网上下载一部新MTV，需要很长时间，而有了宽带后，只需数秒即可完成。

信息高速公路

即利用先进的尖端技术，连结成一张大容量、高速度的，就像高速公路一样快捷、方便的信息传输网，让用户得到大量的综合信息。“信息高速公路”这一提法，出自于1991年当时身为美国参议员的阿尔·戈尔。他主张把全美国所有公用的信息库及信息网络都连结在一起，形成一个全国性的大网络，使人们利用、传递信息更加方便。

因特网中的信息传递

当传送一个大文件时，因特网先把它分成一个个较小的信息块，每一块（称为IP分组或包）都标明发送方和接收方的地址单独传送。待所有的信息块到达目的地后，再根据传输控制协议重新整理、排序、合并，恢复为原来的文件交给用户。

数字化信息

巴比奇是剑桥大学的数学教授，早在1830年，他就沉醉于一种想法：只要能将信息转换为数字，那么就可以用机器来处理信息了。

直到20世纪30年代末，科学家才找到以“0”、“1”作为代码的方法来转换信息，这样，任何种类的信息都可以被转换成只用0或1的组合表示的数字。因特网上的一切信息，不论看起来多么复杂，归根到底，只不过是0与1的不同排列组合而已，例如大写字母A，数字化后就变成了01000001。

因特网的免疫功能

科学家们利用因特网传播迅速的特性，已创建了一种电脑空间免疫系统：当局域网中的一台计算机检测到一个文件或一些程序代码中有可能包含病毒时，它就会将其复制并传递给“管理员计算机”，这台计算机把收到的信息通过因特网转发到病毒分析实验室，这个实验室自动鉴别出文件中所含的病毒，并分析出这种病毒是怎样感染其他计算机的，然后再把指令传给“管理员计算机”，这样，“管理员计算机”就可以在局域网中消灭这种病毒。

三、计算机的功用

计算机“复制”医生

由专业工作人员把某一位专家医生的文字资料组织好，其中包括这个大夫诊治过的病人的病历、诊断结果、所开处方等等，然后由计算机软件专家编制专门的程序把这些珍贵的原始资料输入计算机储存起来，这等于建立起一个这个大夫的知识库。要使计算机具有应用这些知识的本领，计算机就要具有推理、判断、演绎、决策等能力。这就是计算机专家系统的核心部分。当经过培训的医务人员利用这套人工智能专家系统接待病人时，只需将病人的症状特征、化验检查结果等原始数据输入计算机，计算机很快就会根据这些信息作出诊断，开出药方，就好像这个大夫亲自在给病人诊治一样。采用这种方法可以将许多不同优秀医学专家的经验制成计算机专家系统，这样做有两个好处：一方面可以保护和发扬我国传统医学的知识宝库，另一方面也可以大大减少病人排队等候治疗的时间，可使病人及时就诊。特别是在边远地区的医院，如果也安装上这样的专家系统，病人不仅能及时地得到最好医生的诊治，而且用不着长途跋涉，既节省了时间，又减少了费用，真是一举两得的好事。

计算机“打假”

1976年，英国的《泰晤士报》登出消息和广告，说发现了300年前莎士比亚未发表的作品，并将大量出版。

但不久后，出版商被控告，指控他们伪造莎翁作品牟取暴利。原来，剑桥大学的两位教师，利用计算机分析了《莎士比亚全集》，查清了莎士比亚写作用语的特点。然后，又把这次所谓新发现的作品输入到了计算机中，进行对照、分析。结果发现，新出的这些著作，不少地方和莎士比亚的作品风格迥异，根本不是莎士比亚所写的。

同一年，英国巴新顿技工学校讲师梅里恩宣布《托马斯·莫尔爵士之书》是莎士比亚的作品。在这以前，专家们都持怀疑态度。梅里恩用计算机对莎士比亚著作和《托马斯·莫尔爵士之书》进行对比，结果发现这一著作中的41种用词习惯，有40种与莎士比亚的著作用词相同。后来，有人进一步考证，认为该剧本是莎士比亚在1593年时所写的。

计算机当打假“英雄”已经成为现实，它不仅在文学方面可以打假，在其他各行各业中，它也同样可以打假。

计算机当侦探

计算机也能充当侦探的角色，你相信吗？

用电话监听，或利用其他方法获得罪犯的讲话，再把嫌疑人的讲话，用声谱仪进行音色进行分析，输入计算机中，加以对比，就可以确定嫌疑分子和罪犯是不是一个人。即使罪犯有意改变声调，也体想骗过这种声音鉴定系统。计算机可以帮助司法部门辨认被怀疑人与罪犯的字迹是不是一个人所写，帮助我们查出罪犯。

计算机每秒可检索几百几千个指纹，速度之快是人工所不能比拟的。这种指纹自动识别方法准确度很高，能很好地帮助警方破案。

只要有人的一滴血，计算机就可对其中的“脱氧核糖核酸”进行分析，从它的分子的放射形状中可获得一份“遗传指纹”的图像。每个人都具有一个独特的“遗传指纹”图像，相似的只占几亿分之一。因此用它来确定罪犯是相当可靠的。

在侦察破案中，只要获得犯罪分子（嫌疑分子）的照片，即使在亿万人中，在一闪而过的情况下，计算机也能“过目不忘”，认出这个人。

有些先进国家正在研究利用遗传基因分析来判断罪犯的种族、眼睛、头型、头发的颜色、脸型，以便勾画出罪犯（嫌疑犯）的脸型面孔，帮助破案。

总之，用计算机当侦探去破案，比人的效率要快许多，在它的帮助下，犯罪分子被抓获归案的可能就更大了。

计算机找罪犯

1982年，美国亚特兰大，有一个一岁半的小孩福尔默被绑架。1985年，警方利用一种新软件，将他6个月时的照片输入到计算机中，计算机把照片老化到5岁时的模样。由美国国家广播公司在寻找迷失儿童的特别节目中向全国播出后，令人意想不到的奇迹出现了，他的爸爸竟找到了已长成儿童的儿子。

计算机是怎样将照片老化的呢？激光扫描器把照片复制下来，照片通过计算机转化成很多数据存入计算机中。然后再把这个人的父母兄弟姐妹等人的有关特征输进计算机，计算机根据这些特征，再按照人的生长特点（如头发、眉毛、嘴、眼睛、牙齿、皮肤等生长规律），自动地描绘出这个人几年后的面貌来。画出的是推理性想象的外貌，但与真实变化后的面貌异常相似。

美国有不少警察局采用了一种计算机成像系统。这种系统中存储有几十种眉头、嘴型、下巴，以及各式各样的发型和头发。再根据目击者口头描述，把罪犯的各种特征输入到计算机中，计算机就会根据这些资料拼出一个相似的面孔，让目击者来辨认。在计算机屏幕上得到的图像，看上去与彩色照片差不多。计算机根据警察描绘的图像画出的像，和照片极为相似，便于证人辨认，而且可以根据资料不断进行修改，使之与所描绘的形象一致。

计算机棋手

1959年，美国工程师塞缪尔给计算机编制出下棋的程序。不久之后，他本人就被计算机打败了。他本人是一名出色的跳棋棋手。这说明，计算机不仅能够玩智力游戏，还可以具有智力活动的能力。

1970年，在美国举办的国际象棋锦标赛中，计算机参加了比赛，其高超的棋艺博得观众的支持和赞扬。

1989年，由美籍华人许等4名研究生设计的“深思”计算机棋手，战胜了前世界冠军争夺者，国际特级大师棋手特·拉尔深。“深思”与10名国际象棋特级大师进行比赛，竟战成平手，它是世界上第一台取得国际象棋特级大师“棋力积分”的“计算机棋手”。

1996年，许毕业后与另外6人设计的“超级计算机棋手”“深蓝”是由256个处理器连接在一起工作的。它在3分钟内（国际象棋每走一步棋允许思考的时间）可以计算搜索500～1000种走法。它那强大的数据库收集了百年来国际象棋大师的下棋棋谱，并有开局和残局数据库。当残局到只有5个棋子时，残局数据库开始工作，可提供几十亿棋谱作为计算机决定走棋的参考。

1997年，“深蓝”的功能更高了，“深蓝”的运算速度提高了1倍。为了在1997年5月3日～11日的国际象棋比赛中能战胜世界著名的国际象棋棋王、世界冠军卡斯帕罗夫，IBM公司组成了由国际象棋大师组成的6人专家组，专门为“深蓝”出谋划策，他们研究走棋策略，制定新的战术，给“深蓝”编制新的程序，开赛后，“深蓝”终于以一胜二负三和的成绩，战胜了称霸国际象棋棋坛多年的冠军卡斯帕罗夫。

计算机当“教练员”

美国加州南部科托研究中心的艾里尔博士，最早使用计算机训练运动员。

他们曾搞过一个“优秀运动员计划”，集中研究美国几十名最优秀的男女田径运动员，拍摄他们比赛中的每一个动作，测量每一次呼吸和每一次心跳，以及其他参数，然后用计算机进行分析，拟出一套完善的训练计划，帮助运动员训练。他们把最优秀的运动员卡尔·刘易斯的跳远动作拍摄下来，每秒2000个镜头，并把这些图像显示出来，让运动员们“依样画葫芦”进行训练，并获得了意想不到的成绩。

20世纪90年代初，莱利担任纽约尼克斯队教练时，他雄心勃勃地想训练出一支能夺得冠军的球队。他让当时的助理教练沙米负责建立档案并操纵计算机。后来IBM公司推出一套“高级球探”计算机软件，这个软件能告诉教练，某一种攻守组合会产生什么样的结果，某名投球手和谁配合时得分率最高。

现在，借助计算机及图像处理技术，能大大提高运动员的水平。例如，1977年初德国国家女子滑雪队在奥地利进行训练时，用摄像机拍下图像，并借助于传感器测出各种数据，输入计算机中，加以分析和总结，让运动员清楚地领悟到怎样做才是正确的。

计算机足球运动员

既然计算机可以当“教练员”，那么计算机可不可以当运动员呢？当然没有问题，下面就请你欣赏一段计算机足球运动员比赛的实况。

1997年8月25日至28日的日本名古屋举行了一场前所未有的足球比赛——机器人世界杯足球赛。上场的双方球队各由5名身高、长相全都一模一样，直径约6厘米的能走动的圆柱形机器人组成。

机器人运动员虽然动作笨拙，但非常勇敢和顽强，运动速度快，使比赛充满了紧张感。它们不仅能传球、带球，而且还会三角传球等技艺。但有时它们也会出出洋相，比如，愣头愣脑的机器人不去踢球而是拼命去撞对手，有的机器人抵在墙上而“撞”懵了，不知往哪个方向跑，还有的机器人自破家门的次数比攻破对方球门的次数还多，使人看了忍俊不禁。

足球比赛是一项团体竞技运动，需要球员之间协同动作相互配合，这正是当前智能机器人的控制技术中最尖端的研究课题。因为今后人类可能经常遇到这样的情况，需要利用一群机器人来完成某项复杂的任务，它们之间相互协作配合便成为最难解决的课题。这就向计算机具有的智能提出了更高的要求。

计算机咖啡馆

1995年4月，美国纽约出现了计算机咖啡馆。这家咖啡馆是由书店改建的，里边20多张桌子上都摆有多媒体计算机，客人可以边喝咖啡，边通过计算机进入互联网，去领略它的神奇功能。使用多媒体计算机，半小时付5美元。

计算机咖啡馆的出现，很快就成为时髦的东西。东京电器街秋叶原的“计算机茶座”是由一位叫坂本胜一的人创办的。55岁的坂本去美国时见到这种新奇的经营方式，回到东京后，马上照搬不误，很快就开办了一家计算机茶座。这个茶座有几部多媒体计算机，顾客可以一边喝咖啡、红茶，可以一边操纵计算机调出“菜单”，查看感兴趣的信息和资料。每上机30分钟收500日元，相当于喝两杯咖啡或红茶的价格。

计算机咖啡馆很快风靡一时。日本东京都有一家具有80年历史的洋服店，独发奇想，也装上了18部多媒体计算机，办起咖啡与计算机联姻的计算机咖啡馆。在欧洲，也有不少人因还没有个人家庭计算机，而喜欢计算机咖啡馆。在中国，也开始出现网络咖啡馆，到现在，中国的网络咖啡馆已经很多了。

为什么计算机咖啡馆如此受欢迎呢？喝咖啡是一种休闲，在喝咖啡时，通过多媒体计算机观看精彩的比赛项目，查询有关信息，浏览交易市场行情，查询旅行指南，阅览报刊，在这里进行“高科技休闲”。没有个人计算机的人，可以在咖啡馆里学习如何使用多媒体计算机进入信息高速公路。

计算机当老师

要想教育好学生，老师首先必须具备多方面的知识。除此之外，还必须掌握各种技巧，使学生学得既轻松又好。而现实中不可能每位教师都是高水平的，那么如何解决这个问题呢？计算机老师不仅可以解决这些问题，还有许多是真的教师所无法相比的地方。

计算机在家里当老师，不仅可以减轻家长的负担，还可以代替家庭教师。计算机可以教孩子学算术、语文，背英文单词，学英文发音，还可同孩子进行游戏。在学习过程中，计算机会随时进行打分，对于学习成绩优秀者，还能奖励一段动画或游戏，寓教于乐，使学习不再变成一种枯燥无味的活动。

计算机当老师的另一个好处是，它诲人不倦，可以做到百问不厌。另外当学生遇到不会做的题，十分焦急时，它会放出轻快的音乐，让学生放松心情，慢慢地思考。用计算机教学生，有助于培养孩子积极思考的良好习惯。计算机当老师给社会带来的好处是难以估量的。

计算机写作

以前作家写一篇文章，往往要花费大量时间去搜集查阅某些资料，然而由于现在有了计算机，这些烦恼都可以抛到一边了。因为用计算机写作，完全可以避免这些问题以及其它的许多问题。作家用计算机写作可以把搜集的资料输入到计算机中，也可以通过计算机查找资料，再按照自己的思路进行创作，可以边思考，边输入自己的创作，显示器屏幕上会立即显示出来。作家可以随意地增删、挪动、修改内容和文字，或重新编排。特别是一本厚厚的著作草稿，想改某个人的名字，只要下达修指令，计算机会一下子把全书的这一名字全都改过来，方便之极。你想打印某部分，或打印全部书稿，只要选好格式和字体，计算机便会自动编排好，自动打印出来，在此同时，你还可以进行别的工作。计算机可以存储大量资料，用时可以很方便地调出来。

有一种新型写作计算机已被开发出来，作家把想象的情节梗概以及要求输入到计算机中，一会儿计算机给你提供几十个甚至上百个开头供你选择。故事情节发展和结尾都可以用计算机继续创作下去。

四、电子

电子邮件

我们平常写信用的是纸，写完后送到邮局去发寄，通过邮局的传递，才到达收信人手里，然后收信人才可以阅读。由于科学技术的不断发展，这种古老的写信方式正被一种新的方式逐渐取代，那就是电子邮件，这种方式是通过计算机网络传递实现的。

用计算机网络传递电子邮件，不仅速度快、省钱，而且节省纸张，特别方便。现在电子邮件已是国外公司竞争中不可缺少的手段，如果一个公司、一个营业者没有电子信箱，那是不可想象的，这就像过去一家公司、一个人没有一个信箱地址一样。

电子货币

计算机网络发展以后，人们便想到采用某种方式来代替现金和支票进行交易，电子货币于是应运而生。它是银行的智能卡之类的东西。智能卡内有一套集成电路，它的里面存储一定信息，就可以当货币使用了。人可以通过特种取款机或利用其他方法，把账号上的钱“装到”这个卡里。

这种卡有许多便捷之处，可用它到处打电话、买东西、付各种税款，它的使用和信用卡、电话磁卡不同。这些卡使用密码或身份证。而电子货币则和现金一样，在谁手内就归谁所有。当这张智能卡上的钱用完了，如果还要用钱，再办一张新卡就行了。如果你仍然想用那张旧的卡，到特殊的设备上刷一下，把你在银行的存款转到它上面就可以了。

电子出版物

电子出版物是指以数字代码方式，将文字、图画、影像、声音等资料存储在磁、光、电介质上，并且可以复制发行的大众传播媒体和新闻出版界认定的媒体。

电子出版物的载体是计算机和多媒体技术。电子出版物有只读光盘、交互光盘、图文光盘、影视光盘、照片光盘、磁盘等。一张软盘存5万字，几张十几张软盘就组成一套书了。现在，650兆比特的只读光盘相当于1000册30万字的书；18吉比特的光盘，相当于8个只读光盘之和。

电子出版物正被出版商们看好，人们在上网时也喜欢浏览和下载，因此被称为时代的宠儿，因为它有很多优点。首先，它的信息存储量大，并且检索查找方便。其次，它把图画、声音、电视图像、文字、动画集于一体，所以生动感人。还有，电子出版物节约纸张、价格低廉、保护环境、出版及时，快速传播、全球共享。另外，它便于携带、容易保存、易于查找。

电子图书

电子图书，就是把图书“电子化”。利用光电技术能把浩瀚的典籍浓缩存储在一个直径为13厘米的激光磁盘里。一套900百万个条目的百科全书贮存在里面只占了磁盘总存储量的五分之一空间，还有五分之四的空间可以利用。这种用磁盘存贮的图书就是电子图书。

电子图书能看还能听，有文字还有叙述和音乐，图书中的照片和插图是以动画的形式出现。看电子图书给人以音文并茂的享受。

当我们走进电子化图书馆时，出现在眼前的是一排排闪着亮点的电脑、条形码识别的自动借书系统、电脑输出微缩胶卷卡片柜和电子监测系统。这里藏有大量的电子图书和各种电子出版物，读者只需按按键盘显示器上就会迅速出现要查的内容。

电子商务

电子商务是一种新型的商业运营模式，它与传统的商业运营模式不同，也就是说，它是通过互联网实现企业、商户及个人消费者的网上购物、网上交易、电子支付。电子商务包含3个基本系统：商品信息系统（产品数据库）、资金结算系统、商品配送系统。

把办公室搬到家里

如今，人们可以在远离闹市的家里打开电脑，通过因特网来处理几十千米、几百千米之外办公室内的经济合同或其他公务，也可以把会议室“搬”到家里，和同事们或贸易伙伴进行商讨。

在家里办公，不仅可以使企业节省开支，还可以让员工更好地安排自己的时间。这样做对社会也有好处，比如可以减少车流量，减少废气污染等。

目前，许多人对在家里办公还存有疑虑。但随着媒体时代的到来，在家里办公的方式将会被人们广泛地接受。

电子词典

据统计，全世界共有上千种不同的语言。人们相互进行交流时，遇到的最大障碍就是语言不通。随着科学技术的飞跃发展，人们终于有了一个可以在很短时间里为自己当翻译的工具——电子词典。电

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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