作者：管成学,赵骥民
出版社：吉林科学技术出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
遨游太空：人类探索太空的故事试读：
序言
十一届全国人大副委员长、中国科学院前院长、两院院士放眼21世纪，科学技术将以无法想象的速度迅猛发展，知识经济将全面崛起，国际竞争与合作将出现前所未有的激烈和广泛局面。在严峻的挑战面前，中华民族靠什么屹立于世界民族之林？靠人才，靠德、智、体、能、美全面发展的一代新人。今天的中小学生届时将要肩负起民族强盛的历史使命。为此，我们的知识界、出版界都应责无旁贷地多为他们提供丰富的精神养料。现在，一套大型的向广大青少年传播世界科学技术史知识的科普读物《世界五千年科技故事丛书》出版面世了。
由中国科学院自然科学研究所、清华大学科技史暨古文献研究所、中国中医研究院医史文献研究所和温州师范学院、吉林省科普作家协会的同志们共同撰写的这套丛书，以世界五千年科学技术史为经，以各时代杰出的科技精英的科技创新活动作纬，勾画了世界科技发展的生动图景。作者着力于科学性与可读性相结合，思想性与趣味性相结合，历史性与时代性相结合，通过故事来讲述科学发现的真实历史条件和科学工作的艰苦性。本书中介绍了科学家们独立思考、敢于怀疑、勇于创新、百折不挠、求真务实的科学精神和他们在工作生活中宝贵的协作、友爱、宽容的人文精神。使青少年读者从科学家的故事中感受科学大师们的智慧、科学的思维方法和实验方法，受到有益的思想启迪。从有关人类重大科技活动的故事中，引起对人类社会发展重大问题的密切关注，全面地理解科学，树立正确的科学观，在知识经济时代理智地对待科学、对待社会、对待人生。阅读这套丛书是对课本的很好补充，是进行素质教育的理想读物。
读史使人明智。在历史的长河中，中华民族曾经创造了灿烂的科技文明，明代以前我国的科技一直处于世界领先地位，涌现出张衡、张仲景、祖冲之、僧一行、沈括、郭守敬、李时珍、徐光启、宋应星这样一批具有世界影响的科学家，而在近现代，中国具有世界级影响的科学家并不多，与我们这个有着13亿人口的泱泱大国并不相称，与世界先进科技水平相比较，在总体上我国的科技水平还存在着较大差距。当今世界各国都把科学技术视为推动社会发展的巨大动力，把培养科技创新人才当做提高创新能力的战略方针。我国也不失时机地确立了科技兴国战略，确立了全面实施素质教育，提高全民素质，培养适应21世纪需要的创新人才的战略决策。党的十六大又提出要形成全民学习、终身学习的学习型社会，形成比较完善的科技和文化创新体系。要全面建设小康社会，加快推进社会主义现代化建设，我们需要一代具有创新精神的人才，需要更多更伟大的科学家和工程技术人才。我真诚地希望这套丛书能激发青少年爱祖国、爱科学的热情，树立起献身科技事业的信念，努力拼搏，勇攀高峰，争当新世纪的优秀科技创新人才。
从人乘风筝上天说起
相传春秋时期的公输般会做木鸢。如果连敲三下他做的木鸢，不但能飞并且还能返回原地。据说公输般坐着木鸢侦察过宋国城市的情况。除了公输般外，也有“墨子作木鸢，三年而飞”的传说。人乘风筝的故事在西汉时期也发生过。刘邦和项羽打仗时，刘邦手下的大将韩信曾把项羽的军队楚军包围在垓下。韩信为了瓦解项羽军队的士气，日夜赶制出一个用绢绸、竹木等材料做成的大风筝，并找了一个身体轻巧的人坐在风筝上，乘着夜风悄悄地飞到了楚军的营地上空。不一会儿，从空中传来了凄凉宛转的楚国歌曲。歌声随夜风散布到项羽军队的驻地，引起了士兵们的思乡流泪、动摇军心。在军事上利用风筝的事例还有不少。如唐朝末年，田悦的军队包围了临安城，宋将张伾将求援的书信捆在风筝上飘出了城。田悦的军队想用强弓劲弩将风筝射落，无奈风筝飞得高度超出了弓箭的射程。最终临安城得以解围。
从这些记载中，就可以看到人类最早的航空活动了。
在整个航空和航天发展的历史中，能清楚地看到风筝所产生的巨大影响，如俄国的莫扎依斯基在发明他的飞机之前就乘着巨大的风筝飞行过。美国的莱特兄弟在研制他们的飞机过程中，多次用绳子拴着他们的模型，像风筝那样放上天去进行研究。他们发明成功的飞机是固定翼的，这在自然界的昆虫和飞鸟里是无可遵循的，是固定翼的风筝对设计起到了决定性的启发作用。英国的凯利爵士在1804年就用风筝作机翼，造成了一架能够平稳飞行的模型。后来，他又把它放大造成了能乘人的飞行器。
那么，第一个真正飞上天空的究竟是谁呢？这就是我们要讲述的蒙哥尔斐尔兄弟。他们多年来对飞行很感兴趣。1782年的一个晚上，约瑟夫坐在炉前，看见几张烧焦的小纸片飞起来钻进了烟囱。他对此很感兴趣。“瞧，”他对斯蒂斯说，“使纸片飞起来的力应该也可以使飞行器飞起来。”在这个自然现象的启发下，兄弟俩做了一次实验，他们用绸子做了一只袋底敞开的口袋，然后在袋底下生火，这只口袋很快升到天花板上。以后，他们又在室内外多次实验的基础上，用纸和麻布做成一个巨大的气球。1783年6月5日，他们在所居住的安诺纳村中把这只气球放上天空。许多人聚拢来观看他们用火堆给气球充气。大家都很惊奇地凝视着气球升到1 800多米的高空飘荡，最后降落到离村庄1.6千米的地方。蒙哥尔斐尔兄弟相信，气球是由燃料产生的某种未知气体抬升上去的。他们不了解火的作用只是把热空气充满气球，热空气比气球周围的空气轻，因而会上升；而当气球里面的空气冷却时，气球就慢慢降落了。
在巴黎，人们立刻筹集了款项，要在法国首都制造一个气球。著名的化学家詹姆士·查尔斯教授接受了这项任务。查尔斯教授知道一种比空气轻的气体，他称之为“易燃的气体”，即今天我们都知道的氢气。查尔斯教授决定用这种气体来充满气球。
在蒙哥尔斐尔兄弟的气球第一次升上天空以后11个星期，在1783年8月26日深夜，运货马车把氢气球送到了巴黎中心的一个公园。第二天，虽然下大雨，还是有一大群人前来观看气球升空。气球很快就消失在低垂的云层中，于是大炮鸣放一响，以示庆贺。
第一次放飞的氢气球飘行了24千米就降落在戈尼萨村附近。村里的人看到氢气球，以为这是来自天上的怪物，于是，他们把落下来的气球缚在马尾巴上，让马在田野上疾驰，直到把用西麻布制成的气球拖成了碎片。一个月以后，1783年9月24日，蒙哥尔斐尔兄弟在一只热气球下面挂了一只笼子，笼里放有一只公鸡、一只母鸭和一只绵羊。这是第一批乘气球的动物冒险家。
法国国王路易十四和朝廷大臣们看着气球从凡尔赛宫的广场上升起。气球在空中飘行了2.4千米后降落。那时候，人们对飞行给人体造成的影响还一无所知。动物们回到地面以后，人们立即作了仔细的检查。斯蒂斯和约瑟夫说：“飞行对这些动物并无损害。”
当蒙哥尔斐尔兄弟宣布他们正在制造载人飞行的气球时，路易十四只准犯人飞上天空。于是青年医生皮拉特·罗齐尔挺身而出，他说：“第一个飞上天的人是很光荣的。陛下，我愿意乘着气球飞上天空。”法国国王批准了他的请求。1783年10月18日，他第一次乘着气球飞上天空，人们在地面用一条绳索缚住气球，以防失控。最后，医生上升到了25米的空中。当他下来时，人们围住他，目不转睛地望着他，因为他立下了不可磨灭的功绩而活着回来了。
勇于探索的莱特兄弟
人们在当今世界，作洲际旅行有如家常便饭。而且航天飞机、宇宙飞船发射频繁，令人们的时间、空间概念有了很大改变。然而，谁能忘记人类在航空事业上的开拓者——威尔伯·莱特与奥维尔·莱特两兄弟呢？
200年前的第一次载人气球升空，开始了人类的航空史。但航空事业的飞跃，则以莱特兄弟制作的人类第一架动力飞机为里程碑。这架飞机第一次的飞行记录是：12秒飞行了37米。
莱特兄弟曾在美国印第安纳州中学读书，都没有毕业。兄弟俩自幼就对机械很有兴趣，常常制作一些小玩具出售以补贴家用。1896年，德国的滑翔飞行家里林达尔在试飞中遇难。这反而激发了莱特兄弟对飞行的兴趣。兄弟俩尽一切可能收集有关飞行的书籍，开始研制滑翔机。最初的滑翔机的升力很小，反复的实践使莱特兄弟找到了机翼形状与空气流动的关系。他们试制了200多个机翼模型，终于解决了如何保持飞行平衡的许多问题。1902年，31岁的奥维尔与35岁的哥哥威尔伯设计制造了12米长、340千克重，装有十几匹马力（约20千瓦）的内燃机动力飞机“飞行者号”。1903年12月17日，这架木架双层帆布机翼的螺旋桨飞机在北卡罗来纳州的沙丘上首次试飞。奥维尔驾着它飞行了12秒。当时，只有5个人看到了这次飞行。这一天兄弟俩轮换飞行了4次，最高的纪录是用59秒飞行了284米。
1908年，莱特兄弟签约制造美国第一架军用飞机。1911年，质轻、强度大的硬铝制的飞机研制成功，使航空工业又有了一次突进。以后，随着一次次科技新成果问世，航空工业不断地飞跃。短短80年，人类航空事业的发展用“日新月异”来比喻毫不过分。
莱特兄弟勤奋钻研，刻苦实践，勇于献身的精神，启迪着无数的后来者。弟弟奥维尔的生日8月19日，被定为美国的国家航空日。现在，美国的第一架金属飞机、第一架喷气机、第一个登月舱、第一架航天飞机等，一起陈列在美国航空及航天博物大厅里。
凡尔纳笔下的射人大炮
我们乘坐的飞机只能在大气层里航行，哪怕是最先进的飞机也飞不出地球去。由于地球的吸引力像一条看不见的绳索，牢牢地拴着地球上的每一个物体，要想挣脱地球的引力绕着地球转圈子，飞机的速度必须达到每秒7.9千米。如果要飞出地球到其他行星去，所需要的速度还要高，要达到每秒11.2千米。目前，飞机最高时速是3523千米，也就是每秒0.98千米，大约只有第一宇宙速度每秒7.9千米的1/8。这种速度是无论如何也飞不出地球去的。那么，什么样的飞行器才能飞出地球去呢？
这个想法其实并不新鲜。早在700多年以前，我国劳动人民就发明了火箭。那时的火箭很简单，在箭杆上绑上一个火药筒，筒里的火药点着了，向后喷出炽热的气体，产生了反作用力，于是火药筒就带着箭向前飞去了。
为什么只有火箭才能进行宇宙航行呢？
我们知道，一般的交通工具都是利用别的物体的反作用力前进的。只有火箭是依靠自己喷出的气体所产生的反作用力前进的。它不用空气助燃，完全可以在真空里飞行。所以，只有火箭才适合作宇宙航行的交通工具。但是，把火箭实际应用于宇宙航行并不容易，人们花了五十多年的时间，才于1959年发射了世界上第一颗人造卫星，才拉开了人类宇宙航行的帷幕。
这是因为需要解决推进剂和火箭速度的问题。推进剂包括燃料和氧化剂。火箭是依靠推进剂燃烧喷出燃气产生反作用力而前进的，因此燃料就必须具有能量高、重量轻、容积小的特点。科学家经过长时间的研究，才找到了液体氢、苯胺以及某些能燃烧的金属等许多新的燃料。与此同时，人们还找到了液氧来做氧化剂助燃。
火箭要达到每秒7.9千米的第一宇宙速度或每秒11.2千米的第二宇宙速度，靠一支火箭是根本不可能的。科学家们进而提出了接力赛的办法，于是多级火箭便诞生了。目前的巨型火箭都是多级的，能够以更高的速度把更重的物体送上太空。
100多年前，法国作家儒勒·凡尔纳写了一本科学幻想小说《从地球到月球》。小说中说：美国有个俱乐部，造了一门巨型大炮，炮筒有300米长，炮弹的弹壳有30厘米厚。炮弹里坐着三个人。“轰”的一炮，炮弹就把这三个人送到了月球上。
乘着炮弹能飞出地球，登上月球吗？不能。往天上打的炮弹就像往上抛的一块石头一样，最后总要落回到地面来，依然摆脱不了地球的引力。
早在17世纪末，英国物理学家牛顿，在前人积累的丰富知识的基础上又进行了长期细致的研究，得出了这样一个结论：任何两个物体的质点都是相互吸引的，引力的大小与两个质点的质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。这就是大家所熟悉的牛顿万有引力定律。
这就是说，大炮发出的炮弹，弹弓打出的弹丸，都不能无限制地一直向前跑，是因为有60万亿亿吨质量的庞然大物——地球的吸引力，迫使它们落回地面。它们能走的距离的长短，只能决定于用力的大小。
也许你会问：地球既有如此大的吸引力，它会不会把天上的月亮给吸引到地球上来呢？不会的。为什么不会呢？在这儿，我们要谈另外一种力，那就是离心力（指惯性离心力）。离心力也就是物体由于惯性的缘故，作圆周运动时产生的一个离开中心的力。比如说：我们乘坐疾驰的汽车，车拐弯时，人不免会向外倾倒，这就是离心力的作用。
吸引力、离心力，怎样来认识它们呢？你见过钢丝操纵模型飞机吧，当模型飞机环绕着操纵者作圆周运动时，可以看到钢丝被拉得紧紧的，这个拉得很紧的力叫拉力。而这时的模型飞机有一股往外抛的力，实际上这个力就是离心力。旋转的速度增大时，离心力在增大，拉力也在增大，当超过钢丝能承受的限度时，钢丝就会被拉断，这时拉力立刻消失，而模型飞机却因为离心力的作用，以惯性向外飞了出去。
由此可见，月亮绕着地球转，就是因为有着吸引力和离心力之间的相互作用，两者处于平衡状态，所以地球和月亮总是保持着一定的距离在那儿旋转着，地球不会把月亮吸引下来，月亮也不会抛开地球而去。
看来，要想飞出地球去，就得向地球的引力宣战！
如果我们有一门凡尔纳设想的大炮，我们把炮口向上，直对着天空，装上炮弹，开炮！
炮弹出膛的速度如果是每秒l千米，它上升到50千米左右，就开始往下落；炮弹出膛的速度如果是每秒3千米，它上升到490千米，就开始往下落；炮弹出膛的速度如果达到每秒5千米，它只能上升到1 500千米高；炮弹出膛的速度如果达到每秒8千米，它也只能升到6 700千米高。
要是我们能使炮弹出膛的速度达到每秒10千米，它就能升到25 000千米那么高。这时候，它离开地面已经很远，地球对它的引力已经减弱到地面外引力的1/25左右。与此同时，炮弹的速度已经减少到零了，它仍旧得往下落回地面。
当然，炮弹离地面越远，地球把它拉回来的引力就越小。要使炮弹跑得更远，就得使它有更高的速度。
假如不计算空气的阻力，要让炮弹彻底战胜地球的引力，我们必须使炮弹以每秒11.2千米的速度射出炮膛。达到了这样高的速度，炮弹就完全摆脱了地球的引力，飞向太空，一去不复返了。现在我们把炮筒转过90度，让它和地面平行。在这种情况下发射炮弹，看看会发生什么情况。
300年前，英国科学家牛顿在一本书里写道：“如果在山顶上架一门大炮，用火药的力量把一颗炮弹沿水平方向射出去，炮弹在落地以前，就会沿着一条曲线飞过一段距离。假定没有空气阻力，我们使炮弹的速度增加一倍，它飞行的距离差不多也增加1倍；如果速度增加10倍，飞行的距离也会增加10倍。只要增加速度，就可以任意增加飞行的距离。因此只要速度加大到一定程度，就可以使炮弹绕着地球转，甚至飞入宇宙空间。”
牛顿的设想是很有道理的。现在人们已经知道，使炮弹的速度达到每秒7.9千米，它就绕着地球转圈子，成为地球的卫星。每秒7.9千米就叫做环绕速度，或者叫做第一宇宙速度。人们还知道，使炮弹的速度达到每秒11.2千米，它就永远离开地球，进入宇宙空间。每秒11.2千米就叫做逃逸速度，或者第二宇宙速度。
然而，它脱离的毕竟还只是地球的引力范围，这时，还得把速度再增大，当增大到每秒16.7千米的速度，即第三宇宙速度时，飞行器就能脱离太阳的引力范围，可以飞到其他恒星的世界之中去了。
幻想终归是幻想，实际上，这三个速度，大炮是无论如何也达不到的。那么，用什么办法才能飞出地球的引力范围呢？
火箭的摇篮
远在北宋开宝元年（968），冯义升、岳义方制造了世界上第一支火箭——火药火箭。北宋咸平三年（1000），我国已经出现了火箭武器。制造第一枚火箭的人名叫唐福。火箭的结构很简单，在竹筒里装填火药，筒身上扎一根“定向棒”，可以操纵发射的方向，用火硝引点，使竹筒里的火药剧烈燃烧，推动火箭飞射敌阵而爆炸。
到了明朝，火箭武器又有了新的改进，抗倭名将、杰出的军事家戚继光，制造并使用了多种火箭武器，有飞刀、飞枪及飞箭，还有能齐射很多火箭的“火箭车”。从这时开始，中国的火药及火箭先是被传入阿拉伯国家，尔后，又传入了欧洲各国。
公元1484年，人类历史上第一次企图利用火箭飞向太空的尝试。发明者叫万虎（生平不详），做了一个用47支火药火箭支撑的木架，自己坐在架子上面，然后叫人把火箭同时点燃……这位探索空间奥秘的勇士，连同世界上第一个航天飞行器都被摔碎了。他用生命为人类开辟了一个新的纪元。在月球上的一座环形山以“万虎山”命名。18世纪末，中国的火箭技术传入印度。1780年，印度曾仿造中国火箭，以还击英国侵略军的舰艇。英军大为惊恐，称这种火箭为“中国飞弹”。
在以后的战争中，常规武器进步很快，火箭就被冷落了。直到1926年3月16日，美国人戈达德在马萨诸塞州发射了世界上第一枚液体燃料火箭，才揭开了现代火箭史的新篇章。从这以后，火箭技术步步高升，在第二次世界大战中，德国出动了Me-163型火箭战斗机，最高时速达960千米。德国的V-2飞弹轰炸了英国伦敦。美国也制造了由火箭推进的反坦克火箭炮。1957年10月4日，苏联用火箭发射了第一颗人造地球卫星“红色月亮1号”。1958年1月30日，美国发射了“探险者1号”，它的运载火箭飞到了2 000千米以外。1961年4月12日，苏联发射第一艘载人宇宙飞船“东方号”，苏联著名宇航员加加林乘“东方号”飞船，用1小时48分的时间绕地球飞行了一周。1969年7月20日，美国的艾德林·康世朗和柯林斯，乘“阿波罗11号”登上了月球。1971年4月，苏联发射了“礼炮1号”太空站。1981年4月12日，由美国研制的第一架可重复使用的航天飞机飞向地球轨道，绕地球飞行了36圈，从起飞到降落经过了54小时20分。
所有这些，都使用了火箭。
1621年，我国出版了一部专门记载武器的书《武备志》。书中介绍了两种有趣的武器：一种叫“神火飞鸦”，一种叫“火龙出水”。“神火飞鸦”的样子像乌鸦，外壳是用竹篾和纸做的，里头装着炸药，身上插着许多带火药的火箭。火药点燃后，火箭靠喷气推力，把纸乌鸦发射到敌人的阵地上，药引子又把“乌鸦”身子里的炸药点着，马上爆炸开来。“火龙”是竹木做的，样子是龙头鱼尾，身上也插着火箭，身子里也装着炸药。“火龙”比“飞鸦”高明，它身子里还有一级火箭。等身上的火箭工作完毕以后，又会点燃身子里的火箭。因为有两级火箭的持续推动，所以“火龙”飞得更远。因为这种武器是从水上发射的，所以叫“火龙出水”。“飞鸦”和“火龙”可以说是现代导弹的祖先。推动它们的火箭，也可以说是运载火箭。
第二次世界大战期间，1944年夏天的一个傍晚，伦敦市民看见许多像茄子似的大家伙从天而降，接着产生巨大的爆炸声。原来这是希特勒吹嘘的秘密武器：导弹。希特勒曾夸口说：“由于使用秘密武器，德国将会赢得这次大战的胜利。”但当时技术水平还比较低，自动控制设备并不十分可靠，所以导弹的命中率很低。1944—1945年，德国向英国发射了一千多枚导弹，只有30%左右飞到目标区。
希特勒失败以后，导弹并没有受冷落，恰恰相反，苏联和美国都加紧了对导弹的研究，而其中最引人注意的是航程远威力大的洲际导弹。洲际导弹最初出现在1957年。它分四个部分：核弹头（即核炸弹）、推进系统、控制系统和弹体。它的特点是个子大，身高二三十米，胸围三五米；飞得远，能飞一万多千米；爆炸力强，相当几十万吨到一百多万吨梯恩梯炸药。
洲际导弹是用多级火箭来推动的。多级火箭能把它送到1 000—2 000千米高的外层空间。那里的空气几乎没有空气阻力，当火箭发动机停止工作以后，弹头还可以沿着弹道飞出去，到快要接近目标的时候，再进入空气层，射向目标。洲际导弹一般要在发射场上发射。为了不被敌方发现，免遭敌方袭击，通常把洲际导弹藏在隐蔽的地下发射井里，发射的时候从地下或地上射入天空。也可以把洲际导弹装在车上或者舰上。近20年来，洲际导弹也有了“母子弹”，到了接近目标的时候，一个弹头分成几个，各自沿着不同的飞行路线，飞向不同的目标。
前面说过，洲际导弹是用多级火箭推动的。现代多级火箭是由几支单级火箭组合起来，一支火箭就叫做一级，它们是顺序点火工作的。譬如一支两级火箭，起飞的时候第一级先点火工作，燃料烧完后，两级火箭分开。第二级接着点火继续加速，第一级则掉回地面。第二级燃料烧完以后，速度增加了一倍，加上原有的速度就达到每秒10千米的最大速度。这个速度已经足够使火箭变成人造卫星了。
增加火箭级数，能不能无限制地提高最大速度呢。因为级数越多，整个火箭的构造和控制就越复杂，可靠性会大大降低。目前，发射人造卫星只要用两级或者三级火箭就够了。
敲开天宫大门的使者——人造地球卫星
1957年10月4日，这是一个激动人心的日子。这一天，苏联人把他们著名的人造地球卫星“红色月亮1号”送入了太空。这是人类制造的第一颗人造卫星。这颗卫星虽然很小，直径只有50厘米，但这表明，人类本身进入太空的一天即将来到了。
相隔不久，苏联“红色月亮2号”人造卫星又紧接着它的姐妹卫星进入太空。它比第一颗卫星大5倍，并装载着更多的对太空进行探索的仪器，而且还带着一条狗。
这条狗叫“莱卡”，它是太空探索的先行者。科学家们可以通过它身上的科学仪器，收听到关于它身体状况的信息。然而，遗憾的是，当时还没有掌握卫星回收技术。但是，“莱卡”向人类证明，动物是可以在宇宙飞船上生活得相当舒服的。
紧随苏联又有许多美国的人造卫星进入太空。每一颗人造卫星都使我们进一步加深了对太空的了解。但科学家们并没有为此而感到满足。美国人花了整整3年的时间，才研制成第一艘载人的宇宙飞船。但是，仍然有一些人认为，人类永远不可能在太空中生存。的确，人类要想到太空中去，是存在着许许多多的困难的：
首先，太空中没有空气。人类没有空气就不可能维持生命。虽然现在携带氧气并不那么困难了，但是，太空探索者的旅程可能长达几个月甚至几年之久，他们不但要携带相当分量的氧气，还要反复地利用这些氧气。
其次在太空中，所有的东西都会产生失重。宇宙飞船在太空中产生失重时，会使人感到非常难受，无法站稳，一切东西都必须牢牢地固定住，否则就会飘浮起来。这时连吃饭也成了一件相当困难的事情，食物都要由喂食机填塞到人的嘴里去。一枚针飘浮着，就可能把一台仪器毁坏掉，那是相当危险的。
对于太空中的流星可能带来的严重危险，科学家们也是非常担心的。为了抵御流星，科学家们一直在不断地改进宇宙飞船，尽量使其完善。使他们感到放心的是，还从来没有宇宙飞船遭到过流星的摧毁。
对于宇航员来说，最危险的莫过于发射离开地面和降落返回地面的时刻了。宇宙飞船发射时突然的加速度产生巨大的震动，宇宙飞船快速冲向天空，几秒后就达到每小时40 000多千米的速度。当宇宙飞船的速度越来越大时，飞船上的宇航员就被重重地推回到自己的座位上，宛如有一块巨石把他压下去一样，不能动弹。所有的宇航员都必须经受得住加速推进的冲击，并且能在加速推进中理智地控制自己。这就是为什么要对宇航员进行精心严格训练的原因之一。在宇宙航行史上，尚未出现过因加速推进而令宇航员丢掉性命的事。
宇宙飞船返回降落的时候是另一个极为危险的时刻。1958年时，科学家们还不懂如何收回卫星，所以只得忍心让“莱卡”在太空中死掉。现在，宇宙飞船返回地面似乎是平常和容易的事情了。但是，事实上，却并不容易。
倘若宇航员所在的飞船不能顺利地降落，那么，他将遭受到比加速推进时更大的痛苦。如果他降落的速度太快，宇宙飞船就会与地面撞击而被摧毁。
科学家们怎样才能使宇宙飞船缓慢而平稳地返回地面呢？
宇宙飞船上带有一些小火箭。在返回时，宇宙飞船就向飞行的相反方向发射这些小火箭。这些火箭燃烧时产生的力量使宇宙飞船下降的速度放慢。随后，它们全部的降落伞张开，有3到4个张开而充满空气的降落伞拉着正在降落的宇宙飞船，这样，降落的速度就越来越慢，最后轻轻地飘落到地球表面上。在一般情况下，宇宙飞船都是溅落在海面上，并且可以很容易地被人们找到。
宇宙飞船降落时，必须准确地沿着指定的路线。如果它垂直地急剧下降，下降的速度就会太快，小火箭的力量和降落伞都无法阻止它的速度，这样它就有可能会在大气层中被烧毁，或者可能坠毁在地面上。要是它不垂直下降的话，又可能会出现另一种危险，它不但不能返回地面，相反，有可能重新游离到太空中去，我们也许永远也无法再找到它了。
在返回的时候，宇宙飞船就必须沿着这样一条在危险之中的正确路线返回。为了寻找每一个宇宙飞船返回的正确路线，科学家们在不倦地工作。每年都有许多卫星被发射到太空中去收集科学家们所需要的太空资料。
美国的第一批人造卫星叫“探索者”。“探索者1号”携带着测定流星数量和测量太空温度的科学仪器。接着，美国又连续发射了许多卫星。美国的探索卫星中比较大的称为“先锋号”。第一颗先锋号是在1958年发射的，它现在仍旧在轨道上运行着，并将一直运行下去，也许将继续运行几千年之久。它直接从太阳获得动力，并将继续向我们的子孙后代发回有关的电讯资料。
现在，已经有几千颗不同类型的卫星在环绕着地球运转，它们一方面服务于人类，另一方面还在继续探索宇宙的尚未被人类所揭示的秘密。现在，科学家逐渐掌握了宇宙飞船如何安全返回地面的技术，为人类进入太空奠定了基础。
卫星各显神通
夜深了，一位年轻姑娘独自走在黑暗的街道上。突然，一个幽暗的人影向她走来，眼看一场拦路抢劫就要发生！姑娘迅速将手揣进衣袋里，手指按在里面一个小装置的按键上。片刻之后，警察的巡逻车赶到现场，罪犯被逮捕了，姑娘得救了。那么，是什么使姑娘幸免于难呢？原来是在姑娘头上36 000千米高空上盘旋着的一颗卫星，人们亲切地称它“保镖”卫星。
美国普林斯顿的物理学家杰拉德·奥尼尔研制的这种卫星系统是由三颗卫星组成，这三颗卫星始终翱翔在地面固定位置上空的静止轨道上。地面上发送信息的人，有一个像电子计算器大小的以电池作为能源的收发两用机相配合。
上面说的姑娘就是把信息输入收发两用机里，发送到卫星上去的。卫星在收到信息以后就对地面进行扫描，依靠收发两用机发出的定位器信号，向地面发送信息。这种信息是经过设在地面的一台超级电子计算机处理，然后就被传输到最近的警察局。超级电子计算机能在几微秒的时间内处理完信息。
这种地球卫星还可以用来报告火灾、车辆和医疗救急。在许多这样的场合下，发送信息的人应当头脑清醒。如果由于健康原因你不能发出信息也不要紧，可以在收发两用机上附上一个能够识别你心跳、血液化学成分等的传感器代你发出信息。如果有人敢于谎报军情，卫星上有许多内设的保险装置，能够阻止这种恶作剧。因为每一个发送信息的人都有自己的识别代码，他在发出警报时不可能不暴露自己的代码和位置。地球卫星根据你的准确位置（误差只有1—1.2米），不仅能阻止报告假的遇险信号，而且还能防止收发两用机本身被盗。对奥尼系统，强盗可能干的最傻的事情就是，他偷了收发两用机以后自己又使用它。
这种卫星系统并不是旨在使人同卫星进行直接联系的唯一的通讯工具。在美国宾夕法尼亚州，莫比尔卫星公司正在设计一个围绕轨道运转的系统，使人能够跟踪火车和货车的活动，同时，向边远的农村提供可靠的卫星电话服务。
除了“保镖卫星”，还有一种救人脱离苦难的卫星。
航海失事得不到及时的救援，与航海缺少可靠的、高效的通信手段有关。自1899年轮船上开始安装无线电通信设备以来，船与岸上的联系主要依靠短波通信。因为短波是靠电离层折射而传播的，所以受天气变化的影响较大，通信中断几小时乃至几天是常有的事。短波波段的频带较窄。随着远洋航海事业的发展，海事通信日益频繁，短波波段的通信频率十分拥挤，极易相互干扰。一份普通的莫尔斯码电报，通常需要6—8小时以后才能收到，远远不能满足海上失事救援、船舶指挥调度以及提高运输效率的需要。
20世纪60年代初，利用人造卫星进行洲际通信试验成功，这就为发展海事卫星通信创造了条件。利用人造卫星作为中继站的微波通信，具有作用距离远、通信容量大、可靠性高和成本低等优点。
1982年9月9日，加拿大一架乘坐了人的小飞机突然与地面失去联系，在不列颠哥伦比亚省东北部上空消失。营救部门随即开始了紧急的搜索营救活动。但是，这一地区山高林密，道路崎岖，利用现有的营救手段成功的可能性极小。
出人意料的是，苏联的试验型营救卫星“宇宙-1383号”发挥了作用，它是1982年6月30日发射的，按例行轨道运行，9月10日刚好飞越这个地区上空，清晰地接收到了小飞机上应急定位信标机发出的呼救信号。卫星立即把这一信息发送给安大略省特伦顿卫星搜索营救控制中心。经电子计算机处理，算出了飞机遇难的精确位置，控制中心立刻把这些数据传输给不列颠哥伦比亚省的维多利亚。载有营救设备和人员的“火牛”运输机，根据卫星提供的位置数据，迅速从该省的科莫克斯飞往出事地点，很快就发现了小飞机残骸，及时营救了包括飞机驾驶员、副驾驶员在内的3名受重伤的遇险者。
利用人造卫星救难，这还是第一次。迄今，世界上所使用的营救手段，主要是飞机和地面站。它所接收到飞机、舰船上应急定位信标机发出的呼救信号，随即组织营救。由于受视距的限制，飞机的搜索区域或地面站的接收范围不可能很大，特别是一些边远荒野地带，飞机在那里失事后，更不容易被发现。用飞机搜索营救费时费钱，成功率很低。据有关资料统计，全世界每年遇难的舰船约350艘。如何准确记录飞机、舰船遇难的时间，确定其出事的地点，多年来一直是个棘手的问题。
随着航天技术的发展，人们自然会想到利用卫星进行搜索营救的可能性。营救卫星系统主要由卫星和地面站两部分组成。卫星部分包括天线、接收机、信息处理机和转发器。地面站部分包括2—3米直径的接收天线和数据处理设备。卫星采用近圆形的极地轨道，轨道平面经过地球的南极和北极两地区，轨道高度为800—1 000千米。地球是从西向东自转的，所以一颗卫星每12小时就能绕地球一周。一旦它“监听”到飞机、舰船发出的呼救信号（频率为121.5、243、406兆赫），立即转发给地面接收站。如果卫星不在地面站接收范围上空它可把信号记录在磁带上，待飞经地面站上空时再把信号转发下来。
国际海事卫星组织于1979年7月宣告成立，总部设在伦敦。我国也是成员国之一。国际海事卫星组织的第一代海事卫星通信系统的目标是：凡是在南、北纬75度线之间海域内航行的船只，都能进行24小时的连续通信；自动迅速地与国内或国际通信网接通，使船只能同岸上的任何地点直接挂电话，发电报、传真和传输数据；有专用的应急通信线路，船只遇险时，一按电钮就能发出呼救信号；能向航行中的船只播送气象预报、海流情况和导航数据等资料。海事卫星通信网的建成，对于加强商船的调度管理，提高海上的运输效率，以及组织营救失事船只等都有重要意义。除了商船外，海上钻井船、海上采油平台以及远洋考察船等，都可以利用海事卫星同岸上进行通信联系，特别是可以迅速地把大量海洋探测数据传输到岸上的研究中心进行分析处理，以提高海洋资源勘测和开发的效率。
作为长期规划，国际海事卫星组织还打算发展第二代海事卫星系统。这个系统将由地球同步轨道卫星和极地轨道卫星组成，使包括南、北极在内的全球水域上的船只都能与岸上通信，并能观测气象，提供气象资料，帮助船只导航定位，实现通信、气象、导航三位一体。系统的服务对象，也将从海面的船只扩大到空中的飞机，陆上的长途车辆，直至所有的活动目标。
使卫星起死回生
把人造卫星送上了天，并不等于万事大吉了，“卫星管理”成了一项“惊天动地”的事业。
1984年1月29日，在刚刚建成的西昌卫星发射中心，“长征3号”火箭托举着“风云l号”卫星划破夜空，腾云而去。为之配套建成的以西安卫星测控中心为枢纽的地面测控系统，同时拉开了测控的战幕。
随着各测控站此起彼伏的报告，测控大厅大屏幕显示的红色实际曲线，吻着绿色理论曲线缓缓前行。“星箭分离！”“远望2号”从太平洋猛然传来报告，年轻的技术人员已兴奋得拍响了巴掌。然而在场的所有专家们却脸色一沉，“怎么，没有经过三级火箭的第二次点火星箭就分离了？”一份卫星轨道数据表明，三级火箭第二次没有点火，卫星并没有进入预定大椭圆轨道，而进入近地低轨道。如果在卫星绕地狂奔15圈之前捕获不到和不把它推向更高轨道，星上能源耗尽，卫星将彻底变成了“死星”。
几十位卫星专家、测控专家聚集在测控中心，展开紧急的讨论。新的测控方案终于产生：为避免预报误差，采取多站多天线分区域、地毯式捕捉。
1月30日12时，卫星转到了第11圈，预计出现的时刻到了，位于福建境内的闽西测控站首先发现目标，渭南测控站也紧紧跟上，并连续发出了数条指令，调整卫星改变轨道前所需要的姿态。当卫星运行到第13圈时，测控中心发出远地点发动机点火指令。几秒以后，人们从测得的数据判断，卫星已从距地200多千米的轨道上升到6 000多千米的高空轨道，虽然没能最终进入同步轨道，但卫星在这个轨道上足可生存10年，各种试验足可以完成，发射的目的达到了，抢救成功了！
经过第一次抢救的“风云1号”运转到1992年初，再次出现信号不稳，时有中断。几乎近一年的时间里，“风云l号”成了太空野马，地面无法驾驭它，更无法获得气象云图。1992年9月，国防科工委、航天部等几大部门召开会议决定，再次对卫星组织抢救。10月29日，上海卫星设计研究所所长和各路人马相继抵达西安，与测控中心的技术人员一起成立抢救小组。抢救的第一步是要在茫茫宇宙中捕获到卫星。然而，在没有任何引导数据的情况下谈何容易。连日来，喀什、长春测控站彻夜灯火通明，中心指挥大厅里更是人头攒动，人们都在各自的岗位上想着最佳方案。经过反复计算，论证，捕获开始了，测控中心首先组织各有关测控站对卫星进行多圈次拦截。11月8日终于在千里之外抓住了这匹“野马”。
紧接着，抢救工作全面展开。11月11日，“风云1号”卫星终于恢复正常。但经过第二次抢救的“风云1号”，没过多久，就彻底失控了。主要是卫星上计算机长期在太空运行后，数据经常发生跳变，时有程序被删改的现象发生。为什么会出现这种奇怪的现象呢？通过1994年2月发射的“实践4号”卫星所做的一系列太空试验，终于揭开了这个“谜”。
1994年2月8日，肩负着双重使命的“实践4号”卫星升空。为了获得更全面的试验数据，加上“长三甲”火箭是为发射运转轨道同步卫星所制的，因此，“实践4号”被送入了远地点36 000千米、近地点200千米的一个大椭圆轨道。卫星在这一轨道上运行，地面就可以获得200—36 000千米间不同高度的空间环境的有关数据。从2月15日到9月6日，卫星在轨道运行历时210天，实际接收遥测数据总量近1 000MBT。有了这些数据，“风云1号”卫星计算机跳变之谜就揭开了。数据表明：大气层以外的空间环境的恶劣程度远远超出我们的预想。有一种空间高能粒子可以穿透几厘米乃至更厚的铝板，而我们卫星上的计算机的保护没有任何防粒子冲击的功能，所以高能粒子经常穿透铝板直接破坏芯片，使程序出现混乱。
卫星上的原子能电站
1978年1月24日凌晨4点55分，在加拿大的某个镇，人们都还在熟睡之中，突然，一名正在守夜的工作人员惊愕起来，他抬头一望，只见天空里突然出现了一团耀眼的火球，后面还跟着许多小星星，它们从辽阔的天际划空而下，随即，迅速坠入冰封雪冻的大地……
这壮观的一幕，使得他惊奇不已：这神秘的坠星，既不像一般的彗星，也不像常见的流星，更不像飞机失事，这究竟是个什么大怪物从天而降呢？后来才知道，原来是一颗带有原子能电站的苏联人造卫星，在轨道上出了毛病，坠毁在加拿大境内了！
也许人们会感到惊奇，原子能电站是一个庞然大物，它在地面上重量上万吨，体积上亿立方米，怎么能装到一颗小小的卫星上去呢？
要把一座庞大的原子能电站，缩小到能装进一颗小小的卫星里，这需要在技术上进行重大突破。现在，就让我们看看卫星上的原子能电站究竟是怎样减轻重量和缩小体积的。
一般卫星上采用的太阳能电池是利用“光电元件”。在小小的卫星上要安装原子能电站首先在发电方式上要进行根本性的突破，即采用“热能—电能”的直接发电方式。这种发电方式其他的结构和太阳能电池基本相同，所不同的是它利用的是“热电元件”。这种元件体积小，重量轻，不需要再通过其他设备就能将原子核反应堆释放出的巨能直接转换成电能。这样一来，地面上那种原子能电站非用不可的笨重设备和庞大用水，就统统免掉了！光是这一项重大突破，卫星原子能电站的设备重量，就从成百上千吨猛然降到几十千克。
接下来，卫星上的原子核反应堆也进行了重大改革。地面上的原子核反应堆，为了防止射线对人体的伤害，采用了重混凝土、铁块、钢板等制成防护外壳，既庞大又笨重，所占的体积和重量，往往是原子核反应堆关键部位的体积和重量的几十倍，甚至上百倍！在不载人的宇宙卫星上，射线对人体伤害的事儿已不存在，所以不需要这层笨重的防护外壳。但是，宇宙卫星运行一段时间后仍会掉到地球上，带有放射性的卫星碎片还会污染大气，这又怎么办呢？为了解决这个问题，卫星被制成了两个部分，装有原子核反应堆的那一部分，另外配备一套火箭发动机。当卫星完成了预定的任务后，地面上发出“命令”，载有原子核反应堆的那一部分立刻脱离开来。火箭把它推进到1 000千米以上的高轨道上去，在那里，反应堆可以绕地球运转6 000多年！这么漫长的岁月，反应堆的裂变产物早就衰变光了。所以，再掉到地球上来时也就“太平无事”了。
宇宙原子能电站还有一项措施，是采用了高浓缩铀，这使卫星携带的核燃料大大减轻了。铀的提炼是一件相当复杂的过程，代价又十分昂贵，所以地面上的原子能电站使用的铀浓度是受一定限制的。铀要搬到卫星上去，重量和体积成了主要矛盾，所以代价再高，提炼再困难，也要尽力提纯它。掉下来的那颗原子能卫星，携带的高浓缩铀只有45千克重，整个反应堆的体积只有两张课桌大小，重量约400多千克（只占卫星总重的1/6）。还有些同类型的原子能卫星，反应堆的堆芯小到可以装进学生背的书包里去！
既然太阳能电池在宇宙卫星上的使用效果也比较理想，那为什么现在忽然加紧了对宇宙原子能电站的研究呢？
在围绕地球运转的卫星中，有一些是通信、气象等高轨道同步卫星。这种卫星体积小、重量轻，便于发射。但是它们所装载的太阳能电池，在限制体积和重量的条件下所提供的功率相当有限。如果要提高功率，就必须大大地增加太阳能电池的体积或面积。例如，设想中的500万千瓦空间太阳能电站，它所需要的面积竟然要达100平方千米！原子能则刚好相反，它能在相同体积和重量的情况下，提供出比太阳能电池大得多的功率。在不久的将来，人类将使用一种大规模的直播电视广播卫星，世界上无论哪个角落的电视机，都能从它那里收到图像清晰的节目。它所需要的强有力的电源，就要靠宇宙原子能电站来供应。
人类未来的星际航行，更是少不了宇宙原子能电站。因为在远离太阳系的广漠空间，宇宙飞行器接收到的太阳能将等于零，根本不能利用。即使在太阳系以内，也会因为距离越来越远而失去利用的价值。1977年，美国发射的“旅行者”宇宙探测器，它“访问”了太阳系里的木星、土星、天王星和海王星，可是这四颗行星绕太阳运转的半径，分别是地球绕太阳运转半径的5倍、10倍、20倍及30倍，因此，接收到的太阳能分别只有地球上的1/25、1/100、1/400和1/900！这哪里还有利用的价值呢？所以，“旅行者”宇宙探测器携带的就是一座功率巨大的原子能电站。
一箭送三星
1981年9月20日，我国成功地用一枚运载火箭，把一组三颗空间物理探测卫星送入轨道。这样我们便成了继美国、苏联和法国之后，在世界上第四个掌握这种被人称为“一箭多星”的发射新技术的国家。
实现一箭多星，有两种方法。
一种是把多颗人造卫星一次从运载工具中弹射出去。显然，被弹射出去的卫星差不多会在相同的轨道上运行。为此，只要在一枚运载工具上装入需要送上同一条轨道的多颗人造卫星就可以了。
另一种是把多颗卫星分别送上不同的运行轨道。携带不同用途的多颗人造卫星的运载工具，从地面起飞后，每到达一定高度就在控制系统的操纵下分离出一颗卫星。分离的卫星都会在由它分离时的高度和飞行速度所决定的轨道上运行。
我国这次发射的三颗人造卫星的运行轨道大致相同：距离地面最近点为240千米，最远点为1 6l0千米；运行轨道所在平面与地球赤道平面的夹角为59.5度，它所围绕地球飞行一圈的时间是103分。
这三颗人造卫星，装有l0多台探测仪器。它们肩负着测量大气密度、高空磁场、地球一大气系统向外辐射的红外线和紫外线、高空环境中质子和电子的数量及能量、太阳的X射线和紫外线等任务。对这些数据的探测，将为我国空间技术的发展提供空间环境背景资料，也为我国空间物理的研究工作创造初步条件。
这三颗人造卫星进入运行轨道后，无线电遥测系统便开始工作，利用无线电波，连续发送高空物理的探测数据和卫星在轨道上飞行时的姿态、星体内部的温度等工程数据。这是实时遥测。
由于无线电波是沿直线传播的，所以卫星飞离我国上空后，我们便无法接收。于是，卫星上配备了一套“记忆装置”，能把当时的各种信息记录下来，待卫星飞入我国上空时，再向回发送。因为地面站得到这些数据是若干分钟以前卫星所测得的，所以称为延时遥测。这样，我们通过实时遥测和延时遥测，就可以获得全球范围的探测数据了。
第一位飞入太空的人——加加林
苏联著名宇航员尤里·加加林于1961年4月12日乘“东方1号”飞船，用1小时29分34秒的时间绕地球飞行一周，成为第一位飞入太空的人。
加加林于1934年3月9日出生在苏联斯莫林斯克附近的一个农村，父亲是个木匠。在第二次世界大战期间，他的一家过着极其困苦的生活。苏联在这一带地区进行着非常艰苦的反法西斯的斗争。德军曾一度占领了加加林的家乡及其周围的村子，村子里稍大一点的孩子都被德军抓住送到德国做苦工去了。由于加加林当时很小，才没被抓走。在战争期间的绝大多数日子里，他们都受冻挨饿，常常只得用野草充饥。
英雄的苏联人民经过几年的浴血奋战，才把德国鬼子赶出了苏联，赢得了反法西斯战争的伟大胜利。村民们又开始了正常的生活，村子里建起了一座新的小学。加加林上学念书了。小加加林聪明勤奋，老师很快就发现他将会成为一个很好的科学家。后来，他被选送到莫斯科一个专门学校学习。在那所学校里，他被培养成为一个脑力劳动者。
年轻的加加林则希望能成为一名飞行员，他在莫斯科进了一所飞行员学校。加加林确实具备了飞行员所需要的性格，他冷静、沉着、敏捷、果断，很快就成了一名出色的飞行员。随后，他参加了苏联空军。在空军里，他很好地发挥了自己的飞行才能。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]