第8章
- 航空航天科學知識(青少年科普知識閱讀手冊)
- 張娟主編
- 5042字
- 2021-05-25 16:29:15
GPS全球定位系統
GPS的身上載有GPS全球定位系統的接收終端機構,它充分利用定位信號獲得準確方向。“斯拉姆”是采用GPS技術的第一種戰術導彈。
1991年1月16日,美海軍由A6型艦載攻擊機攜帶兩枚“斯拉姆”導彈飛向伊拉克的一座發電站,首先發射一枚命中發電站正面護墻,炸開一個大洞,隨后一枚接踵而至,非常精確地穿洞而入,在發電站內部爆炸,徹底摧毀了這座電站。
軌道太陽觀測臺
美國發射的觀測太陽的衛星系列,英文縮寫為OSO。自1962年發射OSO-1以來,至1975年6月已發射到OSO-X。OSO系列的主要任務是通過觀測太陽的紫外線﹑X射線和γ射線,系統而連續地研究太陽的結構﹑動力學過程﹑化學成分以及太陽活動的長期變化和快速變化。衛星由九邊形的輪鼓和半圓形的帆形物構成。輪部以每分鐘30轉垂直于太陽方向穩定自旋,帆部指向太陽。科學儀器分別置于輪部和帆部。OSO系列的軌道傾角約33°左右,高度約550千米,軌道為圓形。
OSO系列持續觀測了整個太陽活動周,技術不斷改進,獲得了大量的X射線﹑γ射線觀測數據和遠紫外線寬帶測量和譜線強度測量資料,OSO-2取得了氫Lα譜線﹑電離鈣的H和K線的太陽單色像。OSO-4﹑OSO-5﹑OSO-6取得284~1400埃范圍的太陽光譜和寧靜日冕﹑活動區﹑耀斑的X光譜,以及大量遠紫外線太陽單色像。衛星的定向和姿態控制精度愈來愈高,OSO-4﹑OSO-5分辨角約為1,OSO-6分辨角為35,OSO-7分辨角達20。OSO-6能在8分鐘內繪制整個太陽單色像或每30秒鐘繪出一幅選定區域的7575的局部太陽像,OSO觀測為研究太陽結構及其動力學提供了豐富的新資料。
軌道天文臺
美國發射的在紫外線、X射線和γ射線波段(側重于紫外波段)范圍內探索宇宙的衛星系列,英文縮寫是OAO。衛星重2噸多,長約3米,寬約2米;軌道傾角35°,高度750千米,形狀近圓形,周期100分鐘。
這個系列的第一顆OAO-1于1966年4月8日發射,由于電源失靈,發射后兩天停止工作,未取得任何資料。
OAO-2于1968年12月7日發射,攜有4架口徑32厘米的望遠鏡,在1000~3000埃間的4個紫外光譜區(有效波長在2600、2300、1500和1400埃附近)用紫外電視光度計對熱主序星作紫外光度觀測;攜有1架口徑41厘米的反射鏡,配上900~3000埃的寬帶光度計,用來研究彌漫星云的紫外線輻射和星際物質吸收;攜有4架口徑20厘米的望遠鏡組用作恒星光度測量;2臺恒星紫外物端光柵分光計,用來研究1100~4000埃區域的光譜細節。
OAO-3于1972年8月21日發射。為了紀念偉大的天文學家哥白尼500周年誕辰,被命名為哥白尼衛星。它攜帶1架直徑81厘米、f/20的卡塞格林望遠鏡和光柵光電分光計,研究熱星的紫外光譜;還攜帶3架小X射線望遠鏡研究3~9埃、8~18埃和44~60埃3個X射線波段的星際吸收和X射線源。
軌道地球物理臺
美國發射的綜合性空間觀測臺系列。它的科學測量內容包括太陽和銀河系的宇宙線﹑宇宙線中的不同粒子成分﹑γ射線能譜﹑行星際等離子體﹑輻射帶粒子﹑地球磁層和行星際磁場﹑高層大氣成分﹑射電天體﹑Lα線在地冕中的散射﹑地面反照率﹑地球附近的行星際塵埃密度等。每顆衛星完成20項以上的實驗。OGO系列最初采用自旋穩定系統,自轉軸對向地面,后來發展到由水平掃描器﹑太陽敏感器﹑氣體噴嘴系統和電驅動飛輪組合成的三軸穩定姿態控制系統。從1964年到1969年,共發射了6顆OGO衛星。
高能天文臺
美國發射的大型軌道天文臺系列。它的任務是對天體的X射線﹑γ射線和宇宙線進行高靈敏度和高分辨率的探測和研究,重點是研究X射線天文學。這個衛星系列原計劃研制4顆,每顆衛星重約9500千克。后來改為3顆,衛星的重量和體積也都縮小了,但仍不失為20世紀70年代最大的軌道天文臺系列。第1顆主要是進行X射線巡天探測,第2顆是詳細研究有特殊興趣的X射線源,第3顆測量γ射線和宇宙射線。
第1顆高能天文臺(HEAO-1)衛星于1977年8月12日由美國肯尼迪空間中心發射,初始軌道的遠地點和近地點分別為447和428千米,傾角22.76度,周期93.16分鐘,衛星重量3175千克。A-1大型X射線巡天實驗,主要目的是測繪0.15~20千電子伏能段的X射線源天圖,并測定其能譜﹑強度和時間變化;實驗儀器由7個X射線正比計數器﹑1個氣體系統和2個星體方位裝置組成。
A-2宇宙X射線實驗,主要目的是測量0.2~60千電子伏能段彌漫X射線的輻射與吸收;實驗儀器由6個正比計數器和1個氣體系統組成。
A-3掃描調制準直器實驗,目的是精確測定1~15千電子伏范圍內的選定的X射線源的位置、大小和結構;實驗儀器由兩臺配有正比計數器的掃描調制準直器﹑方位傳感器等組成。
A-4硬X射線和低能γ射線實驗,目的是研究能量范圍為10千電子伏~10兆電子伏的X射線和γ射線源的位置﹑強度﹑能譜和時間變化等特性﹔實驗的儀器由迭層閃爍計數器﹑粒子監測器等組成。
國際通信衛星
國際通信衛星組織經營的商用通信衛星系列。這個組織到1984年已擁有109個成員國。1965年4月6日,美國成功地發射了世界上第一顆半實用、半試驗的靜止衛星——國際通信衛星1號,正式為北美和歐洲之間提供通信業務,它是通信衛星進入實用階段的標志。衛星既可由運載火箭發射,也可由航天飛機發射。它有一個靈活的公用艙,能適應通信有效載荷的變化。衛星還廣泛應用了石墨纖維增強塑料,借以減輕重量。
國際通信衛星V號
現代世界上容量最大的國際商用通信衛星。整個衛星采用模塊式結構,由天線艙、通信艙和輔助艙3部分組成。天線艙是個結構塔架,上面裝有4個展開式拋物面反射器、2個饋源陣組件、2個覆球波束喇叭、5個遙測、指令和信標天線以及3個地球敏感器。通信艙裝有15臺接收機、43個行波管放大器、輸入多路調制器、輸出多路調制器和140多個微波開關等通信分系統組件。大功率行波管裝在衛星南北兩側板上,使熱量輻射到艙外空間。衛星的輔助功能器件,如動量飛輪、推進劑箱、管路和推力器均裝于輔助艙內。在中央套筒內裝遠地點發動機。姿態控制的電子設備、傳感器以及電源、遙測和指令分系統則裝在中央安裝板和南北短側板上。衛星采用被動式溫控,關鍵部件如遠地點發動機和推力器等裝有電加熱器。在衛星進入地球同步軌道后,拋物面反射器展開,南北兩側各伸出一個長7米、寬1.7米的太陽電池翼,并自動跟蹤對準太陽,為衛星的儀器設備提供電能。
國際通信衛星V號系列共有9顆衛星,截至1984年3月已發射了8顆。前6顆均由“宇宙神—半人馬座”號火箭發射,后2顆由阿里安號運載火箭發射。其中3顆衛星上還裝有1.6/1.5吉赫頻段的專供海上船舶通信用的海事通信轉發器,并采用重量輕、效率高的新型鎳氫蓄電池代替鎘鎳蓄電池。
國際日地探險者衛星
美國與歐洲空間局合作研制的觀測日地關系的天文衛星系列。這個系列的衛星從1977年10月到1978年8月共發射3顆。它們的主要任務是執行1976—1979年國際磁層研究(IMS)計劃,在地球磁層的最邊沿調查日地關系、研究太陽風與磁層交界面的激波和詳細結構,探測接近一個天文單位處行星際區域的宇宙線和太陽耀斑。
國際日地探險者1號和2號是同時發射的,后者由前者彈射出來,成為“母女”衛星。衛星軌道的近地點約280千米,遠地點約14萬千米,傾角28.7°,周期約57.5小時。1號和3號由美國制造,為16邊棱柱體,重量分別為340千克和470千克。2號由歐洲空間局制造,為圓柱體,重166千克,衛星以19.8轉/分自旋穩定。3號是第一個環繞空間日地系統中的一個拉格朗日平動點(離地球約150萬千米處)運行的衛星,也就是它既不環繞地球又不環繞太陽或月球運行,平動點處太陽引力恰好與“月—地”系統的引力平衡。
3號是一顆早期預報太陽活動的衛星,它比繞地軌道的1號和2號要早一個小時探測到太陽風的傳播。它還能提供銀河宇宙射線源和γ射線爆發的數據。3號于1983年被改名為國際彗星探險者衛星(ICE),任務為1985年9月與“賈可比尼—津納”彗星會合,探測彗尾中的等離子體密度、流動速度、溫度和重離子特性等數據。因此,它必須飛越月球并借助月球引力場提高運行速度。在與上述彗星會合后還將飛往哈雷彗星,測量太陽風對哈雷彗星的影響等數據。
“國際宇宙”號衛星
“國際宇宙”號衛星根據“國際宇宙”計劃用前蘇聯運載火箭發射的科學衛星系列。這些衛星由東歐各國研制探測儀器,前蘇聯提供衛星保障系統。用于研究太陽、地球大氣和行星際空間發生的物理現象,1969—1981年共發射22顆。
過載
作用在飛機上的氣動力和發動機推力的合力與飛機重力之比稱為飛機的過載。飛機所能承受過載的大小是衡量飛機機動性的重要參數。過載越大,飛機的受力越大,為保證飛機的安全,飛機的過載不能過大。一般飛機的G力很少超過5G,但戰機往往要做G力達9G的急轉彎去逃避敵人的攻擊。然而,9G對飛機也是極限了,不過不是機體承受不了,而是飛行員承受不了。飛行員在機動飛行中會因為過載承受超重和失重。飛行員所能承受的最大過載一般不能超過8。
高速光度計
高速光度計可在可見光波段和紫外波段范圍內,對天體作精確測量,既可確定恒星目標的光度標準,又可進一步識別過去已觀測到的天體情況。
高枕無憂的宇航員
人在太空,由于失重的緣故,站著睡和躺著睡是一樣的,而且也沒有上下之分。一張雙層床可以睡4個人。最上面睡1人,第2個人卻睡在上鋪的反面,和下鋪上的第3個人面對面,第4個人呢?站在床的側邊睡,各得其所,互不干擾。
宇航員每人有一個睡袋,“睡袋床”上都裝有臺燈、通訊裝置、電扇、隔音毛毯和特別床單,外還有枕頭。在空間睡覺,本來有沒有枕頭和軟墊子都一樣,只不過多年的習慣用起來感覺可以自然些。
睡覺前,宇航員跟在家里一樣,也把衣服脫掉,只不過要放到專設的小柜子里,免得到處飛舞。腳上的靴子不能脫,因為失重狀態阻礙血流正常流向腳跟,腳跟容易被凍壞。然后,爬進睡袋,把長拉鏈從腿部拉到胸前。再用皮帶系住腰部,戴上遮眼罩和隔音帽。最后調好空氣,關上燈。為了避免手臂懸在空中,還得把手插在腰部的皮帶里。睡袋的頭部雖然固定在艙壁上了,人的腦袋卻無法固定,睡覺時仍晃來晃去。不過,宇航員們仍能高枕無憂,安然入睡。
“哥倫比亞”號航天飛機
“哥倫比亞”號航天飛機是美國國家航空暨太空總署甘乃迪太空中心旗下擁有的太空梭之一。“哥倫比亞”號是美國的太空梭機隊中第一架正式服役的,它在1981年4月12日首次執行代號STS-1的任務,正式開啟了NASA的太空運輸系統計劃之序章。不幸的是,“哥倫比亞”號在2003年2月1日,在代號STS-107的第28次任務重返大氣層的階段中與控制中心失去聯系,并且在不久后被發現在德克薩斯州上空爆炸解體,機上7名太空人全數罹難。
“哥倫布”號計劃
歐空局聯合11個國家,正在執行一項研制“赫爾梅斯”號航天飛機和“哥倫布”號空間站的計劃。“哥倫布”號空間站由增壓艙、極軌平臺、服務艙和尤里卡平臺組成。增壓艙是空間站主體,為航天員工作和生活的場所;極軌平臺用于對地觀測;服務艙載有動力、溫控、通信和其他保障系統;尤里卡平臺是航天員從事空間科學實驗的地方。“赫爾梅斯”號小型航天飛機實際上也是空間站系統的一個組成部分。
跟蹤
由于運載火箭控制系統不可能絕對精確,航天器也就不可能一點沒有偏離地進入預定的軌道。因而,航天器進入軌道以后,地面就要測出它的實際飛行軌道。另外,在干擾力的作用下,航天器軌道會逐漸發生變動,地面也需要隨時知道它的變動情況。測定航天器軌道參數的任務由跟蹤設備來完成。目前常用的跟蹤方法有無線電跟蹤和光學跟蹤兩種。用光學方法跟蹤測軌要受到天氣條件的限制。使用無線電電測軌法,只要頻率、功率等選擇適當,航天器飛經地面站上空,就可以對它測軌。由于使用無線電電測軌法所受的限制條件較少,故而該測軌法是目前航天器測軌的主要手段。現在,使用全球定位系統(GPS)能順利地對航天器進行跟蹤及測軌。
跟蹤和數據中繼衛星
跟蹤和數據中繼衛星是轉發地球站對中、低軌道航天器的跟蹤、遙控信息和轉發航天器發回地面的數據的通信衛星。1983年4月,美國從“挑戰者”號航天飛機上發射了第一顆跟蹤和數據中繼衛星,它也是現代最大的通信衛星。跟蹤和數據中繼衛星相當于把地面上的測控站升高到了地球靜止衛星軌道高度,一顆衛星就能觀測到大部分在近地空域內飛行的航天器,兩顆衛星組網就能基本上覆蓋整個中、低軌道的空域。因此由2顆衛星和1個測控站所組成的跟蹤和數據中繼衛星系統,可以取代配置在世界各地由許多測控站構成的航天測控網。跟蹤和數據中繼衛星的主要用途有:跟蹤、測定中、低軌道衛星;為對地觀測衛星實時轉發遙感、遙測數據;承擔航天飛機和載人飛船的通信和數據傳輸中繼業務和滿足軍事特殊需要等。
廣播衛星
不必經過地面站轉播,可直接向用戶轉播電視和聲音廣播的應用衛星就屬于廣播衛星。轉播的原理和方法與在對地靜止軌道上的通信衛星相似,但其轉發器數目少、輸出功率大,天線定向精度高,覆蓋面積很大,故在邊遠地區、小島或山區的用戶都能直接收到轉播的節目。