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第28章 中国近现代科技史(11)

“北斗”导航系统具有卫星数量少、投资小、用户设备简单价廉、能实现一定区域的导航定位、通讯等多用途,可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求,缺点是不能覆盖两极地区,赤道附近定位精度差,只能二维主动式定位,且需提供用户高程数据,不能满足高动态和保密的军事用户要求,用户数量受到一定限制。但重要的是,“北斗一号”导航系统是我国独立自主建立的卫星导航系统,它的研制成功标志着我国打破了美、俄在此领域的垄断地位,解决了中国无自主卫星导航系统的问题。

防汛遥感技术

随着科技的发展,卫星遥感作为高新技术也已成为衡量一个国家综合国力的重要标志,在各方面的应用日益广泛起来。尤其是在防洪减灾等方面,卫星遥感已发挥了不可替代的作用。

我国自20世纪70年代末80年代初水利部遥感中心成立伊始,就将洪、涝灾害作为遥感技术应用的重点。早在1983年,该中心就成功地利用陆地卫星对三江平原挠力河洪水进行了监测。1987~1989年,水利部遥感中心、国家遥感中心航空遥感一部及国家测量局等有关单位,又相继在永定河、黄河、荆江——洞庭湖区和淮河干流开展了防汛遥感应用实验,将遥感与地理信息系统(GIS)相结合建成了一套防洪遥感信息系统。系统成功地实现了对洪涝灾情全天候、准实时地监测与查询,使防汛指挥部门在北京就能看到千里之外的洪涝现场情况。在1991年我国淮河、太湖流域发生特大洪涝灾害期间,发挥了重要作用。90年代初,我国国家“八五”科技攻关项目“防汛遥感实时传输系统”的开发工作又由水利部遥感中心主持并全面展开。该系统是综合应用遥感技术、GPS、GIS、航空卫星通信技术、计算机图像处理技术等多种高新技术建立的一个极其复杂、难度很大的科研工程系统,同时也是一个典型的3s(遥感、GPS、GIS)一体化系统,由信息获取、信息传输和信息处理三部分组成。信息获取主要由遥感飞机、侧视合成孔径雷达(SAR)、实时成像器、GPS等组成。信息传输采用“机——星_——地”(即飞机——卫星——地面)传输方式,由机载站、转发站和用户站等构成。信息处理由计算机图像处理、GIS及外围设备构成。实现了全天候、实时洪水监测。90年代末,我国又进行了“重大自然灾害检测与评估业务系统的建立”的课题攻关,汛期应用星载、机载SAR、气象卫星进行灾情监控,综合利用了航天、航空可见光、红外、微波等手段进行洪涝灾害的检测与灾情评估。该系统在1999年建成并投入使用,大大提高了定期发布国家旱情、随时检测评估洪涝灾害和重大自然灾害的应急反应能力,对突发性水灾,能够在系统进入状态后2天内提供受淹范围、各类土地面积等信息,一周之内提供包括受灾人口、受淹房屋等信息的详细报告,对重点地区实施每天一报淹没地区及面积的信息服务,在危急时刻提供实时灾害现场图像显示和注记等,在防洪指挥决策和灾情调查中发挥了重要作用。

气象卫星

1988年9月7日凌晨,中国在太原卫星发射中心用“长征四号”运载火箭发射一颗命名为“风云一号”的试验性气象卫星;1997年6月17日,“风云二号”气象卫星由长征三号运载火箭发射升空并定点成功。

气象卫星主要是以观测气象为目的而研制的卫星。它采用红外遥感技术、红外照相原理和可见光照相技术,从宇宙空间探测地球大气和海洋环境以及地球上生态状况。在气象卫星上装有扫描辐射计,扫描辐射计的探头,能敏感地探到一定波段的电磁辐射。当它对云层和大气扫描时,就能记下云层和大气在各个波段可见光、红外、微波的辐射程度,转变成电信号以后通过无线电波发送给地面。地面站接收之后,经过计算机处理,再与其他探测方法获得的气象资料进行综合分析后,就可准确地预报天气情况。它是空间技术、遥感技术、计算机技术和通信技术等各种高技术综合集成的产物。它视野广阔,观测持续时间长,获取信息多,具有其他任何气象观测手段所无法比拟的优势,可以极大地提高天气预报的可信度,预报灾害性自然现象的发生和发展,测定云、雪、冰层的状态和边界。

“风云一号”气象卫星是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星。星上装有两台扫描辐射仪,共有5个探测通道,可探测白天和夜间的云图、地表图像、海洋水色图像、水体边界、海洋面温度,冰雪覆盖及植被生长,分辨率为1.1公里。此外,这颗卫星还具有探测空中粒子成分的功能,为空间物理研究提供资料。卫星的主要任务是获取全球的气象信息,并向全世界气象卫星地面站发送气象资料。“风云一号”卫星发射升空的当天,地面站便收到了它发回的一幅图像清晰的前苏联和亚洲地区上空的卫星云图照片。“风云一号”加入国际卫星大家庭后,结束了中国长期以来依靠接收国外气象卫星预报天气的被动局面,填补了中国应用气象卫星的空白,标志着中国航天和气象卫星技术跨入了世界先进行列,对于提高中国气象预报水平特别是台风等灾害性天气的监测和预报能力,具有十分重要的意义。

“风云二号”是我国第一颗自行研制的静止轨道气象卫星,它是空间技术、遥感技术、通信技术和计算机技术等高技术相结合的产物。它定向覆盖、连续遥感地球表面与大气分布,具有实时性强、时间分辨率高、客观性和生动性等优点。这颗气象卫星已经于1997年12月1日正式投入业务使用,在监测台风和海洋天气、防汛,进行青藏高原上空天气系统分析、航空气象保障及气候变化等方面已发挥出重要作用。

气象卫星目前已经得到了广泛应用,为国民经济建设发挥了巨大作用。由于它具有实时性强、时空分辨率高、图像直观生动等特点,极大地方便了气象人员的工作,提高了天气预报的准确性。除此之外,气象卫星在诸如陆生生态、水生生态的检测和保护,地矿分析,环境检测及农业生态、城市生态的保护等非气象领域,也都有广泛的应用。

卫星回收技术

卫星回收技术是航天的基础技术,目前只有俄罗斯、美国和我国掌握了卫星回收技术,进行过卫星回收。

所谓卫星的回收,实际上是指卫星上的回收舱的回收。回收舱里有宇航员、试验动物、拍摄过的胶卷、科学探测的结果等等。卫星在回收过程中大致要经历如下几个阶段:(1)制动飞行段。飞行器在制动火箭的作用下,脱离原来的运行轨道,转入一条能进入大气层的过渡轨道。(2)大气层外自由下降段。飞行器离开原来的运行轨道后,受重力作用而沿着过渡轨道自由下降。(3)再人大气层段。飞行器在进入大气层后急剧地减速,这时由于空气摩擦使飞行器外壳温度急剧升高。(4)着陆阶段。在15千米以下的高度,由降落伞将飞行器的速度从亚音速进一步减低到安全着陆速度。回收卫星的主要程序是:(1)首先精确测算出卫星的飞行轨道,确定开始回收程序的时间;(2)地面遥控站发出返回指令,卫星调整姿态;(3)抛掉多余舱段;(4)反推火箭点火,卫星进入返回轨道;(5)在一定高度上抽出并打开降落伞,使卫星进一步减速;(6)用飞机、船舰、车辆等将卫星收回。回收卫星的场合和方式通常有三种,一是在空中,从飞机上用钩子钩住卫星降落伞的绳子。二是在陆地上,降落伞使卫星以每秒几米的速度落地。我国常采用这种方式。三是在海上,卫星用降落伞在海面降落,借助密封装置在水上漂浮,并施放海水染色剂,舰船和飞机遁迹将卫星收回。

卫星返回的航程是极其复杂的,要经受许多恶劣环境的考验。要使卫星在指定的时间、预定的地点返回,必须具备几个基本条件:第一,运载火箭要有很高的导航精度,能准确地把卫星送到预定轨道,使卫星飞行的最后一圈正好经过预定回收地区的上空;第二,在卫星进入了预定轨道的前提下,由于受大气阻力和地球形状等因素的影响,轨道会发生偏离,因此,必须精确测算出卫星的实际轨道,才能确定向卫星发出返回指令的时间;第三,要求地面和卫星相互配合,使卫星准确地转变成返回的姿态,这是能否返回的关键;第四,要求执行返回使命的各种仪器设备准确无误地工作,不得有一丝一毫的差错。

卫星回收技术是一项复杂的工程系统,目前全世界只有少数几个国家能够掌握。我国已多次而且能够选择在人烟稠密地区准确回收卫星,说明我国在轨道控制技术、制动火箭、防热技术。回收技术等方面都有了新的突破。

“神舟”飞船

从2003年10月15日9时42分,“神舟五号”载人飞船发射成功,到16日清晨6时对分,“神舟五号—飞船返回舱安然着陆,中国人的飞天梦,终于成为了现实。

回首中国进行载人航天研究的历史,可以追溯到20世纪70年代初,在第一颗人造卫星“东方红1号”上天后,就展开了这方面研究。进入80年代,中国已具备了各种应用卫星的研制和发射能力,又成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家,这更为发展载人航天技术打下了基础。1992年9月,中国政府决定正式实施载人飞船航天工程,并逐步研制了载人飞船系统和推力强大的大型运载火箭系统,开展了航天医学和空间生命科学的工程研究,选拔了预备航天员,研制了一批空间遥感和空间科学试验装置。

载人飞船系统是实施载人航天工程最重要的部分之一。自1999年11月20日,中国自主研制的第一艘航天试验飞船“神舟一号”发射升空以来,经过不断研制,相继发射了“神舟二号”、“神舟三号”、“神舟四号”、“神舟五号”。整个“神舟”飞船研制耗时10年。其中,“神舟五号”是用多级火箭做运载工具,从地球发射的可在宇宙空间飞行的载人航天器。

“神舟五号”AZ天,标志着我们伟大的祖国成为继前苏联和美国两大国后的第三个进入太空的国家。这是我们国家的经济实力、综合国力、科技实力强大的标志和象征,是我们伟大祖国日益强大的标志,是我们中国人民巍然屹立于世界民族的标志,是中国人对世界做出的巨大贡献,也是我们中国将来为世界和平与发展做出更多努力的强大基础。

“嫦娥”工程

“嫦娥”工程是我国月球探测工程的极富诗意的名字。通过绕月探测,我国计划完成获取月球表面三维影像、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点、探测月球土壤厚度和特性、探测地月空间环境四大科学目标。

“嫦娥”工程将分为“绕”、“落”、“回”三个阶段实施。“绕”即发射一颗月球探测卫星环绕月球飞行,利用星载仪器对月球的资源和能源分布及其特殊环境进行全面的勘测。目前探月卫星的研制进展顺利。关键技术取得重大突破,按计划“嫦娥一号”卫星将在2007年之前实现绕月探测,携带CCD立体相机、成像光谱仪、激光高度计、γ/γ射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器、低能离子探测器七类探测仪器完成科学探测目标任务。卫星将把数据实时的传送到地面上来。“落”即降落,是将月球探测器(月球车或探月机器人)发射至月球表面软着陆进行勘测;“回”即返回,是月球探测器采集月球样品后再返回地球。

届时,由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成的绕月探测工程系统将实现以下五项工程目标:研制和发射我国第一个月球勘测卫星;初步掌握绕月探测基本技术;首次开展月球科学探测;初步构建月球探测航天工程系统;为月球探测后续工程积累经验。这将是继发射人造卫星和实现载人航天之后,中国航天领域的第三个里程碑。

亚洲第一风洞

风洞,是为航空航天飞行器和重大武器装备进行气动力研究实验的设备。简单地讲,就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造的气流流过,以此来模拟空中的各种复杂飞行状态,获取试验数据。任何飞机、导弹、火箭等,在试飞前都必须进行长时间的风洞吹风试验,当确信可在高空环境中安全飞行才能投产。

目前世界上只有少数国家掌握了风洞的设计和制造技术。新中国从零开始发展航天事业时,风洞曾是制约航天技术发展的“瓶颈”。多少年来,经过一批又一批“风洞人”为之呕心沥血,面对外国先进技术的封锁,自力更生,勇闯难关,把这项跨世纪的国防大型工程一步一步地向前推进。1992年国家计委正式立项建设跨声速风洞。1994年在国防科工委主持下动工建设,到1997年12月20日,仅用三年多时间就建成了亚洲最大的跨声速风洞。建设速度在世界上名列前茅,总造价仅为发达国家同类风洞的1/6左右。这座标志我国风洞量级和规模达到最高水平的风洞,成了我国航空航天领域的一座丰碑,被称为“亚洲第一风洞”。新建成的跨声速风洞主体结构长66米,宽33米,试验段截面2.4米×2.4米,为亚洲之最。风洞总体性能先进,采用了最新技术,试验结果真实可靠,模拟状态更接近真实飞行条件,是中国航空航天飞行器空气动力研究的里程碑工程。

一直以来,跨声速空气动力研究是航空航天飞行器研制中最复杂、最困难的课题之一,当飞行器速度从亚音速跨越到超音速时,气流流动状态就会发生质的变化,许多飞行故障就是在这种跨声速状态中发生的。因此,新建成的跨声速风洞对中国的航空航天事业有着非同寻常的意义,成为发展我国航空航天和重大武器装备的重要技术保证。它与其他各种风洞形成了配套的风洞群,有亚洲最大的低速风洞,性能良好的高速风洞以及超高速风洞、激波风洞、低密风洞等共42座。风洞群模拟飞行速度从每秒几十米到数千米,具备了承担飞机、导弹、卫星、运载火箭等飞行器型号预先研究、选型试验、定型试验的能力,标志着中国风洞设计、建设与试验水平跨入了世界先进行列。

原子弹和氢弹

1964年10月16日15时,中国在西部罗布泊试验基地爆炸了一颗原子弹,成功地实行了第一次核试验;1967年6月17日,中国第一颗氢弹又爆炸成功。中国核试验的成功,是中国人民加强国防保卫祖国的重大成就,也是中国人民对于保卫世界和平事业的重大贡献。

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