每次發射,飛馬座火箭僅需四 小時就夠了。而一般的火箭,準備時間得花兩個月。在設計上,它大量采用成熟技術,盡量減少零件的數量和總裝工作量。同時,它還充分利用一些高新科技成果,箭體也由石墨纖維複合材料製成,強度更高。因為便宜、可靠和操作簡便,它一露麵,便贏得美國政府的青睞。
飛馬座的翅膀
與普通的運載火箭不同,飛馬座長得不倫不類,不光有尾巴,還長著一雙大翅膀。尾巴,即尾翼,包括一個垂直尾翼和兩個水平尾翼,用來控製火箭第一級飛行。一雙三角形的大翅膀(機翼),厚度隻有20.32 毫米,非常輕,不到186 千克。
不要小看了這雙大翅膀,它可產生足夠大的升力。當火箭被投放五秒後,發動機開始點火,隻用20秒時間,飛馬座就可以加速到三倍音速。通常,翅膀被固定在一級發動機上,並將火箭的質量傳給載機外掛梁的掛鉤。
不僅如此,飛馬座的另一個兄弟,飛馬座-XL——又叫加長飛馬座,本領更大了。因為采用先進的輔助動力係統,加長飛馬座不但可以提高25—120千克的運載能力,還可一並將多顆衛星送入不同軌道。
發射秘密武器
其實,空中發射火箭,並不是一個嶄新的概念。早在1974年,美國人就從C-5銀河運輸機上成功發射了洲際彈道導彈。這種快速反應能力,對應付突發事件意義特別重大。
在戰爭中,一旦地麵發射設施遭到破壞,可迅速采用這種方式發射偵察、通信等衛星,隱蔽性相當好。但是,這樣做的前提是,必須具備足夠的製空權。軍事專家也看好空中發射,他們計劃用空射方式進行空間飛機的發射,實現全球打擊能力。
有利自有弊
這是一種理想的發射方式。與地麵發射相比,空中發射視野廣闊,不受地理條件限製,能在地球上空任何地點進行,這就好比擴大了火箭的眼界;它的行動更為方便,因為不需專門的發射場,也不需輔助設備,發射周期短,因此,更為靈活和便捷。
此外,高空能夠給予火箭更多能量,利用飛機在高空的高度和速度,火箭具備了更大的運載能力。更為重要的是,空中發射成本低,費用約為2600萬美元,僅為同規模的地麵發射火箭的一半。
然而,任何事物都有它的兩麵性,空中發射也存在局限性:懸掛在機身下,飛馬座容易受飛機起落架高度的限製,而且隻有像B-52或L-1011這樣機翼強度足夠大的飛機,才能勝任。另外,這種飛機的維修費用很高,而且不能經常使用。在未來的太空,將是小衛星的時代。相信小型運載火箭的發展將會迎來一個小高潮。
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密切關注
因為優勢獨特,空中發射吸引了世界上有頭有臉的航天大國的關注。1990年,美國人捷足先登,將飛馬座火箭吊掛在B-52轟炸機的機翼上,在空中精彩地完成了發射。飛馬座是世界上唯一投入商業運營的空射運載火箭。
俄羅斯也不甘落後,正在研製“起點”空中發射火箭。這種火箭將從An-124運輸機上起飛,一口氣就能把2.7 噸的有效載荷送入近地軌道。
148-149 最大的冒險——上廁所
在太空中,什麼東西都貴,就連廁所都不像地球上那麼便宜。諾大一個國際空間站,隻一間廁所,被安放在俄羅斯“星辰”號服務艙內。但到2009年,空間站的常駐居民將從三人增加到六人,那麼,方便問題該怎麼解決呢?
為此,美國宇航局不惜花費巨資,從俄羅斯買了一套新廁所,價值1900萬美元。這恐怕是人類使用的最高最貴的廁所了!在地麵,大小便是件輕而易舉的小事。可是在太空,情況就大不相同了!
騎馬上廁所
太空廁所要求有一套能除臭、供水,還容易消毒的“廢物”收集係統。其中,數抽水馬桶最為複雜,如果設計不好,大小便會從馬桶中飄出來,在座艙內到處飛舞,弄不好會成為一場災難。
從外型上看,這座新廁所和普通的廁所相差無幾。不過,由於它所麵對的是失重環境,所以增加了不少相應的設計。如果你想小便,那就需要坐在一個台子上,雙腳下垂,分別踏在兩個踏板上,並伸入踏板上的固定套中,就像騎馬時踩馬鐙那樣。兩邊還有兩根欄杆,可以固定住你的大腿。這樣,就保證了在如廁時你的身體不會飄走。
抽水馬桶變抽氣
在地球上,標準的廁所是水衝式。在國際空間站上,用水衝是不可能的。這裏所說的抽水馬桶,實際上是一種抽氣馬桶。因為馬桶內不使用水,而是使用氣。如果馬桶內部與外邊不能完全密封,氣流便不能將大便帶走,馬桶也就不能正常工作。
馬桶內裝有一台離心泵,右前方裝有開關手柄。打開離心泵後,葉片使桶內的空氣發生顫動。這使大便中成形的部分碎破,然後,被吸進馬桶底部的大便收集袋中。每次用完後,大便會全部裝入袋中,臭氣也就散發不出來了。
大便袋中的便便經壓縮處理,暫時存放在馬桶內,最後被帶回到地麵上來。比較之下,小便要簡單一些。新廁所增加了一種特殊設計的小便管。為防止尿液四處飄散,男性宇航員必須將尿液通過這個導管存入廢水罐中。
想方便,先訓練
由於失重,身子飄浮不定,加上心理因素,過去大多數宇航員都有解不出大小便的經曆。於是,在地麵就要對宇航員進行相關訓練。首先,要訓練宇航員克服極大的心理障礙,練習用坐著、躺著等各種姿勢排小便。
上天前,你必須學會上廁所。第一步是將自己固定好。首先固定好鞋,然後固定好下身,再用雙手握住馬桶兩邊扶手。最要緊的是,屁股必須與馬桶邊緣貼緊,使馬桶內部與外邊完全密封。這樣一來,你拉的便便就不會飄出來。
尿液變水喝
國際空間站可是滴水如金。在那裏,一杯飲用水的價格高達3000美元。每個宇航員每天大約要消耗4升飲用水,而運送成本大約是每升1萬美元。光送水,美國宇航局每年都要花費數千萬美元。
與空間上正在使用的廁所不同,除了安全外,新廁所有一個最顯著的功能,就是可以將尿液回收再利用,變成飲用水。而且,這種水和我們平時飲用的自來水沒有任何區別,甚至比自來水還要純淨。換作是過去,尿液常常定期地向宇宙空間排放,白白浪費了。
可以想象,未來人類在月球表麵建立基地時,這種廢水處理設備將為人類提供充足的飲用水。當宇航員登上月球時,他們的尿液可能會像黃金一樣值錢。
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男女有別
太空廁所能夠在失重狀態下使用,也就是將液體和固體圍起來,不讓它們隨便漂浮。要用一種力來替代重力,使它們朝向預定的方向。這種力就是空氣的壓力,更準確地講,是一種較弱的空氣吸力。你可以感覺到空氣的流動,但是抽氣泵不很強,也不會傷人。男性的小便器是漏鬥狀的,女性的小便器是在一個軟管上接著一個特殊的橡皮容器,它可壓在女宇航員的皮膚上。
憋不住了
太空廁所的研製由來已久。在《太空先鋒》一書和其電影版本中,因為被推遲了起飛,一名宇航員想小便。可是沒有任何設施提供,也沒有“尿不濕”,他最終被允許尿在自己的宇航服裏,結果導致傳感器出了問題。
150-151 非同凡響的GPS導航星
當今,每天都有數以百計的船舶航行在茫茫的海洋裏。不幸的是,全世界大型輪船中,每年都有幾百艘在海上遇險。其中,一半以上的事故是由航行原因造成的,使世界商船隊裏每年都有幾十艘船沉沒!
航道上出現的差錯,不僅會給船隻和乘員帶來巨大的危險,而且常常給周圍環境帶來巨大危害。從超級油輪上流出的石油,有時把沿海幾公裏的水麵都給蓋住了,並引起幾千種海洋動物和鳥類的死亡——正因為如此,人們才請求衛星來幫忙。這種設在天上的無線電導航台,就是導航衛星,也可以說是“羅盤”。
目前,已有不少國家利用人造衛星導航,比方美國在20世紀90年代發射了“導航星”係統(GPS),歐洲開發出了“伽利略”,我國也開發出了“北鬥”衛星導航係統。其中,美國的“導航星”最吸引人的眼球。
24名勇士當向導
“導航星”全球定位係統(GPS)由三大部分組成,分別是空間、控製和用戶。空間部分包括24顆衛星,就像24個勇士,在太空中充當向導。這些勇士們均勻分布在六個軌道平麵上,在2萬千米的高空,以12小時的周期環繞地球運行。這樣,在任何時候,都有四位以上的勇士在太空中值班,專門為潛艇、船隻或地麵車輛等充當向導。
另外,GPS可為全球範圍的各類用戶提供三維定位數據。什麼是三維定位呢?打個比方說,飛行中的飛機,隻要能接收到四顆值班衛星的信號,每天就有約9—17小時可為飛機的位置和高度進行準確定位。借助GPS,可以進行連續導航,定位精度比第一代“子午儀”導航衛星提高一大步,水平距離和高度精度均為5米。
飛機和導彈長眼睛
GPS衛星綜合了傳統導航的優點,抗幹擾性強,使用簡單,實現了全球、全天候、精度高的導航定位。因此,應用極其廣泛,不僅適於飛行器和艦船,以及地麵各種車輛和部隊等,也非常適用於陸、海、空各軍種作戰需要。
在戰場上,GPS定位與導彈係統相結合,會大大改善偵察敵情的難度。其作用就像為導彈安了一隻眼睛,提高導彈擊中目標的能力。同時,GPS也開發為民用。不過,精度要低得多,一般為十幾米。在這一點上,它就不如“伽利略”導航衛星了。
“伽利略”能在許多特殊情況下提供服務,如果失敗了,會在幾秒鍾內通知客戶。相比之下,“伽利略”更先進,也更可靠。GPS向別國提供的衛星信號,隻能發現地麵大約10米長的物體,而“伽利略”衛星則能發現一米長的目標。難怪一位軍事專家會這樣說,GPS係統隻能找到街道,而“伽利略”則可找到你家的門。
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中國的北鬥
作為我國自主研發的衛星導航係統,與GPS、“伽利略”等其他係統相比,“北鬥”具有投資省、研製周期短、定位精度高等特點。最大的區別是,它可以同時支持導航與通信功能,可以支持用戶之間、用戶與用戶中心之間的群體導航,徹底改變了其他導航係統僅能支持用戶個體導航定位的弊病。
152-153 排成一隊看極光
夜間,在地球南北兩極的高空,常會出現燦爛美麗的光輝。它輕盈地飄蕩,同時忽暗忽明,發出紅的、藍的、綠的或紫的光芒,就好像在漆黑的天空舞台上,上演一場場“光”的假麵舞會。
這種光是怎麼回事呢?是鬼神引導死者靈魂上天堂的火炬,還是南北極冰原反射的光芒?在古代,海盜們把這種光叫做“北之光”,當做遠海航行的路標。到了17世紀,人們才稱它為北極曙光,簡稱北極光。在古羅馬神話中,“曙光”是專門掌管北極光的女神。
長期以來,極光的成因一直眾說紛紜。有人說,它是地球外緣燃燒的大火;有人則認為,它是極圈的冰雪,在白天吸收儲存了陽光後,夜晚釋放出來的一種能量。這種天象之謎,直到20世紀60年代人造衛星被送上天後,才有了合理的解釋。
太陽風在搗鬼
到底是誰製造了極光?極光之源在哪裏?原來,這美麗的景色,是太陽與大氣層合作表演出來的作品。
太陽是一個龐大熾熱的氣體球,在它裏麵不斷發生著核聚變反應,釋放出大量的能量。同時,它也產生大量的帶電粒子,不停地噴發出來。這些帶電粒子像一陣巨風——太陽風,以大約每秒400千米的速度,急速地衝進宇宙空間。
當它們進入地球的大氣層時,同大氣中的氣體分子劇烈地碰撞,就激發出了不同顏色的極光。極光的舞台,一般在離地約100—500千米的高空。那裏空氣十分稀薄,隻有衛星可以在這一高度經過。因此,對極光進行探測,離不開人造衛星的幫忙。
西彌斯五兄弟
極光的產生,是一個很複雜的自然現象。經過30多年觀測,盡管人們已經掌握了它的機理,但是,還有許多未解之謎。比如極光中的電流是怎麼產生的,它怎樣影響氣候,對地球磁場有沒有影響等等。
為了進一步探測極光,科學家專門製定了“西彌斯”計劃。在2007年2月,他們一下子派出五顆科學衛星上天,組成一個偵查班。這五兄弟在體重上屬於小衛星,每個僅重128千克。但經過特殊設計,它們個個既不怕磁場也不怕輻射,環境溫度劇烈變化也扛得住。這個偵查班的任務,就是全方位地研究太陽風,看它是如何形成極光噴發的。
布陣,排成一隊
這五兄弟長得幾乎一樣,大小與常見的洗碗機相當。它們每個身上都裝了11台儀器,這些儀器包括一對望遠鏡、六個電場儀器、兩個不同的磁力計和一個分析機。憑著這些裝備,它們的本事當然頂呱呱。最拿手的絕活,是變形,可以變八次。在變形後,陣列將從一米變成20米。
更有趣的是,每隔四天,它們五個就會排成一列,對北極光進行追蹤。與此同時,設在美國阿拉斯加和加拿大的地麵觀測站,也在同步進行拍照觀測。極光再怎麼變化莫測,還是逃脫不了人造衛星的監控。
極光也發電
在地球磁場的作用下,太陽風運動方向會發生變化,偏向地球的南北兩極。當它與地球磁場相互作用時,會給我們的通訊聯絡帶來一定的影響,使電報和電話暫時中斷,雷達發生幹擾,無線電波產生信號閃爍,甚至妨礙宇宙飛船和導彈的飛行。
由於磁與電是一對孿生子,所以人們想到,極光也是一種強大的放電現象。據估計,極光能發出1億千瓦的電力,相當於目前美國全年耗電量的100倍以上。正因為如此,極光獲得了“天然發電機”的雅號。
有科學家曾設想,在靠近北極的地區,如美國的阿拉斯加,建造一座高100千米以上的巨型鐵塔,把“天然發電機”的巨大電能接收下來,供人們使用,讓它造福於人類生活。在科技高度發展的今天,相信讓極光作為能源的設想一定會實現。
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太陽也吹風
如果看過日全食,你會發現黑暗的太陽外圍是銀白色的光芒,就像個帽子一樣,扣在太陽上,我們稱它為日冕。日冕是太陽的最外圍大氣,在日冕上麵有大片不規則的暗黑區域。這些暗黑區域是日冕中氣體密度較低的區域,叫做冕洞。有時候,太陽就透過這些冕洞吹吹風,一束束的微粒流就從冕洞中噴射出來,形成太陽風。它的主要成分是氫原子核,密度極小,是極稀薄的物質。