第一章航空航天（1）
從1783年人類乘熱氣球第一次升空，到1957年蘇聯成功發射第一顆人造地球衛星，再到1986年美國的“先驅者”10號探測器飛出太陽係，人類向天空進軍邁出了可喜的三步。
航空就是在空氣裏航行。
航天則是在電離層以外的空間進行。而航天的範圍，大體是劃到太陽係為止。太陽係以太陽為中心，有九大行星圍繞它旋轉。從裏到外，分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。現在，人類發射的航天器已經向裏探測了水星、登陸了金星，向外登陸了火星、飛過了木星以外的所有行星。可以說，太陽係內尤其近地間的飛行，是人類航天活動的基本內容。最遠的冥王星與太陽的平均距離為6×1012米。“先驅者”10號探測器於1972年3月2日發射，約於1986年10月穿過冥王星的平均軌道，這段航程足足用了約14年零200天的時間。看來，人類航天的征程還十分漫長。
飛出太陽係，就走進了恒星際空間。宇宙間有無數個恒星。其中，離太陽最近的恒星是比鄰星，它與地球的距離遠達422光年，也就是說，即使乘上以光速行駛的宇宙飛船，也要飛422年。所以人類向宇宙進軍的任務仍然十分艱巨。
一、衛星
人造地球衛星
第一宇宙速度79公裏/秒是地球飛行的環繞速度。人造地球衛星隻有獲得了這個速度才能駛入地球軌道，繞地球飛行。多級火箭能把人造地球衛星送上“天”，我們叫它“運載火箭”。運載火箭使用液氧推進劑，逐級推進、加速，使衛星達到環繞速度，圍繞地球飛行。
現在發射衛星隻需三級火箭就夠了。每線火箭頭尾相接，用串聯或並聯的形式組合成一體。在發射衛星時，三級火箭從地麵垂直起飛，在發動機的強力推動下，火箭飛出地球的大氣層，當達到規定的速度後，就熄滅了。這時火箭已經獲得的能量在地球引力的作用下滑行，在衛星最後加入軌道時，火箭再次點火，使衛星加速達到環繞速度，衛星就會繞地球飛行，成為人造地球衛星。
人造衛星必須向東發射
人造衛星是人類用於探索太空，或者探測地球的航天設備。不知你注意到沒有，所有的國家在發射人造衛星時，總是把發射方向指向東方，你知道這是什麼原因嗎？
這是因為，地球是由西向東旋轉的，將人造衛星由西向東發射時，可以利用地球的慣性，大大節省燃料和推力。地球運動的速度，隨著緯度的變化也是不相同的。一般地說，赤道上的運動速度最大，達到每秒046千米，隨著緯度的增加而減小，南北兩極為零。所以發射地點的緯度越高，火箭所需的推力也越大。如果順著地球自轉的方向，在赤道附近發射傾角為0的衛星，就可最充分利用地球的自轉慣性，達到最理想的效果。
當然，由於世界各國的地理位置不同，衛星不可能全在赤道附近發射，發射方向也不會都是由西向正東方向，總要偏向東南或東北。不過，人們總會盡可能利用地球的自轉慣性，節省推力。
偵察衛星
電子偵察衛星是一種竊聽能力很強的衛星。它與照相偵察衛星一樣，分普查型和詳查型兩類。
普查型“竊聽能手”，它的作用是對敵方地麵進行大麵積偵察，測定地麵雷達的大致位置，竊聽地麵雷達的工作頻段。
詳查型“竊聽能手”，它的作用是捕獲感興趣的雷達特性和電台信號的詳細情報，用搜索型外差接收機竊聽地麵的無線電信號。
目前，大部分電子“竊聽能手”既能做一般監視，對地麵進行普查性竊聽工作，又能對地麵各種無線電信號進行搜索和竊聽，一顆衛星身兼普查和詳細兩種功能。一般說來，電子偵察衛星上的計算機裏貯存所有已知的敵方雷達信息。衛星一旦探測到新的雷達位置和新的信號，下次經過這一地區上空時，便會自動地對這些特性進行分析，並對新的雷達進行定位，以確定雷達的精確位置。因此，竊聽能手——電子偵察衛星，能無一遺漏地探聽清楚地麵雷達、無線電台等的位置和信號特征。
預警衛星
導彈預警衛星是在人造衛星上天之後，才開始研製的。美國在20世紀60年代初，最先發射預警衛星。這種衛星運行在宇宙之中，不停地盯住在不斷變化的地球。衛星上的紅外探測器，對導彈噴焰特別敏感，它能在千裏之外遙“看”導彈的發射，並把核襲擊的危險信息及時發回地麵防空中心，就可以贏得寶貴的半小時預警時間。
其實，預警衛星發現導彈的原理與地空導彈、空空導彈利用紅外線自動追擊敵機的原理是相似的。
衛星上的紅外探測器，能夠探測出導彈噴出的火焰，這是因為在大自然中，一切物體隻要溫度高於絕對零度（-273℃），都會輻射出肉眼看不見的紅外線。當洲際導彈的發動機燃燒後，由高溫氣體形成的噴焰將產生強大的紅外輻射，衛星上的紅外探測器就能在導彈發射後幾十秒鍾內，向地麵站報警。但是，早期的預警衛星，會把高空雲層反射的太陽光當做導彈尾焰的紅外輻射，而誤認為是一次大規模的核襲擊。美國就發生過這樣的事，令當時的美國驚恐萬分。
為了避免虛驚，人們在預警衛星上同時配上高分辨率遠視鏡頭的電視攝像機，就在紅外探測器探測的導彈噴焰時，立即控製電視攝像機自動地拍攝目標區域的圖像，於是地麵站的電視屏上以每秒1~2幀的速度，顯示出導彈噴焰的運動圖像。根據噴焰在不同高度上的不同形狀，就可判斷是否真有導彈來襲，並可粗略地測出導彈主動段的飛行軌跡。
導彈噴焰輻射的紅外線波長，主要在27微米左右，因此，衛星上的紅外探測器多采用硫化鉛探測器陣列。它由約2000個單元器件排列而成，最敏感的波長為27微米。當衛星在36000千米高的地球同步軌道上運行時，整個紅外探測器陣可“看”到地球表麵的40%地區。
靜止氣象衛星
靜止氣象衛星主要有三大功能：一是觀測，通過遙感儀器拍攝雲圖，觀察雲係和大氣溫度的分布；二是收集，將地麵氣象觀察站觀察到的地麵氣象資料收集起來；三是廣播，將氣象資料和處理過的地麵氣象資料傳送給各地氣象台使用等。
它如一位“站”在36萬千米高處的“廣播員”，主要組成部分是靜止衛星、資料收集和測控站、數據處理中心、氣象觀察台和數據接收係統等。
靜止氣象衛星中安裝了功能奇特的遙感儀器。當前，常用的氣象遙感儀器主要有以下幾種。一是高分辨掃描輻射計，包括可見光和紅外自旋掃描輻射計等。它具有高超的本領，可以獲得可見光和紅外的雲圖，可見光雲圖的星下點（衛星在地麵的投影點）分辨率為09～25千米，紅外雲圖的星下點分辨率為5～12千米。二是高分辨率紅外分光計。它神通廣大，既能獲得大氣垂直溫度分布，又能測到水氣分布。三是微波輻射計。它的功能沒有那麼齊全。隻能配合高分辨率紅外分光計工作，以便獲得6層以下的大氣垂直溫度分布和雲中的含水量。另外，衛星還攜帶其他一些功能奇特的儀器，如磁帶機等數據存貯裝置和數據傳輸設備等。
地球資源衛星
地球資源衛星主要的功能是防護森林，它不僅向人類提供森林中的火災情況，還時刻監視著樹木裏的各種病蟲害，將森林中的各種危害及時告訴人們，稱得上是太空的“護林員”。
森林防火工作一定要有地球資源衛星的協助才能保證它的安全度。由於地球資源衛星不僅能及時發現森林中的火跡，而且能確定冒火煙地區的邊界，監視火災的發展，觀測火區上空的大氣冷流和暖流的通過情況，諸多火情，將有助於盡快消滅火災。而且，借助於太空觀測還能夠預報可能發生火災的地點。因此，人們把在太空巡視的地球資源衛星稱為森林“衛士”。
地球資源衛星還監視著樹木的各種病蟲害情況，將病蟲害給森林帶來的損失告訴人們。例如，在美國太平洋沿岸，衛星照片告訴人們，蟲害毀壞的樹木比火災毀掉的樹木多15倍。
生物衛星
世界上第一顆生物衛星是1957年11月3日，前蘇聯發射的載狗“萊伊卡”的人造地球衛星。生物衛星是一種專門用於在空間進行生命科學實驗的人造地球衛星。它相當於一個太空生物實驗室，在生物衛星上進行科學實驗，有許多特殊的優點和有利條件，是載人飛船和航天站所不能取代的。生物衛星可研究失重、超重和其他各種空間飛行環境對生物生長、生育、代謝、遺傳等方麵的影響和防護措施，揭示在地麵條件下發現不了的生物學問題，是研究太空生命科學的重要工具。
生物衛星主要由服務艙和返回艙兩部分組成。返回艙是衛星的主體，是返回地麵的部分，內裝各種實驗生物（如貓、老鼠等）、記錄儀器、製動火箭和回收係統。艙的外麵是防熱保護層。為了更好地保持艙內適宜溫度，裏麵還有一層塗鋁的聚酯薄膜。艙內還有脫離軌道、分離和回收設備，以保證衛星按時同服務艙分離，準確脫離軌道，安全地返回地麵。返回艙的外形有的呈球形，有的呈碗形，重300~400千克至1~2噸。