未來的航天母機不是漂浮在海上,而是航行在天上,是天上的霸王。
原子的體積極小,一億個原子排列成一條線,還沒有一個成人的小手指甲那麼大。原子雖然個頭小,它的能量卻大得驚人。1公斤的鈾全部裂變可產生182億千卡的熱量,相當於2600噸標準煤全部燃燒所放出的能量。
如果用原子能作動力,製成原子能航空發動機,那麼,隻要裝上05公斤的原子燃料,就可以連續飛行十幾萬千米。
以原子能為動力的航天母機是個龐然大物,它長為300米,寬45米,總重量為2100噸,由4台原子能渦輪噴氣發動機推動飛行,繞地球飛行一周約需6個小時。
26飛艇型航天母機
飛艇對我們來說都挺熟悉,從1852年世界上第一艘飛艇升空開始,這種靠充入輕於空氣的氣體升空並依動力推進的飛行器,曾有過一段輝煌的曆史。直到1937年,著名的“興登堡”號飛艇在載客飛行中發生爆炸,飛艇在34秒內化為灰燼,33人葬身大海,從此這種飛行器才在空中銷聲匿跡。
然而,“興登堡”號慘案並沒有使人類放棄對飛艇的研製,科學家們正在設計一種未來的飛艇。
未來的飛艇是一個巨型的飛艇,它長24千米,能載客3400人。飛艇的機壁由最先進的3米厚蜂窩狀複合材料製成,艇內充入氦氣,非常安全。這個巨大的飛艇由160部發動機推進,速度每小時可達160千米。
在飛艇的頂部還設有可供直升飛機和短距離起降飛機使用的跑道,在底部有一個巨大的屏幕,可向地麵播放新聞、娛樂等節目。由於飛艇太大了,無法在地麵停降,它隻能長期處於飛行狀態,因而它作為母艇還有6艘小飛艇,這些小飛艇可以與母艇連接或分離,作為與地麵聯係的交通工具。
27飛翼型航天母機
飛翼是指一種無機身、無尾翼,僅有機翼的一種飛行器,它具有結構簡單、飛行阻力小、載重量大等特點。科學家們想用很多個這樣的飛翼,在空中對接成航天母機。
航天母機一般不著陸,一直繞地球做巡回飛行。從地麵上起飛的地區性飛機可直接飛進航天母機,進入航天母機後,乘客可在航天母機內的豪華餐廳或遊藝宮裏度過愉快的空中旅行生活,也可以換乘航天飛機到宇宙中去旅行。當乘客要返回地麵時,可再轉乘地區性飛機飛回地麵。由此可見,航天母機又成了名副其實的空中機場。
航天母機除了可以運輸旅客、起落航天飛機外,還可以當作宇宙開發基地。從這個基地,可以起飛和降落宇宙公共航班飛機或宇宙遊覽飛船,飛往新建設起來的宇宙城市。從這個基地還可以向太陽係發射火箭,探測更遙遠的宇宙空間。
航天母機一旦研製成功,將會大大豐富人們的生活,到時人們在宇宙去遊玩就像到大街上去一樣方便。
28火箭
1883年,宇宙航行理論奠基人、俄國科學家齊奧爾科夫斯基指出,能在太空真空中工作的火箭,可以做為宇宙航行的動力工具。
到1903年,齊奧爾科夫斯基進一步提出火箭公式,指出火箭的飛行速度與火箭發動機的噴氣速度成正比,並指出,黑色火藥一類的固體火箭燃料,產能效率低,無法使火箭達到宇宙速度,應該使用液氫液氧這樣的液體燃料。同時,火箭公式還表明,火箭的自身結構質量越小越好,燃料裝得越多越好。這樣,火箭公式就為發展現代火箭指明了方向。它被稱為“齊奧爾科夫斯基公式”。
在火箭公式的基礎上,齊奧爾科夫斯基還運用他巧妙的思維指出,用多級火箭接替工作的辦法,可使火箭逐級提高速度,最後達到所需的宇宙速度。
火箭公式是把宇宙航行從理論、理想變為現實的轉折點,後來人們將火箭公式譽為“宇宙航行第一公式”。
1957年10月4日和1961年4月12日,蘇聯航天事業總設計師科·羅廖夫研製的火箭,分別將人類的第一顆人造地球衛星和第一名航天員送入太空軌道,建造了載人航天的巨大裏程碑。
29多級火箭
空間運載火箭的任務是將空中飛行器發射到空中某一區域,這就需要火箭發射的速度很快。而在空中飛行的人造衛星,隻有達到每秒79公裏才不會掉向地麵,飛到月球或其他星球上的人造衛星速度要達到每秒112公裏左右。火箭是靠往後噴發出的氣體產生的反作用前進的,氣體噴出的越快,火箭向前的速度越快,這需要攜帶大量燃料,如果再加上地球的引力和空氣的阻力,單級火箭是完不成這個任務的。為了滿足空間飛行器速度隻有用多級火箭。多級火箭是由若幹個單級火箭組成,每個單級火箭組成一級,每級火箭有自己單獨的火箭發動機和推進劑,並且每一級火箭都在前一級火箭已經達到的速度基礎上開始工作。每級火箭的燃料用盡之後會自動掉下來,最後一級火箭所達到的速度,完全可以把空中飛行器送到空中,我國的火箭發射技術已達到世界先進水平。
30“阿波羅”飛船
“阿波羅”飛船由指揮艙、服務艙和登月艙組成。發射時從上至下以指揮艙——服務艙——登月艙的次序與“土星5”號火箭的第3級相連,在指揮艙的上麵還有發射應急逃逸塔。
“土星5”號火箭載著“阿波羅”飛船從肯尼迪航天中心升空,達到61千米高空時,第一級火箭分離,第二級火箭工作。在達到185千米高度時,第二級火箭分離,第三級火箭工作約兩分鍾,將飛船送入繞地球飛行的軌道。在到達發射場上空前,第三級火箭再次點火工作約5分鍾,將飛船推出繞地球飛行的軌道,飛向月球。
進入奔月軌道後,第三級火箭上保護登月艙的外罩分成4瓣分離。然後飛船的指揮艙與服務艙一起與登月艙暫時分離,並調轉180度,讓服務艙在前,指揮艙與登月艙對接。最後,登月艙與第三級火箭脫離連接。整個飛船以服務艙——指揮艙——登月艙的次序飛向月球。
返回時,登月艙上半段與指揮艙對接,兩名登月航天員進入指揮艙後,拋棄登月艙上半段,進入返回地球的航程。接近地球後,服務艙與指揮艙分離,指揮艙載著3名航天員再入地球大氣層,最後打開降落傘,濺落在夏威夷附近的太平洋上。
從1969年7月到1972年12月,除“阿波羅13”號登月失敗外,先後有6艘“阿波羅”飛船送12人登上月球。
31火星的火山
現正在圍繞火星運轉的歐洲“火星快車”探測器拍攝到火星奧林匹克山頂一幅高質量彩色照片,該山是太陽係中最高的火山。從照片中可以看到複雜的火山口,火山口深3千米,其橫截麵約為80千米。火山擁有幾個塌陷處,彼此又部分重疊,都是在火山各次噴發時形成的。看來,這火山噴發是在很早很早以前發生的,因為那時在火星上曾經曆火山活動時期。
32太空生物材料
人一到30歲以後,骨質就開始丟失,嚴重的患者會出現骨質疏鬆症。據統計,我國現有40歲以上人群骨質疏鬆症的發病率為161%,而60歲以上老人的發病率則為226%,80歲以上老人的發病率為50%。
那麼,有沒有辦法延緩骨質的丟失過程呢?研究人員利用太空生物醫學的研究表明,在失重環境下,導致骨質丟失更為迅速,因此生物在太空中丟失骨質的原理特別典型。研究人員正在利用太空生命科學作為實驗基礎,研製治療骨質疏鬆症的藥物。
人衰老的進程由骨質疏鬆表現的另一個外在症狀是髖骨骨折。髖骨骨折後的治療一般是重新植入人工骨骼,但是植入物一般隻能維持十年,然後又得重新植入,不僅增加病人的痛苦,而且經濟負擔也十分沉重。而太空研究的啟示是,使用類似於自然骨骼的陶瓷材料作為人造骨就是一種新的選擇。
33太空分子產品
科學家正在利用太空環境研究生物分子結構,以生產新的藥物和蛋白質。研究人員發現,在太空失重條件下蛋白質晶體可以生長得比在地球上更大,結構更完整,從而可以進行更方便的分析。通過對這些蛋白質晶體的分析,能更深入地了解蛋白質的秘密,比如其結構和功能的關係,從而進一步了解蛋白質、酶和一些病毒在生命與健康中的作用。
研究人員利用太空環境進行生物分子研究所取得的一些成就主要在蛋白質晶體生長方麵。在航天飛機和空間站中,利用失重控製晶體生長,已經生產出了較大的蛋白質晶體。比如,溶菌酶是細胞內產生的物質,對殺滅病菌和保護健康是非常有用的,研究員已經在太空中生產出了非常大的溶菌酶晶體,這對研究其結構和功能非常有利。又比如,血漿白蛋白是生物循環係統和血液中最常見的蛋白質,對於提高免疫力和殺滅病原體具有重要作用。現在,白蛋自己在太空失重條件下合成出來了,這對白蛋白的藥理並製造出新的藥物有指導作用。
34曲線登月
當年,“阿波羅”首次登月,引起巨大的轟動。也許,你會理所當然地認為,它登月飛行所走的軌跡是直線,因為兩點之間直線最短,肯定既經濟又省時。
其實不然,阿波羅飛行實際上是沿著一條十分複雜的曲線進行的:先通過一、二級火箭把飛船送入180千米的圓形環地軌道。在此軌道上運行15~2周後,再通過第三級火箭的推動使飛船達到第二宇宙速度進入奔月軌道。在飛船距月麵約110千米時,進入先橢圓後圓形的環月軌道。在作了13周的繞月飛行後才由登月艙正式登月。
為什麼登月飛行要走曲線呢?這是因為,地球、月球都在運動之中,火箭的發射都得考慮這種運動。選擇最佳的航行軌道對規劃飛行時間、優化火箭設計等都是必不可少的。再則,登月飛行是空前規模的航天創舉,雖有充分而精確的前期試驗,但在正式奔月和登月之前,先在繞地、繞月的“停泊軌道”上逗留做衝刺前的精心調整,也是十分必要的。
35太空旅行
美國安德魯航天技術研究所已研製出一種新型推進方案,取名為“煉金師”。該方案能夠大幅度降低航天飛機起飛和飛行的費用。因而,幾年來一直停留在宣傳階段的太空旅行不久將成為現實。
與以往的設計不同,航天飛機將不再憑借自己的力量起飛,而是由一架類似波音777的飛機來運載。如果采用傳統的垂直推進方式起飛,航天飛機需要非常大的推力才能克服重力,而采用運載飛機可節省很多花在推進劑上的費用。另外一項降低費用的舉措就是減輕安裝在運載飛機上的航天飛機的重量,使之降低到通常起飛重量的五分之一。其中的奧秘在於,航天飛機的燃料箱裏隻裝氫氣。至於推進器工作所必需的、占推進劑總重量80%的氧氣則由運載飛機和航天飛機在大氣中共同生成。為此,它們需要在8000米高空盤旋3個小時之久。在盤旋的過程中,由渦輪機吸進的空氣隻有20%在推進器中燃燒,剩餘的空氣從燃燒室旁邊的管道中通過。通過熱交換器使這些空氣充分冷卻,變為液態;然後在離心機中分離空氣中的其他成分;最後剩下純液氧,其中的一部分被抽取到航天飛機的燃料箱裏。在這之後,運載飛機和航天飛機發動火箭推進器,升到5萬米的高空。在那裏,航天飛機與運載飛機分離,航天飛機使用自己儲備的氧氣飛入太空。
這種背負式技術還有另外兩個優點:首先,航天飛機可以在世界上任何一個大型機場起飛;其次,起飛時的水平位置會讓旅客們覺得更舒適些。富翁丹尼斯·蒂托飛往國際空間站花了2000萬美元,但15年後,我們的太空之旅或許隻需花費大約2萬美元。
36飛機發射衛星
我們都知道,要把衛星從地球送到太空,必須要克服地球的強大引力。傳統的發射衛星方式是利用火箭作為運載衛星的工具。將衛星固定在火箭的前端,火箭點火後,在極短時間內達到第一宇宙速度,從而使衛星脫離地球,在太空中環繞地球飛行。
可是,這種傳統的發射衛星方式有一個缺點。發射衛星時,往往需要多級火箭;況且,火箭都是一次性使用,不能重複利用,因此,隨著火箭級數的增加,衛星發送的成本就跟著急劇增加。
能不能既節省投資,又能安全可靠地將衛星發送上天呢?有人把目光投向了飛機。現在,飛機的技術日趨完善,人們設想,用飛機將衛星帶到盡可能高的高空,借助飛機的速度和高度,隻要使用一級火箭就可以發射衛星了。這樣,不僅可以大大節省衛星發射的地麵設備,還可使相同質量衛星發射的成本大大下降。目前,利用飛機發射衛星的技術已基本成熟,即將投入正式使用。
37模擬天空
天空也能人造嗎?英國科學家已經建了一個直徑8米,安裝著640個燈泡的大圓頂,這就是人造天空。這個人造天空能夠模擬地球上任何氣候條件下的光照情況,用來測量各種雲層遮蔽天空時進入室內的太陽光輻射量,還用於測量不同時刻、不同氣候條件和不同地區在一天中所得到的室內光照量。通過研究,人們能在將來更好地利用太陽能。