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第3章 实现飞翔的梦想(3)

(1)海上发射方案目前世界上有15个航天器发射中心位于海上。非洲肯尼亚东海岸的圣马科发射场就是其中之一,它由圣马科和圣丽塔两个海上平台和陆上结集营地组成。两个海上平台相距500米,各自形成体系。其中圣马科平台呈矩形,长100米,宽300米,平台上配有发射架、工作拖车等;圣丽塔呈三角形,是发射操作的神经中枢,它有发射航天控制中心、遥测站、雷达等设备。但此发射中心虽然从1967年进行过多次发射,却不能移动,海上发射的优势并没有显示出来。

据报道,美国空军正在研究开发一个新的发射方案:把浮体或石油钻井平台改造成海上移动型运载火箭发射场。罗马公司的戈里拉浮体海上石油钻井平台被初步选中。他们决定在沿岸设置靠岸的辅助发射装置,另外再在可移动的平台甲板上装上发射台,并把火箭架在上面;海底也打上支柱,并能够抬升平台。运载火箭在固体发射平台上装好后,就可以进行遥控发射。

从海上发射运载火箭有助于保护陆地环境,不需要占用大面积土地,并可以根据具体条件移动发射台。提出这种海上发射的不只有美国,日本也提出了“海上发射复合体”的构想,并取得了专利权。此外,最近也有人提出“航天母舰”的设想,顾名思义,它类似于航空母舰却又不等同于航空母舰。

航空母舰主要是出于军事目的;而航天母舰则主要是为发射火箭而着想的。

(2)空中发射方案美国轨道科学公司在1986年左右提出了“飞马”方案。它实际上是一种介于地面和太空发射的一种方式。飞马发射过程是这样的:美国B-52轰炸机带着二级“飞马”运载火箭从地面起飞,当飞到12,000米的高度时,长15米,重18吨,并带有箭翼的“飞马”火箭自动脱落,下降五秒后,火箭第一级开始点火;随后第二级第三级点火;大约八分钟后,第三级火箭燃烧结束,卫星便被送入到450公里的运行轨道中。从1990年4月以来,美国果真从B-52轰炸机上成功地发射了多颗卫星。1993年2月3日,改装后的B-52轰炸机把一颗巴西卫星送入到400~800公里的椭圆轨道。

空中发射方案最吸引人的地方是费用低,只有地面发射的1/3;另外发射时间短,不受发射区域的地理限制,适用于军事上快速发射的要求。但它只适合小型卫星的发射,运载最大容量只有27吨。同时,美国也有“金牛”

标准小型运载火箭。此火箭分四级,能将一吨重的卫星送入轨道,三百多公斤的卫星送入静止轨道。此种火箭已经投入到军民两用。

(3)地下发射方案20世纪90年代,日本有个公司提出过从地下二千多米深处发射火箭的构想。这个构想要在地下挖一个2000米深、直径为10米的竖坑,从底部利用压缩空气发射运载火箭。此种发射方式的优点在于它能节省燃料,并能提高火箭所搭载人造天体的重量,估计21世纪可以实现。

目前世界上拥有自己卫星的国家很多,但有发射能力的并不多。从商业卫星的发射市场来看,比较先进的火箭型号有以下几个:一是欧洲空间局研制的阿丽亚娜号火箭;一是俄罗斯研制的质子号运载火箭;一是美国麦道公司研制的德尔它火箭;另一是中国航天工业总公司研制的长征号火箭等。

掌握返回式卫星技术的国家只有四个。除美国和独联体外,我国于1975年首次回收卫星成功,日本1994年用H-2型火箭发射的“返回大气层实验机”按预定计划溅落在大西洋上。

另外一箭多星技术也引人注目。我国于1981年9月2日,用一枚运载火箭发射了三颗卫星。美国、独联体也不甘落后。俄罗斯曾于1994年2月14日,用一枚“旋风-3号”运载火箭发射了“宇宙-2368号”至“宇宙-2273号”六颗通讯卫星,这些卫星都成功地运行在低轨道上。

中国火箭的商业市场潜力很大。我国在1990年4月7日、7月16日,1992年9月14日、10月6日,分别发射了亚洲1号通信卫星、巴基斯坦小型实验卫星、澳大利亚通信卫星、瑞典科学试验卫星。长征3号是我国比较成熟的运载火箭。虽然,我国卫星发射也曾有过挫折,但中国火箭的发射成功率仍是世界上最高的,前景很好。

人类的杰作——展望各国航天飞机美国的航天飞机到目前为止,美国已不是惟一拥有载人航天飞机的国家。但这并不意味着美国就不打算研制下一代航天飞机。早在1985年,美国就提出要发展更先进航天飞机的计划。我们先来对美国各航天飞机作一了解。

“哥伦比亚号”,它长约56米,高约23米,起飞重量为2200百多吨,航天飞机发动机总推力可达3140吨。该机于1981年首次试飞成功后,由波音747大型喷气客机运回肯尼迪。后来航天中心为此机装置了加拿大制造的“机械手”,机身还贴着防高温的硅瓦。

“挑战者号”,比“哥伦比亚号”轻4.5吨。它施放过一颗2.5吨重的卫星,它的宇航员也进行过空中行走。该机于1986年爆炸。

“企业号”是美国航天飞机的正规检测机,1977年制造。

“发现号”,1984年8月30日首次发射入轨,它载有五名宇航员,不仅发射了3颗地球静止轨道卫星,还进行了各种实验。到1991年为止,它已被使用13次。

“阿特兰蒂斯号”,1985年10月3日,首次发射,载有5名航天员。

“奋进号”于1992年5月7日发射成功。该机在空间轨道的时间得到延长。

美国20世纪80年代提出过“东方快车”的构想,后来不知是什么原因,已经消声匿迹了。

据称,美国国防部正在加紧研制X-30航天飞机。该机能够水平起飞,整机入轨、返回并能水平着陆。X-30天飞机全长45米,起飞重量约90吨。它有喷气式发动机、高超声速喷气式发动机、火箭发动机,分别用于水平跑道起飞、加速、太空运行三个飞行阶段。

1996年7月7日,美国副总统戈尔宣称,洛克希德—马丁公司开发的可重复使用的新一代航天飞机X-33被选中,该机性能与X-30相似,预计2000~2006年投入使用。

日本的航天飞机日本东京宇宙和宇航科学研究所从20世纪80年代初开始研究一种叫“HIMES”

的宇宙运输飞船。此飞船最大有效载荷约半吨,最高飞行高度为300公里,它能够垂直起飞和水平降落,所以其实质是一种航天飞机。

HIMES全长13.7米,用1.5吨的液氢、1吨的液氧作推进剂,装有两个可重新点火的发动机。该航天飞机有一个三角形支撑面,支撑面末端旁边还有两个用液氢作动力燃料的发动机,以备不测。有关HIMES的技术已经存在,但目前它尚未真正露面。

此外,日本空间厅及国家航空航天实验室从1987年开始研制了一种叫“Hope”的H-Ⅱ轨道飞机。此机长约13米,翼展9.2~12米,总质量约1吨。Hope飞机将由日本H-2火箭发射上天,进入380公里高的轨道后,它能与空间站对接。在返回时,Hope飞机能到普通跑道水平着陆。1996年2月12日,日本从种子岛将Hope号小型航天飞机试验机发射升空,该试验机以15倍音速飞行了19分钟,但溅落在小笠源群岛东北300千米的海上后回收失败。

英国的“雷托尔”航天飞机英国航空航天公司和罗尔斯—罗伊斯公司正在研制一种水平起降的小型航天飞机“雷托尔”。“雷托尔”起飞重量约2000吨,运载能力为7~11吨,雷托尔属无人驾驶飞机。它能在任何普通机场起飞和降落。该飞机设计需要40亿美元以上。

德国的“森格尔”航天飞机1986年,前联邦德国梅塞施米特—伯尔特—布洛姆公司提出了“森格尔号”航天飞机设计方案。此飞机能在普通机场上降落和起飞,并分两级。

飞机第一级装有涡轮喷气发动机,能把第二级送到30公里的高空后再返回地面;飞机第二级装有氢氧火箭发动机,重约50吨。

“森格尔”航天飞机是两级航天飞机,第一级本质上是一个大型音速驮运航天飞机;第二级航天飞机是火箭飞机。此飞机的发展费用在100亿美元左右,大约按计划到2004年可以使用。

俄罗斯的航天飞机前苏联在1988年11月15日发射过无人驾驶的“暴风雪号”航天飞机。

20世纪90年代前苏联分裂解体后,俄罗斯继承了其主要技术和设备。

据消息称,“暴风雪号”航天飞机总推力可达3000吨,自身质量62吨,能将38吨的有效重物送入到180公里的低轨道。另外,前苏联还在1982年6月3日发射过“宇宙”1374小型航天飞机,在印度洋得到回收;1983年3月、12月发射了“宇宙”1445、“宇宙”1517航天飞机,分别从印度洋、黑海回收;1984年12月发射了“宇宙”1614航天飞机等。目前,由于俄罗斯财政出现赤字、经济衰退、政治不稳,同时也由于有“和平号”轨道站、“联盟号”飞船在发挥作用,估计新型的航天飞机研制进展不大。

我国的航天事业我国航天事业起步于20世纪50~60年代。1956年10月8日,我国第一个火箭导弹研制机构——国防部第五研究院成立,钱学森任院长。1958年4月,开始兴建我国第一个运载火箭发射场。1964年7月19日,我国第一枚内载小白鼠的生物火箭在安徽广德发射成功,我国的空间科学探测迈出了第一步。1968年4月1日,我国航天医学工程研究所成立,开始选训宇航员和进行载人航天医学工程研究。1970年4月24日,随着第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功,我国成为世界上第五个发射卫星的国家。1975年11月26日,首颗返回式卫星发射成功,3天后顺利返回,我国成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1979年,“远望”1号航天测量船建成并投入使用,我国成为世界上第四个拥有远洋航天测量船的国家。1990年7月16日,“长征”二号捆绑式火箭成功发射。1985年,我国宣布将“长征”系列运载火箭投入国际商业发射市场。1990年4月7日,“长征三号”运载火箭成功发射美国研制的“亚洲一号”卫星。1990年7月16日,“长征”2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功,其低轨道运载能力达9.2吨,为发射载人航天器打下了基础。1992年,我国载人飞船正式列入国家计划进行研制,这项工程后来被定名为“神舟”号飞船载人航天工程。“神舟”号飞船载人航天工程是我国在20世纪末期至21世纪初期规模最庞大、技术最复杂的航天工程。2002年12月,“神舟”四号无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国载人航天工程的第四次飞行试验,第一次是在1999年11月,第二次在2001年1月,第三次在2002年3月。2003年10月15日,“神舟”五号载人飞船在酒泉发射成功。

叹为观止的空中作业航天飞机在频繁的太空活动中扮演着重要的角色,这里着重谈谈太空行走、空间维修、施放卫星。

太空行走分两种,一种是身着宇宙服的舱外活动,为了保险,这种宇宙服的一端系有一根保险绳,此绳的另一端接在航天飞机上。世界上第一位从航天飞机步入太空的是美国宇航员马斯格雷夫。他于1983年4月7日当地时间下午4点23分,从打开的货舱舱门走了出去,此时他的宇宙服拴有一根长约15米的保险丝,以免他飞离航天飞机而去。马斯格雷夫在太空中时而伸腿舒脚,时而自由飘飞,时而凝神定气,好不自在。据报道,到目前为止,已有三位华人在太空中行走过。最近一次是1996年美籍华人柴立中搭乘“奋进”号航天飞机,在舱外进行了活动。

另一种太空行走说起来有些离谱。因为宇航员已经离开了航天飞机,停留在茫茫无际的太空中。按一些人的话说,他成了完完全全的一个“卫星人”。

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