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第3章 “星”潮澎湃——人造卫星大揭密(2)

当它飞过本国上空时又把这些信号输送到地面站,经地面分析、研究,就能掌握别国地面雷达的位置、特性,破译电台的信号。例如,美国于1988年8月发射的一颗重型电子侦察卫星,就可以同时监听到中苏两国11000条电话和步话机的通话。

如果有监视陆地上的军事卫星,那么与之相应的也应该有监测海洋中的卫星。它就是海洋监视卫星,海洋监视卫星上配备有雷达、无线电接收机、红外探测器等侦察设备,主要用于监视海上舰船和潜艇的活动。为了对广阔的海洋进行连续监视,卫星轨道一般比较高,大部分在1000千米左右的圆形轨道运行,海洋监视工作主要由专门的海洋监视网组成,它又是由许多颗卫星组成的小集团,负责海洋监视活动。

在日常生活中,我们常常会看到报警器,但是你见过会报警的卫星吗?它也是监视卫星的一种,通常被称为预警卫星。预警卫星一般运行在地球静止轨道上,可以由几颗卫星组成一个预警网。卫星上装有红外探测仪,用来探测敌方导弹飞行时发动机尾焰的红外辐射。如果再配合电视摄像机就可以及时准确地判断导弹飞行的方向,发现威胁时迅速报警,使防空部队及时拦击导弹,城市居民紧急疏散隐蔽。在预警卫星出现前,人们使用的是巨型雷达预警,但是由于受到地球曲面的阻挡,只有当导弹爬高到250千米高空时,雷达才能发现目标。预警时间只有15分钟,常常由于来不及准备而被动挨打。

而预警卫星可以把预警时间提前到30分钟。在海湾战争中,由于预警卫星的作用,美国的爱国者导弹成功拦截了伊拉克的飞毛腿导弹。

军事卫星在每个国家都有很重要的作用,从上面的内容中我们也可以看出军事卫星所具有的强大功能,它是保护国家安全的重要设备。目前,许多国家都把军事卫星当作国防建设的重要内容。无论是在战争年代还是和平年代,它所具有的作用是别的设备所无法替代的。相信随着科学技术的不断进步,军事卫星所具有的功能会越来越强大。

第五节 气象卫星

现在,天气预报越来越准确。在今天的预报中我们就可以知道明天的天气,这样有利于人们安排自己的行程和工作。但是,你知道天气预报为什么比以前预报准确了许多呢?这就要归功于我们的科学家研制出了能及时反应天气情况的“气象卫星”。

气象卫星是对大气层进行气象观测的人造卫星,属于一种专门的观测卫星或遥感卫星。它具有范围大、及时迅速、连续完整的特点,并能把云图等气象信息发送到地面上。1958年,美国发射的人造卫星开始携带气象仪器;1960年4月1日,美国首先发射了第一颗试验气象卫星“泰罗斯1号”,这颗试验气象卫星呈18面柱体,高48厘米,直径107厘米。

卫星上装有电视摄像机、遥控磁带记录器及照片资料传输装置。它在700千米高的近圆轨道上绕地球运转1135圈,共拍摄云图和地势照片22952张,有用率达60%。截至1990年年底,在30年的时间内,全世界共发射了116颗气象卫星,已经形成了一个全球性的气象卫星网,消灭了全球4/5的气象观测空白区,使人们能准确地获得连续的、全球范围内的大气运动规律,从而作出精确的气象预报,这大大减少了灾害性损失。据不完全统计,目前所使用的气象卫星,对自然灾害有3~5天的预报,可以减少农业方面30%~50%的损失,仅农、牧、渔业年获益高达1.7亿美元。

气象卫星除了一般卫星所具有的基本结构和部件外,还携带各类遥感仪器,包括电视摄像机、红外探测仪、射电探测仪、多谱段探测仪、气象雷达以及数据传输设备。另外,气象卫星的轨道一般分两种,一种是太阳同步轨道,这种轨道高度较低,能够实现全球覆盖,用于观测天气变化的细节;一种是静止轨道,它能够观测地球表面40%固定区域天气大系统的变化。这两种卫星获得的云图可以共同为天气情况服务,完成天气的近期和远期预报。

气象卫星资料不仅可用于数值预报、中长期天气预报和气象科学研究,还可广泛用于地球环境的动态监测。利用极轨卫星上高分辨率扫描辐射计的资料可以监视地表和海表特征,从而服务于森林火灾监视、洪涝、农业病虫害、作物产量、渔业、海冰、泥沙等监测。卫星图像可以监视海冰情况,服务于远洋运输工作;可以监测河口泥沙,服务于航运、水利、港口的建设和发展;还可用于监测土壤温度、地表温度、高原积雪、沙暴尘暴、城市热岛、地震前兆、森林虫害、地质构造、海洋水色和环境污染等,服务于科技、经济、环境以及人类生活各方面。气象卫星的用途很广泛,与人类的生活息息相关。

美国发射的世界上第一颗气象卫星“泰罗斯1号”卫星,为美国提供了大量气象资料。第三代太阳同步轨道卫星——“泰罗斯N/诺阿号”卫星,携带着高分辨率扫描辐射计和垂直探测器,由它拍摄的云图可以及时地将气象资料传输给地面,也可以把拍摄的云图贮存在磁带里,在卫星飞经另一地面接收站时传给地面。它每天可输出全球范围内的16000多个地点的大气探测资料,2万~4万个点的海面温度测量值。每天全球有100多个地面接收站在接收这类的卫星云图。

既然气象卫星如此神通广大,那么它到底是如何来掌握变化莫测的天气变化呢?气象卫星的本领来自于它所携带的气象遥感器。这种遥感器能够接收和测量地球及其大气的可见光、红外与微波辐射,并将它们转换成电信号传送到地面。

地面接收站再把电信号复原绘出各种云层、地表和洋面图片,进一步处理后就可以发现天气变化的情况。

气象卫星的轨道也可以划分为两种:一种是太阳同步轨道,一种是地球静止轨道。按照前一种轨道运行的气象卫星每天可以对地球表面巡视两遍,从而获得全球气象资料,但是对某一地区的气象情况每天也只能观测两次;运行于地球静止轨道的气象卫星,则可以对地球近1/5的地区连续进行气象观测,实时将资料送回地面,用4颗卫星均匀地布置在赤道上空,就能对全球中、低纬度地区气象状况进行连续监测,但是对于纬度大于55度的地区而言,它就显得有些力不从心了。因此,这两种卫星同时工作,可以实现优势互补。

中国、美国、俄罗斯、日本、印度、欧洲空间局等都有属于自己的气象卫星,发射总量多达100余颗。

1988年9月7日,中国发射了第一颗气象卫星——“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图相媲美,但由于星上元器件发生故障,它只工作了39天。目前,性能更先进的“风云二号”地球静止轨道气象卫星已经投入应用,并对我国的天气情况与经济建设发挥了巨大的作用。

第六节 资源卫星

什么是资源卫星呢?它和我们平时所说的“资源”有什么联系呢?资源卫星是用于勘测和研究地球自然资源的一种卫星。有了资源卫星,地下寻宝就变得容易多了,它能“看透”地层深处,发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构;能普查农作物、森林、海洋、空气等资源;并且还可以预报各种严重的自然灾害。

资源卫星利用卫星上装备的多光谱遥感设备,可以有效获取地面物体辐射或反射的多种波段电磁波信息,然后把这些信息发送给地面站。由于每种物体在不同光谱频段下的反射不一样,地面站接收到卫星信号后,便根据所掌握的各类物质的波谱特性,对这些信息进行分析、处理,从而得到各类资源的特征、分布和状态等详细资料。所以,通过使用资源卫星,人们就不用像过去那样四处奔波,实地勘测了。

按照资源卫星所侦察的对象不同,可以将它们分为两类:一类是陆地资源卫星,另一类是海洋资源卫星。陆地资源卫星以陆地勘测为主,而海洋资源卫星主要是寻找海洋资源。

资源卫星一般采用太阳同步轨道运行,这能使卫星的轨道面每天顺地球自转方向转动1度,与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都可以观测,又能使卫星在每天的同一时刻飞临某一个地区,实现定时勘测。

世界上第一颗陆地资源卫星是美国于1972年7月23日发射的,名为“陆地卫星1号”的资源卫星。它采用近圆形太阳同步轨道,距地球920千米,每天可绕地球飞行14圈。星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况,每幅图像可覆盖地面近2万平方千米,是航空摄影的140倍。

世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的,名为“海洋卫星1号”。

它装备有各种遥测设备,可在各种天气里观察海水特征,测绘航线,寻找鱼群,测量海浪、海风等。

第七节 天文卫星

如果我们想要了解一些关于太空的天体,应该借助于哪种仪器来实现呢?是天文望远镜还是别的呢?其实,用什么样的仪器都没有通过卫星看得清楚。天文卫星也是一种科学卫星,它专门对各种天体和其他空间物质进行科学观测。天文卫星在离地面几百千米或更高的轨道上运行,由于没有大气层的阻挡,卫星上仪器可以接收来自其他天体的各波段电磁波辐射,这样一来,它能够更好地观测宇宙空间。

天文卫星的轨道多数为圆形或近圆形、高度为几百千米,但一般不低于400千米。这是因为太阳系以外的天体离地球极远,再增加轨道高度也不能缩短相互间的距离,改善观测能力。而轨道太低时,大气密度增加,卫星也难以长时间运行。

第八节 首次发现黑洞的卫星——“AstroE2”2005年7月,日本在鹿儿岛县的内之浦空间观测所发射了一颗名为“Astro E2”的天文卫星,主要用来探测宇宙黑洞。名为“AstroE2”的卫星携带有5台X射线天文望远镜,可以与太空中已有的美国“钱德拉”和欧洲“XXM牛顿”天文望远镜共同观测一个天体。

它们利用各自的特长来收集数据,从而为国际天文研究作出贡献。

日本曾经于2000年2月利用MP-5火箭发射天文卫星“Astro”,但是遭遇了失败。此次发射的“AstroE2”是“Astro”的替代卫星。

日本自1979年发射“天鹅”号X射线天文卫星以来,已经发射了4颗X射线天文卫星,在这一方面保持着领先水平。X射线天文卫星能在宇宙空间观测天体发出的X射线,探测活动的星系和黑洞边缘的情形等。

第九节 微纳卫星

微纳卫星实际上是人造卫星的瘦身版,质量小于10千克,并且具有实际使用功能。随着高新技术的发展和需求的推动,微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短、可编队组网以及用更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势,在科研、国防和商用等领域发挥着重要的作用。微纳卫星是基于微电子技术、微机电技术、微光电技术等微米、纳米技术,从而发展起来的,使得航天器向着微小化方向发展。微纳卫星技术研究及其组网应用技术是国际卫星技术研究的热点之一,属高新技术探索。

微纳卫星主要应用在通信、军事、地质勘探、环境与灾害监测、交通运输、气象服务、科学实验、深空探测等方面。

还有一种质量更小的卫星称为“皮卫星”,同样也是质量小于1千克的微小卫星,以微型机电系统技术为核心。由于质量很轻,可不使用高成本的大型运载工具进行发射,其成本比一般卫星低得多。

“皮卫星”的研制不需要大型的实验设施和高跨度厂房,因此目前许多大学或研究机构是研制“皮卫星”的主要科研力量。皮卫星因其体积、功耗所限,虽然功能比较单一,但是如果开发出标准的皮卫星平台,在其基础上通过装载不同的有效载荷,再加上具有“一箭多星”的发射特点,也可满足不同科学与应用任务的需要。

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