首页 -> 2007年第3期
漫话第四空间和中国的航天技术
作者：叶培建
我所要讲的第一个问题就是，为什么要发展航天技术？大家知道，如果不发展卫星，就不可能举办奥运会或者其他大型的比赛，也不可能看到中央电视台的各个地区的天气预报，更不能想象用因特网给朋友、同学发送信息。首先要把航天的领域搞明白，100千米以下的空间属于航空领域，100千米以上属于航天领域。随着科学技术的发展，人类从陆地发展到海洋，又从海洋发展到天空，航天技术的发展开辟了人类的第四空间，那么这个空间到底有什么意义呢？
第一，过去我们看电视，如果用电视转播塔转播，即微波传播，每8千米就要那一个转播站，电视就不可能像现在这么普及，也不可能把电话直接接到新疆或者是西藏。如果我们站得很高，在几百千米或者是几千千米甚至几万千米，我们发射的卫星所能达到的视野或者所能传播的地域是非常广阔的。
第二，高真空，微动力，离太阳近的地方有丰富的热能，离太阳远的地方有丰富的冷，这些都是地面上所缺乏的。在地面上，我们要做科学试验，比如要提炼某种金属，或制作某种材料，是很难的，但是到了高空就很容易做到。空中没有引力，有些技术应用得非常好。如果我们在地面上做试验要花费很大的代价，比方说在地球的表面，太阳照射不到的地方温度可降到零下40多度，但是在几百千米的高空中，如果太阳的光线被挡住，它的温度可以降到零下70多度，能够给我们提供在地面上做科学试验所不可能得到或者很难得到的条件。
第三，空中有丰富的矿物质，其中最典型的就是钛锗。如果把月球上丰富的钛锗运到地球上进行发电，最少可以用500年。现在的能源非常紧张，总有一天全世界的煤炭会挖空。我们用什么？用太阳能、核能。利用太阳能最好的地方在哪里？是空中，而不是地面。我们现在做的太阳帆板都是两三个平方米一块，600个帆板能产生3千瓦的功率。但是如果我们到空中去，建一个足球场那么大的太阳帆板，把太阳在空中的热能转化成电能，再转化成微波，反射到地面，再从地面转换成电能，是一种非常干净，并且是取之不尽的能源。
第四，就是空中存在很多资源，月球上，甚至火星上，还有其他的一些天体都有丰富的资源。从我们的地球到月球，到金星，到水星，到其他行星到底有多远，这些天体上有多少可利用的资源，不走出去就很难知道。空间是我们科学探索的一个世界，人是怎么来的？是从地球上发展起来的？还是由太空到彗星，然后才进化发展起来的？到现在为止还是没有答案。宇宙怎么形成的？地球怎么形成的？我们解释这个问题困难极大。本世纪初空间科学的主题就是寻找人类的足迹。
空间研究有丰富的政治意义，谁占领了空间，谁就拥有实力。萨达姆准备打硬仗，把陆军、坦克摆在沙漠里，等到双方一见面，美军早就用侦察卫星侦察好伊军军情和机场，然后再用导弹打，打完以后再进行评估，看打得怎么样。哪个地方打得不是很好，马上再打一下。美军的每一个战士都能进行战况汇报。为什么？因为每一个战士和每一架战斗机都能够通过卫星与指挥部联络。一场战争，有八个不同的阶段，用到的卫星包括通信卫星、导航卫星、侦察卫星、预警卫星、气象卫星等，因此美国人占有空间上的优势。
世界很多国家都在发展空间技术，到目前为止，全世界发射了5000多个卫星。打上去这些东西不是为了玩，也不是为了好看，主要的是应用，比如说要用手机，要看电视，发现水灾了，国家气象局就要使用气象卫星。有一年，东北起大火了，就要看看，到底哪个地方起火了，烧的情况怎么样。又比如，今年能收多少粮食，卫星预报就比较准确。因为有光谱议，水稻和小麦的光谱是不同的，农业部就会使用我们这个庞大的系统。有的人说在空中干什么，几十亿、几百亿地花，其实，天上花1元钱，地上可以实现14元钱的效益。
在这里我给大家介绍一下空间技术的发展。以西昌为例，我们都是往地球赤道发射卫星，因为在地球赤道上空适当的高度发射卫星就可以和地球同步。和地球同步就是地球转，它也跟着转，只要打得同速，它就一直是同一个位置。地球同步卫星在上空看中国。位置是始终不变的。要往上空发射卫星，最好的位置是什么地方？答案是“赤道”。在我国，海南是最理想的发射场，但是硬件条件不够，卫星发上去以后监控非常困难。西昌的空气非常清新，能见度很高，发射的时候能看到很长的火箭尾气。
发射一个航天器要克服很多的技术难题。飞行器在空中要耐得住高温，并且要耐得住在很短的时间内温度下降几十度的变化。要解决这个问题，就要让飞行器里面一直保持一个相对稳定的温度，卫星里面要进行控制。高空中还有高能离子、γ射线、X射线，对卫星也有一定影响。20世纪80年代，我们发射过两颗卫星，两个月就不能工作了。当时都不知道为什么，后来通过试验才知道，是空间的高能粒子在作怪。卫星在高空工作要用到发动机，发动机需要燃料，没有氧气，燃料怎么点燃？这一系列问题都要去解决，航天器分为很多类，有应用卫星，有载人飞船、不载人飞船，以及空间站。卫星也细分为很多种，有初级卫星、中级卫星、有气象卫星、资源卫星、侦察卫星、导航卫星等。“9·11”事件，世贸大楼被炸了，如果我们在那里装一个初级卫星，消息要传到中国来很困难，但是如果发射一个中级卫星，这件事就变得容易了。飞行器上天以后，它动起来需要飞轮，需要发动机，这是飞行器的心脏。它还需要一个大脑来指挥这个卫星的整个工作，一个中等规模的卫星，上面需要有30多个系统来指挥卫星的运行，而我们做到的系统化的软件，更适合卫星的使用，我们在地面先设置好、验证好，再送到天上，这个部分就组成了飞行器的控制平台。
还有太阳帆板，太阳帆板在发射的时候是收起来的，就像一把扇子一样，到了天上再分开，展开有十几米，帆板要合起来需要很多的机构。
下面，我要讲一讲中国航天技术的发展。1971年4月，在“文化大革命”比较困难的年代，我们国家发射了第一颗卫星——“东方红”一号。从第一次“会唱歌”的卫星发射以后，我们国家发射的所有的公益卫星都叫“东方红”。“东方红”二号发射了两代，突破了几个关键技术。以前卫星一转，天线也跟着转。你正在看电视，看着看着它就转过去了。我们把“东方红”二号甲的天线做成了柱形天线，卫星上有4个转发器，每一个转发器可以转发电视信号或者800路电话。自从有了“东方红”二号甲以后，我国才有了自己的卫星电视，西藏、新疆才能和北京通话。后来我们又发展了“东方红”三号，是长方形的，上面装的转发器共16个。到目前为止，能把卫星打上天还能够收回来的国家只有美国、俄罗斯、中国，这样就可以利用它进行很多的科学试验，尤其是把种子发射到空中，进行照射，种子发生了一定的变异，到了地面上以后，辣椒、西红柿长得很大，小麦可以不倒。
中国发展的气象卫星叫“风云”一号“风云”二号。卫星上有扫描仪传感器，每扫完一条数据就经过高空传到北京郊区一个很大的信息接收器，然后一条一条的数据就从地面经过光缆送到中央气象局。“风云”一号和“风云”二号构成了一个完整的气象体系，为全世界服务。大家知道气象卫星是全世界共有的，我们国家可以用任何一颗气象卫星。
航天技术发展的另一个区域是对地观测卫星，其中最著名的卫星就是“资源”一号，这颗卫星可以对地面的森林、水情、土壤等资源进行探测，是国家进行初步调查必不可少的。
当然，我国也在发展实践卫星事业。先后发射了五颗，主要是为了了解空中的情况，为空间科学研究打基础；为我国发展空间技术提供依据。在发射这些大卫星的同时，我国还发射了很多小的卫星，比如说“海洋卫星”，可以通过它看到海洋浪的波动，可以看到海洋的颜色，根据海洋的颜色判断海洋的洋流等。当然，不可否认任何国家都是以军事发展为理由发展航天技术，我们还开发了些军用卫星。军事卫星在世界上各个国家都是发展卫星事业的主要推动力。
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