太空科技篇

航天系统

航天系统又称航天工程系统。由航天器、航天运输系统、航天器发射场、航天测控网、应用系统组成、完成特定航天任务的工程系统，是现代典型的复杂大系统。

航天系统执行的特定任务和获取信息的方式，决定它的工作原理、组成和结构。获取来自太空信息的方式有两种，一是通过无线电信道传输到地面接收站点，二是通过专用的返回舱采集信息。

航天器载人的航天系统，称为载人航天系统；航天器不载人的航天系统，称为无人航天系统。执行军用航天任务的航天系统，称为军用航天系统；执行民用航天任务的航天系统，称为民用航天系统。民用航天系统包括用于科学研究的航天系统和直接为国民经济服务的航天系统。军用航天系统和直接为国民经济服务的航天系统属于应用航天系统。应用航天系统种类繁多，如：卫星通信系统、卫星导航定位系统、卫星气象观测系统、卫星侦察系统等。

空间技术

空间技术是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称为太空技术和航天技术。目的是利用空间飞行器作为手段来研究发生在空间的物理、化学和生物等自然现象。

但对“天”目前专家们有两种理解：一是把地球大气层以外的无限遥远空间称之为“天”；另一是把地球大气层外、太阳系以内的有限空间叫做“天”。若按前一种理解，空间技术和航天技术完全是一回事；若按后一种理解，人们把地球大气层以外、太阳系以内的空间活动称之为航天，超出太阳系以外的空间活动称之为航宇。这样，空间技术则应涵盖航天技术和航宇技术。但由于在相当长的时间内，人类主要还是在太阳系内从事活动，因此，当今把航天技术和空间技术视为同义词已得到公认。

我国的航天专家将空间技术的主要特点概括为两个方面：

首先空间技术是一门高度综合性的科学技术，是很多现代科学和技术成就的综合集成。它主要依赖于电子技术、自动化技术、遥感技术和计算机技术等众多先进技术的发展。因此，一个国家空间技术的成就，最能体现其科学技术的水平，是衡量其科技实力的重要标志。

其次，空间技术是一门快速的、大范围的、在宏观尺度上最能发挥作用的科学技术。比如，通信卫星可以大面积覆盖地面以至全球；气象卫星可以进行全球天气预报；侦察卫星可以及时监视广大地区的军事活动等。

空间技术区别于一般常规技术的这两大特点，使其对一个国爱的实力和进步起到意想不到的战略性作用：在经济上能产生很高的经济和社会效益，普遍认为，开发利用外层空间资源，其投资效益能达到1∶10以上；在军事上最能显示一个国家的军事实力，一个国家只要占有空间优势，就掌握了军事战略上的主动权；在政治上对提高一个国家在国际活动中的地位影响深远。一项重大空间成就，往往成为国际谈判的重大筹码；在科学技术上还能带动电子、自动化、遥感、生物等学科的发展，并形成包括卫星气象学、卫星海洋学、空间生物学和空间材料工艺学等一群新的边缘科学。

空间技术的开创和发展是人类开拓宇宙空间的壮丽事业。空间技术自20世纪50年代崛起以来，以其辉煌的成就对国际政治、军事产生的影响和对人类经济、文明作出的贡献举世瞩目。几十年来，空间技术取得了重大的成就，其中各类卫星大显神通。

航天测控网

航天测控网是对运载火箭和航天器进行跟踪、测量和控制的专用网络系统。一般由航天指挥控制中心和若干测控站（含测量船、测量飞机、跟踪与数据中继卫星）及测控通信系统组成。

航天测控网具有对运载火箭和航天器进行跟踪测量、遥测、遥控、数传等功能。工作内容主要包括：跟踪测量航天器，确定其运行轨道；接收、处理航天器的遥测数据（含平台和有效载荷遥测、图象信息等），监视其工作状况；依据航天器的工作状态和任务，控制航天器的姿态、运行轨道；接收和分发有效载荷数据；实时提供航天器的遥测信息、运行轨道和姿态等数据，接收故障仿真数据，并形成故障处理对策；与载人航天器上的航天员进行通信联络。航天测控网的主要技术指标包括测量精度、测控覆盖率、天地数据传输速率、多任务支持能力等。

系统特点

规模适当，布局合理，以较少的投入获得了较大的效益。这是航天测控网的鲜明特色。

为满足载人航天的基本要求，航天测控网建立了网络管理中心，对测控网进行集中监控，并负责测控资源的动态优化配置，实现了对陆上、海上所有13个测控站的联网和统一管理调度。

航天测控网可对火箭、各种轨道卫星和载人飞船等航天器提供高精度测控支持服务，实现了“飞向太空、返回地面、同步定点、一网多星、国际兼容、飞船回收”六大历史性跨越。

航天测控网不仅轨道测算精度高，而且具备天地话音、电视图像和高速数据传输等能力。测控中心的专家组可根据各测控站传来的信息，研究决策并直接向航天器发送指令，实现了对航天器的"透明"控制，大大强化了监控能力，特别是提高了在应急情况下的测控能力。能充分利用有限的国土跨度和其他资源，通过优化测控站、船布局，确保航天器在上升段、变轨段、返回制动段、分离段等关键飞行段落的测控支持。

工作原理

统一S波段（USB）航天测控网是指使用S波段的微波统一测控系统。这里的微波统一测控系统是指利用公共射频信道，将航天器的跟踪测轨、遥测、遥控和天地通信等功能合成一体的无线电测控系统。

微波统一系统的基本工作原理是：将各种信息先分别调制在不同频率的副载波上﹐然后相加共同调制到一个载波上发出；在接收端先对载波解调﹐然后用不同频率的滤波器将各副载波分开：解调各副载信号使得到发送时的原始信息。微波统一测控系统一般由天线跟踪/角测量系统、发射系统、接收系统、遥测终端、遥控终端、测距/测速终端、时/频终端、监控系统、远程监控或数据传输设备以及其它附属设备组成。

统一S波段（USB）航天测控网最早是在20世纪60年代美国在执行阿波罗登月计划时首先使用的。60年代初，美国在执行水星号和双子星号载人航天任务时，由于使用了多种频段的设备分别进行不同的工作﹐结果飞船上天线多﹑重量大﹑可靠性差﹐而且地球上也相应设置了十分复杂的设备。为了改变这种情况，美国国家航空航天局提出采用统一S波段（2000～4000兆赫）系统作为阿波罗登月计划的地面保障系统，并在60年代中期建成了以统一S波段为主体的跟踪测控网，从而使航天测控从单一功能分散体制改进为综合多功能体制。

主要内容

进行陆地测控。航天测控的基本组成是遍布全球的陆地测控站。为确保对航天器轨道的有效覆盖并获得足够的测量精度，通常利用在地理上合理分布的若干航天测控站组成航天测控网。因此根据测控区域的要求，陆地测控站分布范围很广，航天测控网可以建在本国境内，也可以建在全球任何适于测控的地方。

地面测控是一件非常重要、非常精细和非常复杂的工作。卫星的地面测控由测控中心和分布在各地的测控台、站（测量船和飞机）进行。在卫星与运载火箭分离的一刹那，测控中心要根据各台站实时测得的数据，算出卫星的位置、速度和姿态参数，判断卫星是否入轨。入轨后，测控中心要立即算出其初轨根（参）数，并根据各测控台站发来的遥测数据，判断卫星上各种仪器工作是否正常，以便采取对策。这些工作必须在几分钟内完成。

卫星在整个工作过程中，测控中心和各测控台站还有许多繁重的工作要做。其一是不断地对其速度姿态参数进行跟踪测量，不断地精化其轨道根数；其二是对星上仪器的工作状态进行测量、分析和处理；其三是接收卫星发回的科学探测数据；其四是由于受大气阻力、地球形状和日月等天体的影响，卫星轨道会发生振动而离开设计的轨道，因此要不断地对卫星实施轨道修正和管理。

对于返回式卫星，在返回的前一圈，测控中心必须计算出是否符合返回条件。如果符合，还必须精确地计算出落地的时间及落点的经纬度。这些计算难度很大，精度要求很高，因为失之毫厘，将差之千里。返回决定作出后，测控中心应立即作出返回控制方案，包括向卫星发送各种控制指令的时间、条件等。

卫星进入返回圈后，测控中心命令有关测控台站发送调整姿态、反推火箭点火、抛掉仪器舱等一系列遥控指令。在返回的过程中，各测控台站仍需对其进行跟踪测量，并将数据送至测控中心。由此可见，为使卫星正常地工作，必须有一个庞大的地面测控系统日以继夜地紧张工作。

卫星测控中心是这个系统的核心。计算大厅是测控中心的主要建筑之一，那里聚集着众多的大型计算机。除了看得见的硬件外，还有许多看不见的软件--对卫星进行管理的程序系统，包括管理程序、信息收发程序、数据处理程序、轨道计算程序、遥测遥控程序和模拟程序等。这些硬件和软件，既有计算功能，又有控制功能，它们是测控系统的大脑。测控中心还有它的神经网络，即通信系统，它通过大量的载波电路、专向无线电线路、各向都开通的高速率数据传输设备，把卫星发射场、回收场以及各测控台站等四面八方联系起来。

航天测控站的任务是直接对航天器进行跟踪测量、遥测、遥控和通信等，它将接收到的测量、遥测信息传送给航天控制中心，根据航天控制中心的指示与航天器通信，并配合控制中心完成对航天器的控制。

陆地测控站通常由跟踪测量设备、遥测设备、遥控设备、计算机、通信设备、监控显示设备和时间统一设备组成。随着无线电技术的发展，测控设备也在不断发展，独立的跟踪测量设备、遥测设备和遥控设备已逐步被共用一路载波信道的统一测控系统所代替。

由于数据处理和控制指令生成主要由航天控制中心完成，故航天测控站的计算机以小型或微型计算机为主，履行数据录取、信息交换和测控设备的自动化监控等任务。选择陆地测控站站址的要求是：遮蔽角小，电磁环境良好，通信和交通方便。美国在全球各地有数十个固定和机动的测控站。俄罗斯的测控站也非常多，主要分布在原苏联境内，其中拜科努尔发射场就有4个测控站，其它地方的太空跟踪系统和测控站也不下20个。

目前，陆地测控站正在向高功能、国际联网测控和综合利用方向发展。但由于受到地理、经济、政治等条件的限制，一个国家不可能通过在全球各地建立测控站的方式来满足所有的航天测控需求，即使目前最大的陆地测控网，也只能覆盖大约15%的测控范围。为此，各国发展了其它的测控方式，以弥补陆地测控站无力触及的测控盲区。

进行海洋测控。世界上第一艘航天远洋测量船是美国的“阿诺德将军号”，1962年下水。第二年，不甘落后的前苏联也造出了“德斯纳号”。海上测量船是对航天器及运载火箭进行跟踪测量和控制的专用船。它是航天测控网的海上机动测量站，可以根据航天器及运载火箭的飞行轨道和测控要求配置在适当海域位置。其任务是在航天控制中心的指挥下跟踪测量航天器的运行轨迹，接收遥测信息，发送遥控指令，与航天员通信以及营救返回溅落在海上的航天员；还可用来跟踪测量试验弹道导弹的飞行轨迹，接收弹头遥测信息，测量弹头海上落点坐标，打捞数据舱等。

航天测量船可按需要建成设备完善、功能较全的综合测量船和设备较少、功能单一的遥测船。它们除具有船舶结构，控制、导航、动力等系统外，还装有相应的测控系统。综合测量船测控系统一般由无线电跟踪测量系统、光学跟踪测量系统、遥测系统、遥控系统、再入物理现象观测系统、声呐系统、数据处理系统、指挥控制中心、船位船姿测量系统、通信系统、时间统一系统、电磁辐射报警系统和辅助设备等组成。

目前，美国现役的测量船有“红石”号、“靶场哨兵”号和“观察岛”号3艘；俄罗斯现役的测量船有“加加林”号、“柯玛洛夫”号、“克雷洛夫”号等21艘，其中，“加加林”号满载排水量5.35万吨，是世界上吨位最大的测量船。为适应航天技术发展的需要，美、俄等国正不断为测量船增添性能更可靠、精度和自动化程度更高的测控设备。中国是继美、俄、法之后第四个拥有航天远洋测量船的国家，远望一号和远望二号都是在1977年下水的。虽然时间上比其它3个国家晚了十几年，但在测量和控制的技术水平上却毫不逊色。

1990年，中国首次为国外公司发射了“亚洲一号”卫星，当时，休斯公司要求中方必须在卫星发射后半小时内向美方专家提供卫星的初轨根数。结果，远望号只用了8分钟就完成了发现、锁定目标并发出初轨根数的一系列工作，而且，测出的初轨精度比休斯公司所要求的准确了好几倍。海上测控有许多困难，其中之一就是在船动、测控仪器动、目标也动的状况下，如何保证测量精度？

中国的测控人员在这方面摸索出了一整套的解决方案。比如选择测量海况较为平静的海域；在天线上安装陀螺稳定装置，在船体上配装减摇鳍以有效地消除和减少船摇；在数学方法上，他们则考虑了各种动态因素，能够精确地计算出测量时的雷达中心位置。在测量精度上，远望号航天远洋测量船完全可以和国外的陆上航天测量站相媲美。

进行飞机测控。测量飞机是航天测控网中的空中机动测控站，可部署在适宜的空域，配合和补充陆上测控站和海上测量船的工作，加强测控能力。测量机上装载天线，遥测接收、记录、时统、通信、数据处理等设备及控制台；有的在靠近机头的外侧有专用舱，以安装光学跟踪系统。测量飞机的作用灵活而多样，具体来说在弹道式导弹和运载火箭的主动段，可接收、记录和转发遥测数据，弥补地面遥测站因火焰衰减收不到某些关键数据的缺陷；装备光学跟踪和摄影系统的飞机可对多级火箭进行跟踪和拍摄各级间分离的照片；在航天器再入段，可有效地接收遥测数据并经通信卫星转发;装备紫外光、可见光和红外光谱测量仪的飞机可测量导弹再入体的光辐射特性；在载人航天器的入轨段和再入段，可保障天地间的双向话音通信，接收和记录遥测数据，并实时转发给地面接收站，必要时给航天器发送遥控指令。测量飞机的发展趋势是选用更高性能的运输飞机，并用相控阵天线取代抛物面天线，对多目标进行跟踪和数据采集，提高其测控能力。

进行卫星测控。天基测控卫星主要是利用通信卫星和跟踪与数据中继卫星系统，跟踪与数据中继卫星系统是一种可跟踪地球轨道飞行器并将数据传回地面站的空间中继站，该系统主要用于实时中继传输各类低轨航天器用户的信息。

卫星在太空中“站的高、看的远”，具有其它测控方式无可比拟的优势，天基测控卫星的使用大大拓展了航天测控网的覆盖范围。工作在地球静止轨道上的通信卫星和跟踪与数据中继卫星组成星座，便可覆盖地球上除南、北极点附近盲区以外的全球所有区域；如果与极地轨道的卫星相配合，即可实现全球覆盖。

美国的第一代天基测控网由7颗跟踪与数据中继卫星组成，可同时覆盖25颗中、低轨道卫星，数据传输速率可达300Mb/s，可为12种航天器提供服务。目前正在部署的第二代天基测控网功能更加先进，一颗跟踪与数据中继卫星可同时接收5个航天器传来的信号，并同时向一个对象发送信号，可以实时传输各类航天器的数据信息，传输速率将增至1.2Gb/s～2Gb/s，实现对中、低轨道的全部覆盖。

目前，美国、欧盟和日本都在发展新一代跟踪与数据中继卫星系统，数据传输码速率越来越高，通信频段正向着Ka频段和光学频段发展。随着新一代测控卫星陆续投入使用和性能的提高，天基测控将成为未来航天测控的重要发展方向。

航天控制中心

航天控制中心是航天器飞行的指挥控制机构，又称航天测控中心。它是航天测控和数据采集网的信息收集、交换、处理和控制中枢。

航天控制中心的任务是：实时指挥和控制航天测控站；收集、处理和发送各种测量数据；监视航天器的轨道和姿态及其设备的工作状态、航天员的生理状态，实时发送控制指令；确定轨道要素，发布轨道预报。

航天控制中心包含有:

数据处理系统

由多台大型高速计算机和软件系统组成，实时处理和事后处理各台站汇集来的数据。软件系统包括管理程序、信息和数据处理程序等。计算机通过软件控制和管理整个测控系统和航天器；通信系统

由载波和无线电通信设备、数据传输设备组成，具有可靠性和高速性，保证控制中心与各测控站、发射场、回收区之间的通信联系和数据传输；指挥监控系统

由各种监控台、屏幕显示器、绘图仪和电视等设备组成。通过文字、指示器、曲线和图像直观显示各测控站的设备工作状态、航天器运行情况、航天器上设备工作状态、执行指令情况和航天员生理状况，使指挥控制人员能实时下达指挥命令和发出控制指令；时间统一系统

由高精密时钟、标准时频信号源和相应接口设备组成，为航天控制中心的各设备提供标准时间和频率。通过与短波和长波标准时频信号的比对，使整个航天测控和数据采集网用统一的标准时间工作。

跨出地球的摇篮

经过80多年的发展，目前的飞机已达到了很高的水平。在很多国家，乘飞机去旅游已是家常便饭。目前飞得最快的飞机（美国3R－71A）时速可达3529.56千米，这是声速的3.3倍。最大的飞行高度达37650米（前苏联米格25机1977年8月31日纪录）；一次直线飞行的最大距离为20168.78千米，相当于地球半圈多。在空中逗留的最长时间达64天22小时19分5秒……然而不管什么飞机，都离不开空气，它们无法在真空中飞行，也摆脱不了地球重力的桎梏。所以，人类是不能指望靠飞机来跨出地球这只“摇篮”的。

那么人类能否跨出摇篮呢？应当怎样才可跨出摇篮呢？首先指出这条道路的是俄国的一位中学教师齐奥尔科夫斯基。他在9岁时因病失聪，所以几乎没有上过什么学校，完全靠自己努力学完了中学及大学的一些数理课程。而后，他在一个偏僻的乡村中学充任数学教师，同时开始研究气球、飞机等原理。他在41岁时写了一篇很长的论文来阐述他的主张——依靠火箭的动力作宇宙航行。经过五年的周折，这篇著名论文（利用喷气工具研究宇宙空间）才得以在1903年（正是莱特飞机上天的那一年）正式发表。后来他连续发表了许多重要的论文，继续论证其可能性。他在极为艰苦的条件下设计过许多火箭，导出了火箭理论中著名的“齐奥年科夫斯基公式”。他一生共写出的论著计730多篇（部），他曾建议，利用火箭来建立太空航行站，在上面设立天文台，并使它成为飞向其他星球的跳板。他还说：“在最初阶段，首先应当建造一个人造的地球卫星。”这些见解是何等正确，并已为实践所证实，他不愧为征服宇宙的先驱理论家。俄国人自豪地把他称作“宇宙航行之父”，为他专门造了纪念碑。在他逝世后，就以他的名言作为他的墓志铭：“地球是人类的摇篮，但是人不能永远生活在摇篮里。开始他将小心翼翼地穿出大气层然后便去征服太阳系。”

但是齐奥尔科夫斯基仅仅停留在理论研究上（他没有经费做试验）。人类要飞出去，更重要的是干！真正的突破应归功于美国的火箭工程师戈达德。

戈达德从小就迷上了科学幻想小说。1899年17岁时，他被英国作家威尔斯的《宇宙战争》深深地吸引住了，立志要飞出地球到宇宙太空去邀游。他并没有停留在幻想上，在成为工程师后，就开始设计实际的火箭发动机1914年他取得了两项专利。后来他到克拉克大学执教，同时准备把火箭试验付诸实施。

1926年初春，他偕同妻子来到马萨诸塞州的姑妈家，姑妈有个很大的农场，正好供他发射火箭用。3月16日，春寒料峭，在一片雪地中，他架起了世界上第一枚液体燃料火箭，它长约1.2米，直径约15厘米。他的妻子不愧为有心人，在他点火之前，为他留下了这有历史意义的珍贵镜头。

戈达德点燃了火箭，它顺利腾空而起，飞上了12.3米的高度，在2.5秒钟后落在56米远的雪地中。虽然距离还没有足球场长，但毕竟是航天史上的第一页！可惜观众仅有他妻子一人。

后来的发展很有喜剧性。戈达德一次接一次地试验，火箭越做越大。消息传得很快，引起了人们的关注和议论，可是戈达德得到的却是嘲笑和攻讦。纽约时报甚至专门发表社论，说他妄想飞到月球上去，是个十足的白痴，还说他的研究一开始就彻底错了。更令人恼火的是，有人甚至叫来了消防队和警察，以安全为由命令他不准再搞试验。美国政府也不支持他，颇有讽刺意义的是，后来为了使用他的200多项专利，美国政府不得不付上100多万美元巨款。

然而戈达德排除了万难，继续他的试验。到20世纪30年代初，他的火箭已能升到2.4千米的高空，飞行的速度已超过了声速——当时还没有任何飞行器可以达到声速的一半。

在欧洲大陆上，德国科学家奥伯特虽然理论上不及齐奥尔科夫斯基，制作上落后于戈达德，但他既能完善火箭理论，又参加了V—2火箭的研制，因而后人公认他与前两人一样，是现代航天学的三个奠基人之一。

上天的“梯子”

《圣经》中有个故事，说人类为了上天，正在努力地建造一座高耸人云的“通天塔”。上帝为了阻止人类上天，以保住天庭的纯洁，就设法让人类各国都用自己独特的语言。这样，建塔人因语言不通而无法合作，在不断的误会和争吵中，通天塔的工程从此成为画饼……但是进入20世纪后，在科学家不断努力下，这座“通天塔”终于逐步建立起来了。1936年，为了侵略和扩张，希特勒德国建立了一个秘密的火箭实验室。两年后，他们就制造出了可以准确命中18千米外目标的“A4”火箭。1944年，纳粹把它改名为“V一2”，意思是“复仇武器”。这是现代大型火箭的雏型。它全长14米，直径1.65米，要三个人才可合抱。底部尾翼展开1.95米。重13吨，其中弹头内炸药约1吨。射程可达320千米，命中精度±5千米，飞行速度接近每秒1610米。德国人一共生产了6000枚。从1944年9月6日开始，他们向英国及荷兰等地先后发射了4700枚，其中1230枚击中伦敦，导致2511人死亡，5869人重伤，更造成了严重的心理影响。当然，此时大局已定，V—2未能挽回法西斯覆灭的命运。

然而对于科学而言，V—2工程为研制大型火箭培养和造就了一批专家，制造了许多设备，积累了研究和管理的宝贵经验，这些都成了美、苏的最大战利品——前苏联着重搜集设备、图纸和原材料，美国则把大批专家和技术工人运回美国。

火箭飞行不需依赖空气，它是靠尾部喷出气体所产生的反作用力前进的。空气反而成了它的大敌：会增加阻力，降低速度，并使它表面产生高温，甚至燃毁。所以要飞向宇宙，首先要解决火箭的耐高温问题，同时也应尽量缩短在大气中飞行的时间，因此大凡发射都是取垂直向上的姿势。

从牛顿时代，人们已经知道了“宇宙速度”。要叫火箭发射后不再落地，永远绕地球转动，V—2火箭的速度还远远不够，它至少要达到第一宇宙速度要求的7.9千米／秒。这个速度是声速的23倍。以这个速度，从南京到上海只需要39秒钟。科学家算出，要达到如此的速度，燃料的重量至少是空火箭的39倍。换句话说，如果一支火箭总重量为1吨，那么其中必须装975千克燃料，占97.5％，而火箭壳、燃料箱及其它一切装备一共只能有25千克。谁也没有本事造出这样的火箭。因为即使是碰不起的鸡蛋，1000千克中的蛋壳重量也重达110千克。何况为了飞得更远，最好能制成比例更小（如不是1：39而是1：50或更多）的火箭。

出路在哪儿？齐奥尔科夫斯基为我们找到了解决的办法——利用多级火箭！简单地说来，就是把燃料箱做成好几段，用完一段就丢一段，这可使燃料所占的比例大为减小，从而腾出比例来装载科学研究用的各种仪器设备。例如有一支三级火箭，它的第三级装着一个1吨重的负载物——人造卫星或宇宙飞船，那级火箭本身也重1吨，燃料为它们的3倍——6吨，那么，这第三级总重为8吨。再把这8吨看作第二级火箭的负载，也按1：8的比例，那么二、三两级总重为64吨。以此类推，再加上第一级，整个火箭重为64×8＝512吨。这里，燃料总重438吨，占总重的85.5％。这个比例虽仍然很大，但比一级火箭要低得多了。

现在各国大多均采用这种三级火箭的方式：开始第一级点火，把飞船加速到一定速度，等它燃料烧完，这一级就自动脱离，同时第二级自动点火，使较轻的二级继续加速，最后它也完成自己的使命而脱离坠下，最后第三级火箭就可把较轻的人造卫星或宇宙飞船加快到所需的速度，并把它送入轨道。

现代火箭真是一个庞然大物。以美国火箭“土星5号”为例，它可把100多吨重的人造卫星或空间站送入绕地球的轨道，或者把近50吨的飞船送上月球。震惊世界的“阿波罗”登月飞船，“旅行者”行星探测器，均是由它一一送上天的。“土星5号”火箭本体长85.7米，如果连同顶上的“阿波罗”飞船，则高达110.6米，与南京的金陵饭店相当。它的底部最大直径为13米，20个人手挽手也无法合围。它的主要部件不下200万个，整个火箭的总重量为2930吨，可与一列满载的列车相比拟。它的第一级高达42米，尾翼展开有18米，其重量约为2600吨，占总重的3／4。5台强大的发动机可以产生300多万千克的推动力，总功率达17560万马力，相当于50万辆大卡车的总和。其消耗也大得惊人：所装的2200吨燃料，可供12500辆卡车开1小时，可只能供它烧2分半钟。2分半钟后它自动脱下，这时火箭已升到60千米的高空，并达到了2.7千米／秒的速度。火箭第二级长25米，装有34万加仑（154万升）液态燃料，燃烧8分钟后，将末级火箭送到177千米高空，并加速到6.7千米／秒，然后脱下，同时长17米的第三级继续点火，把卫星或飞船送入预定的轨道。

建立月球基地的构思

美国在结束“阿波罗”登月飞行后，想建立第一个月球基地。设想把有降落支架的运货舱和配备雷达的着陆器送上月球。用此着陆器也能作载人飞行，每一次着陆器飞行可载6名宇航员。只要有运货舱和着陆器，就能在月球上建立基地。月球基地居住试验不超过12人，在预制的掩蔽房内住3～6个月。

美国通用动力和康维公司的一个小组认为，目前航天飞机只有24.5吨载重能力，返回飞行载荷限定在14.5吨，因此航天飞机不能使用。倘若能带15吨燃料，就有可能在空间建立一个临时供燃站，从站上给飞往月球的着陆器加燃，不需要运货舱返回地球。遗憾的是，航天飞机运货舱内无燃料储藏空间，特别是低密度燃料的氢。因此，康维司工作组建议，用航天飞机结构的特殊压舱物箱内装上水，运到轨道上的加工厂，把水电解为氢和氧，储存起采，供着陆器飞行加燃用。该公司工作组推测，依此方法，有44％的航天飞机可供利用。轨道加燃费用比在月球上生产燃料便宜。

美宇航局也注意到从月岩中提取氧的方法。研究表明，在运货舱内建起的一个小型化学加工厂，利用月球阳光能源，每天可生产约100千克的液氧。高温下，月岩与甲烷起反应，产生一氧化碳和氢。在另外设想中，用低温反应堆，一氧化碳与氢反应，还原为甲烷和水，然后，使水电解为氢和氧，把氧储存起来，而氢再循环进入系统。

1984年10月30日，美宇航局和国立科学院以“21世纪月球基地和空间活动”为题联合召开了座谈会，与会者有300名科学家、工程师以及宇航员。在会上，就重新进行月球探索和开发月球资源广开言路，各抒己见，漫谈2005年在月球上建立一个美国人居住的月球基地。按1984年货币值计算，该基地的建立约需资金500～900亿美元，要用25年时间才能完成。这比用11年登上月球还多14午。白宫和航宇局支持并重视这次专家座谈会，期望专家们为美国重返月球提供需要的科学技术资料。航宁局局长贝格斯在座谈会上首先发言：“我深信今后25年内美国人将能回到月球上去，建立一个永久基地。它将成为开发含氧月岩工厂，并成为飞向太阳系内其他行星和天体的跳板，如火星及近地球小行星。”他又说：“空间站将是飞向月球的中途站。”总统科学顾问基沃斯讲：“空间站将是建立月球基地的一个中间转运站。月球基地是一个大胆设想，振奋人心的目标之一。”曾乘“阿波罗-17”宇宙飞船在月面逗留三天的宇航员哈里森·施米特参议员提出21世纪空间活动目标，请政府考虑从月球起飞的一次火星载人旅行。

美国科学家和政府官员相信美国会正式拟定重上月球探索计划。戈达德飞行中心地质学家保罗·洛温谈到，在对月球尚未掌握第一手科学资料时可进行国际合作。他设想由4～6名宇航员乘装备齐全的月行车，横渡月面上的英布伍姆盆地，用3～6个月时间行程4000千米。宇航员踏上月球后，可一路上勘查地质，设立营地，采集岩石，加以分析；他们将带有高分辨照相机及高灵敏度遥感器；用能钻几百米深的钻探机取样。这就可以获得广泛月面地质结构。另外，还有3名宇航员乘波音公司造的“月球漫游车”做短期月球观光旅游。为实现建立月球基地的设想，首先耗资520亿美元做月球基地侦探，寻找建月球基地点。

座谈会上，科学家们为月球基地建设和利用提出了一些构思，如建立月球天文台。因为地球受其大气和人为无线电波干扰，严重影响光学、远紫外、伽马射线、射电和微波的观测。他们认为月面是几个天文学领域最理想的地方，诸如射电天文学、微波天文学、红外和亚毫米天文学、光学天文学以及宇宙射线观测等。在近地轨道上运行的天文学卫星，包括1990年4月人轨的空间望远镜，因观测仪器的不稳定性，干扰一些掩星和干涉仪的测量，但月球挡住来自地球的射频放射，不受干扰。此外，月球上可建立大型观测阵，以超高分辨率和高灵敏度探测微弱光源。在月球真空环境里能有效地使用天文观测仪器。假若在月面上安放25米光学望远镜，能提供超过空间望远镜100倍的观测面积，分辨率高10倍。总之，月面天文台比天文学卫星和地球天文台具有不可比拟的优越性。

约翰逊空间中心一位专家提出要建立月球基地，首先应解决封闭生命保障系统，这样才能使人长时间停留在片面上，因为月球是极热和极冷（白天120℃，夜间-120℃）的空间环境。他谈到月球生保系统采用超临界水氧化技术。在氧化时，有机物和氧气能游离混合，可使生保系统在月球站设计上予以简化。还有几位科学家提议在月球开辟农场，利用月球含有许多种矿物质的土壤，在加压圆顶罩内种植作物，但需勤日氮。几位工程师赞成用SP～100空间核反应堆作为月球基地电站；有的工程师还谈及科用月面上钛铁矿热还原生产氧，可提供氧气。至于如何建造月球基地，专家们讨论了用月球土壤和水混合，或与其他液体混合构成基地结构混凝土。加利福尼亚设计院的卡里里提出一种新的“岩浆结构”，用聚焦日光熔化月球土壤，生产一种可雕成装置的柔韧材料。会上，专家们也讨论了用“月球灰质粘土结构成形法”。尽管在座谈会上，科学家们踊跃发表各自对建立月球基地的意见，但若变为现实则需惊人的经费。月球除恶劣的环境外，述有其他不利因素，譬如火箭火焰污染、处处坑洼、易扬起月球尘埃等，这些都会降低天文台观测仪器的灵敏度。月面是由电位能、等离子体以及电场包围的环境。因土壤粒子是带静电的，也可增加月面尘埃积累。为克服这些不利因素，倘需备有控制污染物和监视系统。随着电子人工智能机器人的迅速发展，只要美国肯花这笔巨款，在21世纪初有可能实现在月球上建立基地。但目前，月球基地仍是科学家们脑海里一幅梦幻图画，美国前总统布什在1989年7月20日纪念美国第一个人登上月球加20年大会上提出建立一个永久月球基地，指示国家研究委员会对重返月球和2019年把美国人送上火厘的计划进行研究。美航宇局在布什发出指示后就开始制定力争2001重上月球计划。据初步估计，建立月球基地耗资高达1000亿美元，到2025年利用这个基地费用将达2080亿美元截至1990年8月底，美国外债积累达6000亿美元，到90年代末期可能突破1万亿美元大关。在债台高筑情况下，恐怕布什重返月球计的划可望不可及。

日本建月球基地的设想

日本在21世纪初，想在月球上建立有10位日本人生活的基地，以进行科学研究和资源勘察旷从2013年起，日本可用3年时间建成可供10人居住的月球基地。基地中心部由三个圆柱体形装置组成居住舱。它的总居住面积约为100平方米。如果除去只有地球六分之一的重力外，在基地内可以舒适地生活。需要的能源由功率100瓦的月球原予炉和太阳电池供应。

在进行月球科学研究和资源勘察时，宇航员用推土机型月行车在月面工作。考虑月球上宇航员健康状况，月球绕地球一圈28天，宇航员需要从地球轮换。月球升降飞船在月球轨道上飞行，与来自地球的宇宙飞船对接。月球升降飞船、居住舱以及月球基地设备总重至少为240吨，用运载火箭分19次运到月面上组装。

建立月球基地后，宇航员们不需从地球运去建筑材料，而现场取材。原料棍凝土采用月岩内含有的石灰石，用液氧和液氢造的水与月面沙混合而成。建筑是积木式房屋，由边长3.5米、高5.6米的六角柱混凝土组装成巢式结构基地。用的混凝土要防护来自空间强烈的辐射线。日本川崎重工业公司在真空失重环境下，作了搅拌混凝土实验。在地面真空环境里试验强度不变的组件是成功的。

月球基地不可能很快建造起来。在建基地之前需要用无人探测器先行作深入调查。日本拟90年代末发射一颗绕月极轨道卫星，先用遥感勘察整个月虱、进而发射“钻探机”着陆月面作地质钻探，以了解月面生地质结构，获取详缙资料。到2000年，日本计划发射月球机器人，让机器人在月面上行走，选定月辣基地最适当地点。如果能按计划进行，21世纪用改进型的H-2可能发射第二艘载着日本人的宇宙飞船着陆月球。为此目的，还须专门研制新的宇宙飞行器，往返空间站与月球之间，因此将来把国际自由空间站作为中途转运站。日本建立月球基地需要国际合作，日本在建立未来月球基地时将提供高性能的智能机器人。

月球资源的利用

人们根据月岩样品及大量有关资料的研究与分析，确定了月球优先生产的产品原则，主要是充分利用月球资源，为扩建月球基地而生产必需的原材料，重点是制氧、金属冶炼、建筑材料的制备等。为了实现这一目的，人们已对月球上的加工厂的生产工艺流程及制备方法进行了多方面的详细研究。

科学家很早就开始了月球表面土壤提取氧的方法研究。他们利用“阿波罗”飞船取回的月球沙土进行实验，在1000℃的高温下，将月沙中的钛铁矿和氢接触生成水，再将水通过电解提取氧。研究表明，提取1吨氧，约需70吨的月球表土。考虑到胡球上生产的特殊情况，建议在月球基地建设的同时，应考虑配备一套小型的化学处理设备，利用太阳能作动力，每天大约可制备出100千克的液氧。具体流程是：利用月球岩石在高温下与甲烷发生反应，生成一氧化碳和氢。在温度校诋的第二个反应器中，一氧化碳再与更多的氢发生反应，还原成甲烷和水；然后使水冷凝，再电解成氧和氢，把氧储存起来供使用，而氢则送人系统中再循环使用。据预测，月球制氧设备，最初是为给月面上的航天员提供氧气之用，但他们需要的氧气并不多，一个12人规模的基地，每月也只需要350千克氧气。而一套制氧设备连续工作后，可生产出相当数量的氧气。因此，在月球基地建设时，应同时建造一个永久性的液氧库，以便供给航天器作为低温推进剂燃料使用。

十分有意义的是，在制氧过程中，经过化学处理后得到的“矿渣”，却都成了上等的副产品。这是因为它含有丰富的游离硅和可供冶炼的金属氧化物，只要采用适当的工业方法便可继续冶炼，炼制出工业上极有使用价值的金属钛。科学家们提出的制钛工艺流程是：将“矿渣”通过机械粉碎、磁选，提取出钛氧化物，在1273℃高温下加氢处理，生成氧化钛，再以硫酸置换出其中的铁，接着和碳混合，在700℃的温度下通人氯气，经过化学反应后生成四氯化钛，然后在2000℃高温下加热，投入镁以便脱氯，最终得到熔融态的钛。

铝的制造方法更为新颖，月面上的铝是由称之为斜长石的复杂结构所组成。科学家经过反复试验与研究，提出了一套炼铝的新工艺。具体做法是：将月岩粉碎，在1700℃下加热熔化，然后在水中冷却至100℃，制成多质的球，再经粉碎，在其中加入100℃的硫酸，即可浸出铝。用离心分离法和过滤法除去硅化物后，再将它在900℃的温度下进行热解反应，得到氧化铝和硫酸钠的混化物。随后洗去硫酸钠并进行干燥，再与碳混合加热的同时，加入氯气与之进行反应，生成了氯化铝，经过电解，获得最终产品——纯铝。

建筑业离不开玻璃，因此在月面上生产玻璃显得尤为重要。通常的玻璃由71％～73％的氧化硅，12％～14％的硫酸钢，12％～14％的氧化钙组成。月球土壤中含有40％～50％的氧化硅，在月面上制造玻璃是以氧化硅为主。其精制方法较为简单，在月球土壤中根据需要加入各种微量添加物，用硫酸溶解出一些无用的成分之后，在1500～1700℃的温度下熔化，然后经过压延冷却，即可制成月球玻璃。

现在月球资源开发利用从研究阶段进已人试生产阶段。试生产阶段规模不大，需要进一步扩大再生产，使月球生产活动逐步走向批量生产的轨道。从上所述，我们可以理解建立月球基地的经济意义。

遮不住的眼睛

人类生活在地球上，但长久以来，对地球的情况并不了解。

如地球是什么形状的？经过几千年的摸索和争论，才知道地球是球形的。如果有人进一步问它是标准的圆球吗？很长时间都无人能回答。人类发射的第四颗卫星，即只有1.5千克重的“先锋1”号，探知了地球呈梨形。

再如，我国的国土有多大？几千年来，在地面上的多次反复测量，仍然只能得出一个大致的数字。有了飞机以后，国土测量要容易一些，但也需要花10年时间，拍100万张照片。而利用卫星勘查我国国土，只要几天时间，拍500张照片。通过卫星照片曾发现过青藏高原上过去地图上没有标出的湖泊。

再如，什么地方的地下蕴藏着矿物和水源，地球的断层和板块的准确位置和走向，在有卫星以前，很难探测得很准确。而用人造地球卫星探测，相对地要容易得多。如苏联曾用卫星找到三个金刚石矿；美国卫星在撒哈拉大沙漠找到多处淡水资源；我国卫星发现，每年都发生滑坡的一段宝成铁路，原来是建在地球的一条断裂带上，改道后，就不再需要每年都进行抢修了。

再如，人们知道，亚马逊等原始森林在迅速缩小，沙化地面在不断扩大，地球环境受到严重污染。但在有人造地球卫星以前，很难掌握精确数字和整体情况，而卫星却能使这一切一目了然。

再如，地面上的几万个气象站，也很难将气象变化预报得很准确，因而使人把“天有不测风云”当作揭示规律的警语。其实不然，有了人造地球卫星以后，全球的气象变化，都在掌握之中。如气象卫星从没有漏报过一次太平洋的台风，使人们能从容地应付每一次台风袭击，大大地减少了台风造成的生命财产损失。1981年，我国长江上游连降大雨，河水猛涨，已超过警戒水位，防汛部门考虑是否动用荆江分洪工程分洪。如果分洪，将有40万人搬迁，60万亩良田被淹。但如不分洪，大雨继续，河水泛滥，造成的损失比这更大。在这举棋难定的时候，气象部门根据卫星气象云图分析，作出大雨即将停止的预报，这使防汛部门决心不分洪，避免了分洪带来的损失。

人们常说：“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”反过来理解，如果跳出庐山，就会“旁观者清”了。气象卫星、地球资源探测卫星、大地测量卫星、照相侦察卫星和环境监测卫星等遥感类卫星，就是跳出地球，高居地球之上的眼睛。这只火眼金睛是遮不住的，地球上的各种情况和地面之上大气层变化，都逃不过这只“千里眼”。

遥感类卫星，还可用来评估农作物长势和预报产量，发现森林虫害和火灾，测算海洋水温和浮游生物分布；能探测鱼群走向，预报渔汛，监视火山喷发和地震灾害，以及进行考古和军事侦察等等。

模拟太空旅行

尽管早期的科学家用载人气球进行研究工作，但他们很快发现，研究工作也可以通过地面控制的气球来完成。由于成本和安全的原因，大多数科学家都在地面控制探索大气的气球。

20世纪50年代后期，军方开始考虑进行载人气球飞行。军队的飞行员需要了解当飞到30000米以上的高空时可能遇到的问题。当时，有人提出，一旦火箭发射成功就可以进行载人太空飞行计划，军方要对诸如降落伞、增压服及维持生命系统等高空设备进行测试，同时也想更多地了解航天医学的知识。

海军和空军都制定了载人气球飞行训练的计划。海军的计划叫“同温层-实验室”。1956年11月8日，由海军军官马尔科姆·罗斯和M·李·刘易斯驾驶的“同温层-实验室”1号气球升到22800米的高度，创造了新的纪录。尽管由于气阀失灵，使气球下降速度猛增，但这只茂大的气球最后减缓了下降速度并安全着陆。

与此同时，空军方面也开始实施代号为“人高”的系列高空气球飞行计划。“人高”号的密封舱是一个圆柱体，它的大小更接近最初的7名宇航员使用过的小型圆锥形“水星”号密封舱，而不像皮卡德夫妇发明的气球吊舱，它看上去与一个大的潜水氧气瓶或潜水艇的潜望镜相似。舱内只能容纳一人，驾驶员穿上部分增压服，坐在一个有网眼的尼龙座位上，四周是维持生命的装备和科学实验仪器。

这只聚乙烯气球由温仁研究股份有限公司制造。密封舱和降落伞可以通过驾驶员或地面控制脱离气球返回地面，密封舱还能装上程序，在飞行的第二天的黄昏脱离气球。

最大的宇宙航行博物馆

坐落在华盛顿市独立大街上的美国宇宙航行博物馆是目前世界上最大的宇宙航行博物馆（简称宇航博物馆）。在这座只有208米长，28米高的宇航博物馆里竟陈列着240架飞机、40个空间飞行器、50枚导弹和火箭的实物展品。既有“阿波罗”’登月飞船重返地面的指令舱和在月球表面着陆的登月舱，又有号称航天器之王的美国“天空实验室”；既有高21米的“丘辟特”火箭，又有新型“民兵了”固体洲际弹道导弹；既有莱特兄弟1903年设计制成的世界上第一架动力飞机，又有苏联第一颗人造地球卫星的复制品……。所有这些实物都给人以身临其境的特殊感觉，难怪人们都把美国的这个宇航博物馆称做人类宇航知识的一个最大宝库。

美国宇航博物馆分设23个展览厅。

架设在“飞行的里程碑”大厅里的一架单引擎灰色飞机特别引人注目。1927年，美国飞行员林伯赫驾驶这架飞机首次横渡大西洋。二层展厅所以把“梅塞施密特－09”和“马克－7”型喷火式战斗机放在非常醒目的位置上，那是因为它们在二次大战中都是有功之“臣”。在不列颠战役中，它们为英国击败德国空军立下了汗马功劳！“空中运输”大厅里还展出各式各样的民航机。现代民航机的先驱“波音－247”也在其中。参观者均可纵览全貌。看到这些，人们不禁觉得，宇航博物馆展出的是一架架飞机，却记载着一部活生生的航空发展史。

当你走进“太空”大厅时，就象进入广漠无垠、满天星斗的宇宙之中。从天花板到墙壁上挂满了五花八门的飞行器，能够给你留下深刻的真实感和立体感。矗立在大厅里的“天空实验室”招来了特别多的观众。由于参观的人络绎不绝，只好规定列队进出。参观者不管大人还是小孩，既可以看一看宇航员是如何操作使用实验室内的仪器仪表的，就连洗澡用的简单设备、锻炼身体用的模拟自行车以及测量人体功能的各种设施，也可以亲自动手试一试。此时此刻，似乎你也成为一名宇航员了。

在一块月岩切片的旁边，竖立着一块牌子，上面写着“请摸一摸月亮”的字样。噢，人们明白了，这是希望参观者“摸”的实物展品。月亮是地球的卫星，谁不想亲手摸一摸来自38万公里之远的亲“骨肉”呢！不知是因为摸的人太多还是由于这块切片本来就很平整的缘故，它光滑极了。

美国宇航博物馆自1976年7月至日开馆以来，每年都得接待大约1千万名贵客。

最大的天空实验室

1973年5月14日，美国国家宇航局把一只誉满全球的航天器——“天空实验室”送上了高435公里的近圆形地球轨道。天空实验室长36米，最大直径达6.7米，重约86吨，是迄今为止人类送上太空的最大航天器。

天空实验室主要由“土星”工作舱和“阿波罗”飞船两部分组成。土星工作舱的外面装有两组太阳能电池帆板：一组呈风扇形，专给实验室内的望远镜供电；另一组呈翼形，好似一对大翅膀，空间站所需电能主要由它供给。两组电池帆板的总面积约230平方米，比一个排球场还要大。

在天空实验室内，人们可以从事各种科学实验。因此，称它为轨道空间站，那是再合适不过的了。

非常不幸，“土星－5号”运载火箭发射后仅1分多钟，天空实验室就开始“感冒发烧”了。原来，空间站的轨道工作间在穿越大气层时受到了很大的损伤：翼形太阳能电池帆板，一个被完全扯掉，另一个被死死卡住；宇宙尘防护罩也突然脱落了。由于上述原因，空间站供电系统发生严重问题，轨道工作间的内部温度急剧上升。

在这危急之际，字航局决定，立即派出一个精干的宇航小组，奔赴天空实验室，救死扶伤。5月25日，“土星－IB”火箭把载有三名宇航员的阿波罗飞船送到天空实验室，首先承担起抢修空间站的特殊任务。两个星期后，空间站得救了，但只剩下一只“翅膀”了。宇航小组在圆满地完成了各项科学试验后，于6月22日胜利归来。

尔后，天空实验室又接待过两批“客人”，每批都是3名宇航员。前一批在空间站生活了59天，后一批住了84天，全由阿波罗飞船接送。1974年2月，最后一批宇航员返回地面以后，空间站不再接待客人，直到1979年7月11日，终于坠落在印度洋。跟所有的人造地球卫星一样，天空实验室在它“寿终正寝”的时候，也是要回到“娘家”——地球上来的。不过，它在回“娘家”的路上，要经过稠密的大气层，自然会落得个粉身碎骨的下场。据报道，最大的1块碎“尸”竟有2270千克重，坠落在离澳大利亚不远的洋面上。

在空间站里工作的三批宇航员拍摄了17万5千多张太阳照片、3万多张地面目标照片，录制了72公里长的磁带，还进行了30多项包括空间生物医学、空间材料加工在内的科学实验。宇航员还对周期长达7500年的科霍特克警星进行了详细的观察……。

射电望远镜的作用

一般的天文望远镜，只能观测到其他天体发出的可见光，因此叫做光学天文望远镜。它对电波无法接受。

所谓射电望远镜，实际上是用来测量从天空中各个方向发来的射电能量的一种天文仪器。它具有高定向性天线和相应的电子设备。因此有人说，射电望远镜与其称它为望远镜，倒不如说是雷达接收天线。现在世界上最大的射电望远镜，其直径有100米，面积有足球场那么大，真可谓庞然大物。

用一般望远镜只能看到可见光现象，而射电望远镜则可以观测到天体的射电现象。

由于射电望远镜的发明，使天文学有了飞速发展。它揭示了宇宙中许多奇妙现象。例如通过射电望远镜，人们发现了天鹅座A的射电星系，它每秒钟发出的射电能量要比太阳每秒钟发出的能量强1亿亿倍以上，是迄今发现的最大射电星系，而用光学望远镜对它却是一无所知。此外，用射电望远镜还发现了类星体、脉冲星、星际有机分子和微波背景辐射。可见射电望远镜的作用是很大的。

兴建超级天文望远镜

天文学是随着望远镜的发展而发展的。目前，由欧洲8国组成的“南方天文台委员会”正在从事一项跨世纪壮举——兴建望远镜之王。

这架未来的世界望远镜之王将选址南美洲的智利，它坐落在海拔2664米的巴拉那尔山顶。那儿气候条件极佳，空气能见度高，而且没有污染。如此洞天福地正与望远镜的王者身份相配。

整架望远镜采用了最先进的组合镜面形式，4个直径分别为8.2米的反射面可将微弱的星光聚焦于同一点，既减少了单面巨大镜面制造上的困难，又使它的综合集光能力超过了任何可能铸就的单独镜面。其单镜间的配合、温度变化及自重影响造成的镜面畸变校正，都采用了最先进的高速计算机系统，从而实现自动调节，将镜面的各种误差减至最小。

由于这架望远镜有着破纪录的大“眼睛”，又能“高瞻远瞩”，它的聚光能力已是校正视力前哈勃望远镜的50倍，而分辨能力又极高，能在理想条件下拍出月面上1米大小的物体，足以监测宇航员在月球上的一切活动。这架性能卓越的望远镜造价只及哈勃望远镜的1/10，堪称价廉物美。天文学家们期待它在1998年工程竣工后就能给天文学带来一系列突破性的发现。

把天文望远镜送入太空

在地球上用天文望远镜观测天体不是很方便吗，为什么还要把天文望远镜送入太空呢？

从事天体观测的人都知道，通过地面望远镜可以看到许多天体。为了发现更多新的天体以及天文现象，望远镜的口径几乎年年在扩大，可是仍然不能满足需要。这是因为许多天体不仅发出可见光，而且还有其他波段的辐射，如射电辐射、红外辐射、紫外光辐射、X射线辐射以及α射线辐射。不同天体有不同的辐射特征。

我们的地球有一个大气层，给天文观测带来许多不便。地球的大气层能吸收来自其他天体的各种波段的辐射，有些完全被它吸收。只有可见光、射电波和一小部分红光才能抵达地面，被望远镜探测到。即使是可见光，也因为大气的折射、抖动，造成望远镜分辨率低和使观测精度受到影响。因此，大气层对天文观测来说，是一大障碍。

把天文望远镜送入太空，就可以克服地面天文观测所遇到的种种困难。1990年4月，美国用航天飞机把一个口径为2.4米的光学望远镜送入太空，这就是哈勃望远镜。为了更好地观测天体，科学家还发射了不同的星际飞船。在这些飞船上除安装了望远镜外，还安装了其他探测器，对天体进行详细的观测，为我们记录了大量的科学数据。

多镜面望远镜

天文望远镜是天文学研究不可缺少的工具，尤其是大型天文望远镜。目前世界上最大的反射望远镜口径已达6米。然而，由于光学机械工艺以及价格等方面的因素，制造更大的天文望远镜十分困难。

在这种情况下，必须寻求新的制造工艺，于是多镜面望远镜的研制成了新的追逐目标。多镜面望远镜是指由若干台望远镜或多块镜面组合起来以获得更好观测效果的一种新颖望远镜。它的设计思想是“化整为零”，也就是用若干台较小的望远镜来代替一台巨型望远镜。

这些小型望远镜或者安装在同一支架上，或者彼此互相独立。工作时，它们可以协调地指向同一天体目标，各自所集聚的光束被引到公共焦点上，从而像一架大望远镜一样形成清晰的图像。

在跟踪不同天体的全部观测过程中，为了保证各小型望远镜的工作步调一致，需要采取所谓“主动光学”的新技术。这个技术就是望远镜必须高度自动控制，观测时每一台小望远镜的实际位置由专门的激光束来加以测定，测得的结果送入电子计算机，并通过计算机对它们的位置不断地加以调整，以保证小型望远镜自始至终步调一致，取得优质的星像。

世界上第一架多镜面望远镜是1971年由美国研制的，1979年投入试用。欧洲南方天文台计划造一架多镜面望远镜，其聚光本领相当于一台口径为16米的巨型望远镜。

实施“巡天观测计划”

由于当代天文学的长足进步，人类对宇宙的认识早已从哲学的思辨中超越，而能从理论和实测两个方面对宇宙的结构和演化作总体研究，这就是“宇宙学”。

理论的研究虽不能说已尽善尽美，但现行大爆炸学说已能预言宇宙自诞生时起第0.00001秒以来的主要进程，并已找到了坚实的观测证据；而观测亦不仅仅是为理论作证，它随时都可能有意想不到的新发现，给理论的发展提供无穷的动力。“实践是检验真理的唯一标准”，天文学尤其不能摆脱对观测的依恋。为了对宇宙的整体状况有较清楚的了解，天文学家于1995年起实施一项空前的“巡天观测计划”。

承当此重任的是一架将建造于新墨西哥的2.5米口径的光学望远镜。它拥有先进的微光放大装置CCD阵列，一次能记录下1.2兆个光像，并能拍下1/4天区内的4色图像，最暗可捕捉到23m的天体，几乎可看到“天边”了。

它的观测重点当然是星系。通过计算机，它将分析5000万个星系的大小、形状、亮度、颜色和分布，并自动测量其中100万个星系的红移，是目前已测红移星系数的25倍。此外，它还将测量10万个类星体的红移。当它历时5年的工作完成之后，展现在我们面前的必将是一幅空前规模的三维宇宙图像，将宇宙学的研究推进一大步。

依山傍水修建的天文台

“月明星稀”的晴朗夜空，诗人会为之动情讴歌，可是挑剔的天文学家却嫌它空气污染、大气抖动而使自己无法工作。因此，早先天文学家都像“性本爱丘山”的陶渊明，把天文台一无例外地造在远离尘世的山丘之上。那儿气氛宁静，空气稀薄，气候稳定，大气扰动也较小，睛天自然较多，因此十分有利于光学观测。

后来天文学家又发现，水边建台也有它的独到妙处。因为水的比热最大，白天它能吸收大量的太阳辐射，使周围空气的温度不致升得太高；而夜晚又能慷慨放热，使空气温度不致降得太低。这样，水面附近的气温就变化不大，不像易于蒸发而引起空气剧烈流动的陆地。因而在水边建台者亦大有人在。

假如能在高山上的湖泊中建造天文台，让它依山傍水，不是能兼顾山与水的双重优点了吗？完全正确，而且真的给找到了这样一个福地，这就是美国加州南侧的大熊湖天文台。它位于大熊湖北岸的一个人工岛上。湖水海拔2042米，平均每年有300个晴天；而且其中的200多天天空都是湛蓝的，万里无云。最宝贵的是大气极为宁静。这儿照得太阳照片清晰逼真、精细入微，为同类照片之珍品，这就全仗它那得天独厚的环境。

“高能天文台”

“高能天文台”是美国在1977年8月到1979处9月发射的非太阳观测天文卫星系列，共3颗。

“高能天文台”是20世纪70年代最重最大的空间观察台，其主要任务是对脉冲星、黑洞、类星体等各种河外宇宙天体辐射源的X射线、γ射线的宇宙线进行探测和研究，而重点是发现和观察宇宙射线源。

发射后的“高能天文台”凭借自己装配的先进仪器探测各种射线源。其中“高能天文台”1号就记录到1500个X射线源，它们大多来自遥远的星系团，使X射线天文的视野扩张到了河外天体；它取得可能是黑洞的数据，受到天体物理学家的重视；首次证明矮新星天鹅座SS是1颗硬X射线源；另还发现1个高能辐射背景，表明在星系之间可能存在着广泛的热气体，其总质量可能比星系中的恒星总质量大。“高能天文台”2号已拍摄到数千张X射线源的X射线像，包括一些快速爆炸过程。“高能天文台”3号用于探测天体的γ射线和宇宙线等高能辐射。

“太空天文台”

1990年4月，美国把一架口径2.4米、11600千克的哈勃望远镜送上680千米高的轨道，这项计划花费了15亿美元，历时15年。在此以前，已有近百颗不同类型的天文卫星上了天。

地球上大小天文台数以百计，何必再花那么大的代价发射“太空天文台”呢？

也许你有过这样的经历：为观测一次日食，准备了好几个月，却由于遇到阴雨天而大失所望。要是能飞到云层之上，就不会受坏天气“欺侮”了。这就是太空望远镜的第一个优势。

南天有个漂亮的南十字星座，在我国长江以北却看不见它。而南半球的许多地方，又看不见我们熟悉的北斗星。天文卫星环绕地球运行，“巡天遥看一千河”，能同时看到全天的星体，这又是地面天文台望尘莫及的优势。

在地面上，即使天气明郎，由于浓厚的大气层像大海一样川流翻腾，仍会使望远镜里的星像颤动和模糊。在大气层之外，星光就不会闪烁了，同样的望远镜看见的星像要比地面上清晰好几倍。而且，太空中没有大气散射光，星空背景永远是黑暗的，24小时都能进行天文观测。

尤其重要的是，大气层对红外光、紫外光、X射线和γ射线有强烈吸引作用，所以许多天文卫星都是到太空去观测这些肉眼看不见的光线，并有许多重大发现。

航天飞机要用飞机驮运

航天飞机可以遨游苍穹，但在陆地上移动，却没那么自由了，当年美国第一架试验型航天飞机“企业号”总装完毕，要送往58千米远的空军基地时，着实给交通部门出了个大难题。为了让这个重68吨、长37米、翼展24米的庞然大物安全通过，沿途障碍物全被拆除，还特地加固了路面。“企业号”趴在一辆履带式大平板车上，以每小时5千米的速度前进，警车、直升机全都出动，附近交通全部中断。后来，在考虑了直升机和气垫船等运输工具后，最终选择了经过改装的波音747宽机身客机作为航天飞机的运载母机。不过这位“乘客”的个头是挤不进波音747机舱的。要是把航天飞机像炸弹一样挂在机翼下或机腹下，起飞、着陆时就变成“小孩背娘”了，很不安全。所以，只好把航天飞机驮在母机背上。

鉴于美国的成功经验，苏联也选用大型飞机来驮运自己研制的航天飞机“暴风雪”号。有的国家还计划用运输机在空中发射航天飞机呢！

航天飞机要垂直升空、水平降落

航天飞机每次上太空执行任务，总给人“虎头蛇尾”的印象。你看，它挟着浓烟和烈焰，在震耳欲聋的轰鸣声中升空。返回地面时，却像滑翔机一样无声无息地降落，还不如一架大型客机降落时热闹呢！

请注意一下发射时的航天飞机：它身上“绑着”比自己还要大的外燃料箱，还有两枚助推火箭。在这些“贤外助”的帮助下，航天飞机先上升到几十千米高空，扔下两枚耗尽燃料的助推火箭（它们用降落伞回收后重复使用）。再上升到100多千米高度时，又抛弃庞大的外燃料箱，这时航天飞机本身的发动机才足以把它送上几百千米高的轨道。

航天飞机挂了那么多“坛坛罐罐”，当然无法像飞机那样水平滑跑起飞，而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。再说火箭发动机又是急性子，只能短时间工作。因此，航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升，尽快冲出稠密的低层大气。当它返航时，早已摆脱了累赘的外挂物，就能像滑翔机一样飘然降落。

用能够重复使用的航天飞机发射卫星，比用一次就报废的传统运载火箭便宜。但航天飞机只能在造价昂贵的发射台上升空，每次飞行后要重新装配，不能在短期内重复使用。所以到21世纪，它又将被更先进的航天飞机所取代。

单级入轨的航天飞机

“阿波罗”飞船连同“土星”5号三级火箭的总高度为110米，相当于36层楼高，重量近3000吨。当它从月球回到地面时，只剩下3.3米高、5.6吨重的指令舱了。航天飞机带着累赘的外燃料箱和助推火箭起飞，总重量超过2000吨，而航天飞机自身重大约为70吨。

原来，现在航天运载工具的“胃口”极大，像“土星”5号火箭发射时每秒钟要消耗15吨液氧和煤油，这些推进剂必须自行携带。因此，它们都不能用单级推进器送上太空，至少要有二级。

将来人去太空旅行就像今天乘飞机一样简单，当然不能再用多级航天运载工具。科学家为此设计了一种空天飞机，它的外形很像大型客机，可是安装着3种截然不同的发动机。

空天飞机是在跑道上水平起飞，由普通飞机用的涡轮喷器发动机驱动，但是以液氢为燃料。当加速到3倍音速以上时，改由冲压式发动机推进。这种发动机结构简单，可是必须在高超音速下工作。空天飞机高速前进时，进气道大量吞吸空气，并从中分离出氧气，源源不断地与液氢一起流进燃烧室。由于从大气层中取氧，空天飞机可以少带许多液氧上天，减轻了起飞重量。当空天飞机飞到大气层边缘时，无法再从外界获得氧气，冲压发动机又让位给火箭发动机，用自身携带的液氧和液氢作推进剂，完成最后一段旅程。

空天飞机的起飞重量仅为航天飞机的1/10，地勤人员也从1.5万人减少到100人左右。它还可以作为一种高速洲际交通工具。

“伽利略”号飞船

20世纪70年代发射的“先驱者”号和“旅行者”号飞船，使人类对木星的认识发生了一次飞跃：木星的强烈辐射和巨大磁场、频频的闪电和3万千米长的极光、形如太阳系般的众多卫星（尤其是有活火山的木卫一）、宽大而暗黑的光环等。

然而那毕竟是一些“路过”性的访问，距离较远而又行色匆匆；图像的清晰度较差，数据也欠全面，致使许多木星的奥秘尚未被揭开。因此，为了对木星进行新一轮的考察，美国宇航局已于1989年10月18日，通过“阿特兰蒂斯”号航天飞机发射了专门的探测器——“伽利略”号行星际飞船，它是迄今已发射的最复杂最先进的探测器。

“伽利略”号由探测器和轨道飞行器两部分组成。前者的主要任务是实地考察木星的大气和云层。在它“深入虎穴”的60分钟里，将先后测量木星大气层的温度、压力和大气构成，并穿越木星大气中的氨冰云、氢硫铵云和水冰云层，直至被深层大气的巨大压力压扁而殉职。

轨道飞行器中的自转部分主要研究木星的磁层，而非自转部分则同时考察木星和伽利略卫星。为此，在它预定的绕木星11圈的行程中，每转一圈都要与一颗伽利略卫星作近距交会，最近时只有几十千米，可辩明30～50米大小的表面细节。

“卡西尼”号飞船

“卡西尼”飞船以研究土星环缝并发现4颗土卫的意大利天文学家卡西尼命名，自然与土星的研究有关。它由美国宇航局与欧洲空间局联合研制。由于赴土星路程遥远，不能一蹴而就。“卡西尼”将于2000年2月越过木星时接受额外引力的支援，于2002年12月低达土星，开始它长达4年、绕土星36周的神圣旅行。作为“见面礼”，在“卡西尼”与土星相遇之初，就放出“惠更斯”探测器。“卡西尼”飞船的主要任务是勘测土星的大气磁场、环增多系统及冰质卫星等。为此，它在前3年将较多地在土星的赤道平面内飞行，在与诸卫星约30次的交往中，足以对冰质卫星进行近距考察。为了探测土星高纬度的磁层及环系统。“卡西尼”将逐步改变它的轨道倾角。在最后1年，它的轨道面与土星赤道面的倾角已是85°，足以鸟瞰土星形如密纹唱片的环带全貌。

高潮或许在对土卫六的探测。除“卡西尼”本身携带的仪器可考察土卫六的大气（尤其是寻找复杂的有机分子）、绘制土卫六的地形图外，“惠更斯”将穿过土卫六云层，最终降落于其表面。它可进一步研究土卫六的大气，更可着陆勘查，为人类提供有关土卫六宝贵的表面组成资料。这颗神秘的卫星终将被揭开神奇的面纱。

载人飞船顶端设有救生塔

在载人飞船顶端设有救生塔，这是为了救生而用。如果载人飞船采用低温推进剂运载火箭发射，在发射初始阶段发生紧急情况，必须采取分离座舱救生方式，使宇航员座舱飞离危险区，再借助回收系统返回地面而使宇航员获救。

救生塔实质上就是逃逸装置。它的使用范围仅限运裁火箭起飞阶段和飞行初始阶段。当运载火箭达到一定高度，飞船和其他动力装置已能提供逃逸动力时，就会把救生塔抛弃。因为，这时的救生塔成了多余的，它会消耗运载火箭的能量，有利装置成了有害装置。在应急救生的情况下，返回舱逃逸后也必须将救生塔抛弃，使回收系统能开伞工作。

在“阿波罗”号飞船上就装有救生塔，目的是保护飞向月球的宇航员们的生命安全。

救生塔与返回舱并非简单地叠加在一起，而是有机地联合组成发射逃逸飞行器，它具有一定的气动特性和必要的飞行弹道。在飞行过程中，逃逸飞行器还完成一定的角运动，并稳定地采取有利姿态，确保回收系统顺利展开。“阿波罗”号飞船救生塔还装有前翼，使逃逸飞行器能够调头，同时又能使返回舱姿态稳定地飞行，直至救生塔分离。

1983年9月27日，苏联发射的“联盟”1-10号飞船发射失败。运载火箭第一级点火后爆炸，但在千钧一发之际，救生塔将飞船拖离危险区，使2名宇航员获救。

航天器返回地面

从地面发射航天器，在完成科学考察任务之后，为什么能返回地面？

航天器返回地面就是使航天器脱离原来的运行轨道，进入地球大气层并在地面安全着落。

早在20世纪40年代末，美国和苏联就竞相利用V-2导弹改装成地球物理控测火箭，将科学探测仪器和试验生物等发射到100千米以上的高空，然后回收到地面。人造卫星发射之后，科学家便着手研究卫星返回技术问题。1960年和1961年初，美国的“发现者号”卫星和苏联的卫星式飞船先后成功地返回地面。这表明从环地轨道返回的技术基本成熟。“阿波罗”号飞船首次载3名宇航员飞向月球，在绕月球飞行后安全返回地面。

中国是世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1975年11月26日，我国第一颗返回型遥感卫星发射成功，在轨道上运行3天后，按预定计划顺利地返回地面。此后的1976年、1978年、1982年、1983年和1984年，我国又多次成功地发射了返回型遥感卫星。

卫星返回地面的原理是改变其运动速度，使卫星脱离原来的运行轨道，转入另一条轨道。若速度的变化使航天器转入一条飞向地球并能进入大气层的轨道，便可实现返回。

返回技术，是一项综合性技术。为使航天器安全返回和准时定点着陆，返回控制、制导、防热、回收和着陆等是返回的关键技术。

载人航天器中的生命保障系统

人类进行航天活动，最终都得乘坐载人航天器进入太空。在航天器内为了使宇航员一切正常，必须有生命保障系统。维持载人航天器密闭舱内的大气环境，保障宇航员的生命安全，进行正常的生活和工作，这就是生命保障系统的目的。

生命保障系统一般分为固定式和便携式2种。装在座舱内并有调温、调湿、调压、供氧、供食、大气净化等设施的为固定式，供宇航员在舱内生活和工作使用。当然，宇航员不能一直呆在舱内，为了研究和工作，有时要到舱外去，这时则需使用便携式的生命保障系统。

需要说明的是，载人航天器生命保障系统是在飞机环境控制系统的基础上发展起来的，它更先进，更完善。它除包括压力、温度、湿度、供氧和空气分配等控制系统外，还设有宇航员系统，即宇航员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。由于飞机舱内和航天器的舱外环境不同，所以环境控制系统也不相同。

自从1961年宇航员尤·爱·加加林进入太空以后，宇航员在太空里呆的时间越来越长，航天任务也越来越多。这样，生命保障系统也日趋复杂和可靠。

航天器要防范太空垃圾的袭击

在人类经常出没的航天轨道上，已布满了大大小小的太空垃圾，它们全都是速度超过子弹10多倍的不速之客，对航天器，尤其是永久性航天站构成极大的潜在威胁。防范太空垃圾的袭击成了保障航天安全的当务之急。目前，已设想了三大对策。

首先是“避”。这当然要建立在对轨道垃圾探测、跟踪、预报的基础上。地面雷达可当此重任。还可以进一步在空间设置专门的“轨道垃圾探测器”，通过可见光及红外线扫描仪等进行探测，对可能产生灾难性的垃圾碰撞及时报警。假如时间充裕的话，航天器就可以临时改变航向；要是时间紧迫，那么就让宇航员进入有专门防护装置的房间里暂避。当然还可让一辆“清道夫”式的“垃圾识别拦截器”在前面保驾护航。

第二是“抗”。也就是来个针锋相对，把航天站修得固若金汤，任凭太空垃圾的袭击。采用这种办法的一个原因，是因为它的“双层铝制防护层”设施堪称物美价廉，足以吸收体积2立方厘米以下的垃圾。这类垃圾已占1～10厘米的35000块垃圾中的78％。如果想要获得更好的效果，就要采用多层铝制的蜂窝夹层结构，附以高强度纤维或新型陶瓷材料制成的内层，但其结构复杂，造价昂贵。

第三是控制太空垃圾的产生。主要的办法是将末级运载火箭“受控再入大气”，让其焚毁。

能通天的通天塔

古巴比伦有一则美丽的神话：沿着高耸于地面的宝塔攀登，人们即可升登天界。这就是最早的通天塔。以科学昌明的现代人的眼光，通天塔的设想并不是无稽之谈。因为，从理论上讲，只要在赤道上将塔造到35800千米的高度，那么从塔顶上释放的任何物体都会成为“停在空中不动”的地球同步卫星。谁到了那儿，都会尝到完全失重、真正飘飘欲仙的滋味。

通天塔为什么能通天呢？那先要回答：为什么我们跺脚一跳不能登天？谁都知道，这是地球的引力将你又拉回了地面。为了助你一“跳”，当用火箭将你加速到8千米／秒左右的速度时，你就能在通常的环绕轨道上绕地球运转，高度大致为几十万至几百万米。但是，火箭的发射是“一步登天”的。而今，当你沿着通天塔一步步攀登（当然也可乘坐特殊的电梯）时，一方面，你离地面的距离越来越大，地球的引力越来越小；另一方面，你随塔绕地心旋转的速度则越来越大。而当你达到同步高度时，地球的微小引力刚好用来维持你在那个高度绕地球作同步运转，你就处于“完全失重”状态，那时，不论你是“站”在塔顶上还是从塔顶上“跳下”，你都是一颗“地球同步卫星”。

建造通天塔，目前在技术上尚无法实现，但它的理论却是十分可靠的。

航天活动与生命繁衍

人肯定会飞向其他行星并在那里传宗接代。现在不仅幻想家有这种想法，科学家也提出了同样的观点。人在火星上不单要能工作，还要能正常地生活，正常地生育后代。

科学家曾在生物实验卫星上用较低的生物进行过这类试验，研究了植物和黄粉虫及果蝇等昆虫的生命发展的全过程。研究了鱼和两栖类动物卵发展的早期状况。鹌鹑蛋不仅发育而且还孵出了小鹌鹑。哺乳类动物的情况则比较复杂。

俄罗斯曾在“宇宙——1514”号飞船上进行过有保加利亚、匈牙利、德国、波兰、罗马尼亚、斯洛文尼亚、捷克、法国和美国等国的科学家参加的试验，当时还担心放在卫星上的10只家鼠不能全都怀上小家鼠。事实上，家鼠回到地面后，每只家鼠都生了一窝小鼠，每窝有10～15只之多。由于家鼠在失重条件下变瘦了，着陆时，都看不出它们已经怀了小鼠。

美国人把从宇宙中回来的家鼠同地面上的家鼠作了比较，观察母鼠对幼鼠的态度，发现“宇宙鼠”的母性丝毫不比地面上的差。

飞行的生命保障系统是否正常，这直接影响到卫星上动物的生殖能力。俄罗斯科学家研究了在宇宙中停留3周的母家鼠回来后的生殖能力，发现它们都能正常排卵，并能与雄家鼠正常交配，这是十分重要的。人和动物在刚回到地面时，性激素都会急剧减少，这是因为应激反应的缘故，只要一天后，他们的性激素就会恢复正常。

各国的科学家还研究了在失重条件下人或动物能否正常交配的问题。美国科学家专门为鹌鹑设计了交配时固定体态的装置。实际上，只要给他们适应的时间，不需要特别装置也能完成交配过程。人也如此。

月球车

在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆，叫月球车。它分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车。

无人驾驶月球车由轮式基盘和仪器舱组成，用太阳能电池和蓄电池联合供电。月球车根据地球上的遥控指令，在高低不平的月面上行驶。遇到紧急情况，月球车上有一套特殊装置能避免颠覆，能自动进行工作。

有人驾驶月球车，由宇航员驾驶在月面上行走，主要用于扩大宇航员的活动范围和减少宇航员的体力消耗，存放和运输由宇航员采集的土壤和岩石标本。它的动力是由蓄电池供应的。

1970年11月，前苏联把世界上第一个无人驾驶的月球车送上月球。1971年9月，美国“阿波罗”15号飞船登上月球，2名宇航员驾驶月球车在月面上行驶了27和35千米。

卫星式飞船

卫星式飞船由密封的回收舱和设备舱组成，返回时，设备舱与回收舱分离，然后在大气层中烧毁。

成功返回，是载人航天必须解决的一个关键技术问题。这中间存在许多失之毫厘差之千里、一步失误全盘皆输的技术因素。

1960年5月~1961年3月，前苏联曾5次进行卫星式飞船的发射、飞行和返回试验，其中两次回收失败，3次回收成功，检验了飞船的结构性能。实验证明，卫星式飞船可以保障载人飞行和返回的安全；同时，通过大量的太空生物试验，证明了人可以经受住航天环境因素的考验。

可见光遥感器

人们眼睛能看见的光波被称为可见光，所以光遥感是普遍应用的遥感方式，它工作在波长为0.4～0.7微米的可见光波谱段。它能把人眼睛可以看见的景物真实地再现出来，它的优点在于直观、清晰、易于判读。常见的可见光遥感器是照相机，目前卫星上的照相机在160千米的太空拍照，其地面分辨率达0.3米，也就是说，可以分辨地面走动的人。但它的不足之处在于，可见光遥感只能白天工作，而且受云雨、雾等气象条件影响很大。

红外遥感

工作在波长0.7～1000微米的红外波段就是红外遥感。它是根据物体表面温度高于-273℃时，都具有辐射红外线的物理特性，来测得物体红外辐射强度、波段和温度的，从而识别伪装并可进行夜间观察。红外遥感常用于寻找地下热源、发现森林火灾、监视农作物病虫害等。红外遥感虽然能在夜间工作，但它却无法穿透厚厚的云层。常用的红外遥感器是光学机械扫描仪。

多光谱遥感

把可见光遥感和红外遥感技术性结合起来就是多光谱遥感。它是根据不同物体对不同波长的光线具有不同反射能力的原理，利用多个相机或多通道传感器对目标摄影或扫描，从而同时获得目标在不同光谱带的图像，然后，选取若干张照片进行组合，可得到一张假彩色照片。假彩色照片是指照片颜色与真实物体不同的照片，例如田里的的小麦本来是绿色，但在假彩色照片里故意将小麦变为红色，目的是使人看得更清楚。人们观看假彩色照片就可以知道地面景物。一般的多光谱遥感器有多谱段相机和多光谱扫描仪。

微波遥感

微波遥感能感测比红外辐射波长更长的微波辐射，工作波长在1～1000毫米的电磁波段。它具有穿云破雾、夜间工作的能力，是一种全天候的遥感手段。微波遥感器有主动式和被动式两种。主动式有合成孔径雷达、雷达测高计和微波风场散射计等，它们主动向地面发射微波并捕获目标的回收，收获得目标图像或参数；被动式有微波辐射计等，它是直接感测目标的微波辐射强度，以获取目标的参数。微波遥感可以观察云层覆盖下的景物，获取的图像具有鲜明的立体感，因此，在地图学研究中广泛应用。

航天遥感器的图像处理

人们从航天遥感器获得大量图像，不过仍不能直接辨识地面或地下景物，这是由于遥感时，遥感器所获的图像信息会受到外界因素的影响，因此需要对图像信息进行加工处理，以达到弃之糟粕，取之精华的目的。外界因素有卫星的运动、仪器的误差、目标的移动、大气吸收和散射、地球曲率等。这些因素的影响，使遥感图像发生几何畸变或辐射畸变。

图像处理首先对遥感图像信息进行校正或修正，再经增强、滤波及修正，才可得到再现景物原来面貌的黑白或彩色照片、假彩色照片、计算机数字磁带等。

只有经过处理后的图像（照片），才能使人们从图像上去辨识地面或地下景物。例如利比亚货船“阿尔洛夫”号排放污油的图像，就是经过图像处理后的彩色或假彩色照片。

阿尔法磁谱仪

阿尔法磁谱仪（Alpha Magnetic Spectrometer ，简称AMS）是由永磁体、上下各两层的闪烁体、紧贴永磁体内壁的反符合计数器、内层的6层硅微条探测器以及契伦科夫探测器等组成。

阿尔法磁谱仪的主体结构是由铷铁硼材料制成的永磁体，其重量约2千克，是一个高1米、直径1.2米、长0.8米的空心圆柱体，其中的磁场强度为1400高斯，能长期在太空中稳定工作。AMS可根据磁场反应的粒子电荷以及粒子的轨迹、速度、质量等信息，进而可以推断粒子的正与反。可以说，AMS是当今最先进的粒子物理传感器。

科学家们想要AMS在太空探测什么？有的学者指出，因为星球内部产生核聚变反应时，一定会有碳产生，假如能够探测到一个反碳粒子，就说明有一个产生这个反碳粒子的反星球存在，也等于找到了反物质世界的直接证据。但反碳粒子在宇宙间微乎其微，所以，科学家们更抱有希望的是，AMS实验能探测到比反碳粒子多得多的反氦粒子，这将被视为反物质世界的间接证据。

航天实验表明，阿尔法磁谱仪运行状况良好，经受住了发射升空时的剧烈震动和严酷的太空工作环境的考验，捕捉到许多宇宙射线带电粒子的踪迹。按照预定的计划，阿尔法磁谱仪将于2001年2月装载到阿尔法国际空间站上，它将作长达3年的反物质空间探测。

太空货车

目前只有一种专门运输货物的航天飞船，那就是苏联/俄罗斯的“进步”型和“进步M”型货运飞船。

在1986年2月到1991年2月期间，苏联/俄罗斯在太空拥有“礼炮7”和“和平”号两座航天站。1986年3月13日，苏联发射了“联盟T15”号载人飞船，航天员是列·基齐姆和弗·索洛维耶夫。

两天后，即这年的3月15日，“联盟T15”号飞船首先与入轨不久的“和平”航天站对接。两名航天员检查了飞船与航天站对接部件的密封情况后，进入“和平”号航天站。他们调试了站上的1000多件仪器设备，卸下了“进步26”号货运飞船送来的物资，为“和平”号航天站开始接待航天员前来工作做好了准备。

50天后，即这年的5月5日，“联盟T15”飞船与“和平”号航天站——“进步26”号货运飞船联合体脱离对接，然后驶向“礼炮7”号航天站，行程3000多千米，于5月6日与“礼炮7”航天站——“宇宙1686”号无人飞船联合体对接。两名航天员进入这个联合体工作，进行了多项科学考察和实验活动，多次出舱行走，组装大型构件。

52天后的6月27日，“联盟T15”飞船脱离“礼炮7”号航天站，并再次与“和平”号航天站对接。两名航天员进站工作到7月16日，然后离开“和平”号航天站返回地面。

人们将在两座航天站之间来回飞行的“联盟T15”号飞船称为“太空第一辆公共汽车”。

太空站

太空站是具备一定实验和空间条件，并可供宇航员生活和工作的长期运行的航天器，又称空间站、轨道站或航天站。

太空站的建立，使载人航天进入实用阶段，对科学研究、国民经济和军事都具有重大价值，在航天事业上起着很重要的作用。

因为太空站具有重要而广泛的应用价值，所以备受世界各国的重视。前苏联在1971年首先发射了世界上第一个太空后，又相继发射了多个太空站。美国于1973年发射了一个“天空实验室”太空站，日本、加拿大和西欧各国也致力于太空站的建立。不久的将来，太空站将成为各国在太空竞争的战场。它在军事上的应用也有广阔的前景。

太空发电站

多少年来，科学家们一直在设法寻找一种既清洁又取之不尽的能源。他们认为，最好的办法是向太空要电能，建立一个沿着地球轨道运行的太空电站，通过光电板吸收太阳辐射，然后以微波形式把这些吸收的能量发往地球。

如今，一个命名为SPS2000的太阳能卫星计划的实施，将使这一设想变成现实。这颗卫星呈等边三棱柱状，边长336米，高303米，重240吨，三棱柱的两面覆盖着由硅构成的太阳能板，另一面安装着向地球输送微波的天线。

这所电站，实际上是一颗能产生1万千瓦电能的巨型卫星。

火星定居不是梦

在过去100年里，有太多东西改变了我们的生活，在未来100年中，我们的生活无疑会改变更多。人类实现了登月的梦想后，更大的目标就是载人火星飞行，踏上火星之时，更长远的计划是改造火星环境，使之成为适合人类居住的第二个地球。科学家们坚信，人类最快可以在10年内踏上火星。

能在火星上种植树木是火星变得适合人类居住最重要的条件，这样在以后的数万年间，大量的树木就可以为火星大气提供足够的氧气，使登上火星的人类可以自由地呼吸。但就火星目前的情况，地球上的微生物在火星上仍无法得到足够的氮维持生命，因为氮元素是植物进行光合作用的主要元素，对于植物的生长具有至关重要的作用。

科研人员认识到，在火星解冻的过程中可以将地球上的微生物及植物带上火星，预计火星表面将在未来100年之内解冻，整个火星星体解冻的时间可能需要大约700年。

筹建火星空间站

美国航宇局（NASA）近日制定的一项探索火星的长期计划显示，NASA将在未来10年间完成6次重大的火星探索行动，其间，意大利和法国的航空部门也将参与这些行动。

与此同时，俄罗期“能源”火箭航天公司专家计划，在火星轨道上建造一座便于人类长期研究开发火星的空间站，并打算在条件成熟时吸引多国参与该计划的实施。

专家们已设计出了火星空间站的原型，这座未来的空间站重约400吨，由多个舱体对接而成，可容纳10名宇航员长期工作。空间站舱体由前向后依次为：气密过度舱、气压舱、科研舱、两个居住舱、两个过度舱、健身医疗舱和联动机件舱。

空间站各组件将由超大推力“能源”型火箭分批送入地球轨道，并在那里完成组装。再由空间站上的数百个蜂窝状小型电动喷气发动机产生动力，最终使空间站远征火星。预计，空间站建设工期长达10年，所需资金约为100亿美元。

太空医学研究

目前，太空医学研究的内容包括细胞组织工程、器官移植、再生医学和病理研究。太空环境为医学研究提供了难得的条件。比如，一种寄生在草莓中的环孢寄生虫常常引起严重的胃肠道疾病，也是造成新生儿脱水死亡的重要原因之一，在地面环境中还没有谁能在实验室的培养基中培养出这种寄生虫。最近，研究人员在太空中采用新方法培养出了这种寄生虫，为防治该种疾病提供了新线索。

太空中病毒生长迅速，能为研究人员提供一个全面观察艾滋病病毒的机会。近年来，美国研究人员已经利用空间站的生物反应器培养出了艾滋病病毒。

无论是寄生虫还是微生物，在太空的失重环境中都能快速生长，这不仅为开发新药提供了条件，而且为认识疾病病理创造了条件。比如，美国研究人员把癌细胞放到太空中进行研究，结果发现结肠癌细胞的直径居然可以长到10毫米大，其体积是地面实验室培养出来的结肠癌细胞的30倍。这项研究证明失重环境有利于组织和细胞的生长，这不仅为观察肿瘤生长提供了条件，而且为制造抑制肿瘤生长的药物和治疗癌症提供了线索。

太空育种

在太空生物技术中，目前研究得最多的是太空育种。美国研究人员于2002年把大豆带到太空，获得了诱导突变的良种，现在正在进一步分析其中的蛋白质、脂肪、碳水化合物和其他成分的含量。如果能获得成功，这将是继转基因大豆后的另一种培育育种大豆的方法。

我国的太空育种从1987年开始，现在通过国家品种审定的已经有18个。太空育种的机理是，太空中具有失重、高真空、宇宙高能粒子辐射、宇宙磁场的综合作用，能使植物DNA链条发生断裂或重组，基因组发生易位，产生新的突变体。当然，这种突变是随机的，可以像选种一样挑选那些产生了较好变异的品种。现在，我国经过太空育种的作物有50多个品种，其中有的已经大面积推广。

太空生物材料

人一到30岁以后，骨质就开始丢失，严重的患者会出现骨质疏松症。据统计，我国现有40岁以上人群骨质疏松症的发病率为16.1％，而60岁以上老人的发病率则为22.6％，80岁以上老人的发病率为50％。

那么，有没有办法延缓骨质的丢失过程呢？研究人员利用太空生物医学的研究表明，在失重环境下，导致骨质丢失更为迅速，因此生物在太空中丢失骨质的原理特别典型。研究人员正在利用太空生命科学作为实验基础，研制治疗骨质疏松症的药物。

人衰老的进程由骨质疏松表现的另一个外在症状是髋骨骨折。髋骨骨折后的治疗一般是重新植入人工骨骼，但是植入物一般只能维持十年，然后又得重新植入，不仅增加病人的痛苦，而且经济负担也十分沉重。而太空研究的启示是，使用类似于自然骨骼的陶瓷材料作为人造骨就是一种新的选择。

太空分子产品

科学家正在利用太空环境研究生物分子结构，以生产新的药物和蛋白质。研究人员发现，在太空失重条件下蛋白质晶体可以生长得比在地球上更大，结构更完整，从而可以进行更方便的分析。通过对这些蛋白质晶体的分析，能更深入地了解蛋白质的秘密，比如其结构和功能的关系，从而进一步了解蛋白质、酶和一些病毒在生命与健康中的作用。

研究人员利用太空环境进行生物分子研究所取得的一些成就主要在蛋白质晶体生长方面。在航天飞机和空间站中，利用失重控制晶体生长，已经生产出了较大的蛋白质晶体。比如，溶菌酶是细胞内产生的物质，对杀灭病菌和保护健康是非常有用的，研究员已经在太空中生产出了非常大的溶菌酶晶体，这对研究其结构和功能非常有利。又比如，血浆白蛋白是生物循环系统和血液中最常见的蛋白质，对于提高免疫力和杀灭病原体具有重要作用。现在，白蛋自己在太空失重条件下合成出来了，这对白蛋白的药理并制造出新的药物有指导作用。

空间站的生物反应器

研究人员利用空间站上的生物反应器中生长的组织样本可以设计新的药物。比如，由于微生物在太空中可以快速生长，并且能产生较大的变异，因此把微生物样本送上太空，它们的变异率是地面上的几万倍甚至几十万倍。这些变异使微生物具有治疗某些病症的功能，对其培养后就有可能制成新的药物。可以在太空培养的微生物中制取一种或多种疫苗，还可以观察在太空中培养的微生物对其他物质的敏感程度，以设计和生产新的抗生素。

庆大霉素是目前广泛用于临床的广谱抗生素，但是，生产庆大霉素的菌种的生产能力比较低。而太空育种则可以大幅度地提高庆大霉素的产量。生产庆大霉素的细菌的孢壁厚，而且化学组成特殊，对一般的理化诱变因素有一定的耐受性。利用太空失重和生长快的条件等，就可以使生产庆大霉素的细菌发生基因突发，然后再选择那些发生过基因突变和生长快速的菌种，可以提高庆大霉素的生产能力。

此外，将不同的微生物送入空间站，可以更好地了解太空条件对微生物生命活动影响的本质，可以观察重力变化导致菌体形成的变化，分析酶活力的水平和重组质粒的稳定性，观察菌株产生抗生素、有机溶剂的能力及其他新的代谢变化情况，筛选优于原种性状的新菌株等等。

太空旅行

美国安德鲁航天技术研究所已研制出一种新型推进方案，取名为“炼金师”。该方案能够大幅度降低航天飞机起飞和飞行的费用。因而，几年来一直停留在宣传阶段的太空旅行不久将成为现实。

与以往的设计不同，航天飞机将不再凭借自己的力量起飞，而是由一架类似波音777的飞机来运载。如果采用传统的垂直推进方式起飞，航天飞机需要非常大的推力才能克服重力，而采用运载飞机可节省很多花在推进剂上的费用。另外一项降低费用的举措就是减轻安装在运载飞机上的航天飞机的重量，使之降低到通常起飞重量的五分之一。其中的奥秘在于，航天飞机的燃料箱里只装氢气。至于推进器工作所必需的、占推进剂总重量80％的氧气则由运载飞机和航天飞机在大气中共同生成。为此，它们需要在8000米高空盘旋3个小时之久。在盘旋的过程中，由涡轮机吸进的空气只有20％在推进器中燃烧，剩余的空气从燃烧室旁边的管道中通过。通过热交换器使这些空气充分冷却，变为液态；然后在离心机中分离空气中的其他成分；最后剩下纯液氧，其中的一部分被抽取到航天飞机的燃料箱里。在这之后，运载飞机和航天飞机发动火箭推进器，升到5万米的高空。在那里，航天飞机与运载飞机分离，航天飞机使用自己储备的氧气飞入太空。

这种背负式技术还有另外两个优点：首先，航天飞机可以在世界上任何一个大型机场起飞；其次，起飞时的水平位置会让旅客们觉得更舒适些。富翁丹尼斯·蒂托飞往国际空间站花了2000万美元，但15年后，我们的太空之旅或许只需花费大约2万美元。

太空移民举步维艰

现在，人类已经掌握了比较成熟的航天技术，到宇宙中旅行，甚至居住都已经不再是梦想。面对地球的人口压力，科学家们提出了向宇宙其他星球移民的设想。但是，这个设想暂时还无法实现，因为它涉及到方方面面极为复杂的科学问题。

首先，人类及动物在地球环境中经过漫长的演化，才逐步适应了目前地球上的物理、化学的生存环境。一旦到太空去生活，那里的生存环境与地球截然不同。即使设计的与地球环境相似，但也很难长期保持。一旦发生环境变化，后果不堪设想。

其次，人类在太空中居住一旦遇到流星袭击，空气就会逃逸。缺乏维持人类生存的空气，人类及动物将无法生存。

第三，在太空建造人类生活区，不但耗资巨大，而且以目前的科技水平也难以实现。所以，人类向太空移民的设想，目前看来，还很难实现。

航天飞机会破坏臭氧层

目前，我们都已经了解了臭氧层的价值。它在距地面大约30千米的高空，相当于给地球穿上一件衣裳，可以保护人类，免受太阳紫外线的伤害。过多的紫外线照射，会损害人的免疫能力，使人类皮肤癌发病率增多，并危及海洋生物的生存，因此保护臭氧层是全球数十亿人们的共同责任。

据科学家研究发现，氯气和氯化物，氧化氮、氧化铝等都是破坏臭氧层的杀手。然而固体火箭助推器燃烧时在它的排放物中就会有上述物质。尤其是航天飞机的发射，据科学家统计，航天飞机在起飞后的2分钟内就向大气中排放出187吨氯气和氯化物，7吨氧化氮和180吨氧化铝，这些物质足以破坏800吨臭氧，这个数据是相当惊人的。

因此，我们必须采取有效的措施改进航天飞机的发射技术，以便保护人类赖以生存的地球，保护臭氧层。

航天飞机升降方式不同

航天飞机发射都是垂直升空，返回地面时，却像滑翔机一样无声无息地降落。这是为什么呢？

发射时的航天飞机身上“绑着”比自己还要大的外燃料箱，还有两枚助推火箭。在这些“大力士”的帮助下，航天飞机先上升到几十千米高空，扔下两枚耗尽燃料的助推火箭（它们可以用降落伞回收后重复使用）。再上升到100多千米高度时，又抛弃庞大的外燃料箱，这时航天飞机本身的发动机才足以把它送上几百千米的轨道。

航天飞机挂了那么多东西，当然无法像飞机那样水平滑跑起飞，而且它受到的空气阻力也远远超过大型飞机。再说火箭发动机只能短时间工作。因此，航天飞机必须在最初一二分钟里垂直上升，尽快冲出稠密的低层大气。当它返航时，早已摆脱了累赘的外挂物，就能像滑翔机一样降落。

飞机发射卫星

我们都知道，要把卫星从地球送到太空，必须要克服地球的强大引力。传统的发射卫星方式是利用火箭作为运载卫星的工具。将卫星固定在火箭的前端，火箭点火后，在极短时间内达到第一宇宙速度，从而使卫星脱离地球，在太空中环绕地球飞行。

可是，这种传统的发射卫星方式有一个缺点。发射卫星时，往往需要多级火箭；况且，火箭都是一次性使用，不能重复利用，因此，随着火箭级数的增加，卫星发送的成本就跟着急剧增加。

能不能既节省投资，又能安全可靠地将卫星发送上天呢？有人把目光投向了飞机。现在，飞机的技术日趋完善，人们设想，用飞机将卫星带到尽可能高的高空，借助飞机的速度和高度，只要使用一级火箭就可以发射卫星了。这样，不仅可以大大节省卫星发射的地面设备，还可使相同质量卫星发射的成本大大下降。目前，利用飞机发射卫星的技术已基本成熟，即将投入正式使用。

回收“太空垃圾”

在太空中，漂浮着许多废弃的航天器及其零部件，我们把它们称为太空垃圾。太空垃圾中，大多数都是金属物品，它们可不是普通的“废铜烂铁”，而是十分宝贵的黄金、钛和钨等，具有很高的回收价值。

还有一些“垃圾”就更宝贵了，它们是一些失效的或失控而未能进入预定轨道的卫星。如1980年发射的“太阳峰年观测卫星”，运行还不到1年时间，就因不能对太阳定向而成废物。1984年4月10日，“挑战者”号航天飞机将它抓入货舱，修复了它的对日定向系统，并加装一台观测器，使这颗重2吨、价值2.4亿美元的科学卫星起死回生。

对一般只有8～10年工作寿命的卫星，通常都可通过更换部件、局部维修等方式，使它“返老还童”，费用只不过几百万美元而已。而修复后的卫星所发挥的作用是远远超过维修费用的，所以，我们要对“太空垃圾”回收再利用。

模拟天空

天空也能人造吗？英国科学家已经建了一个直径8米，安装着640个灯泡的大圆顶，这就是人造天空。这个人造天空能够模拟地球上任何气候条件下的光照情况，用来测量各种云层遮蔽天空时进入室内的太阳光辐射量，还用于测量不同时刻、不同气候条件和不同地区在一天中所得到的室内光照量。通过研究，人们能在将来更好地利用太阳能。

对接装置

对接装置是用于两个航天器在轨道上固定连接的装置。对接装置一般采用“销钉—锥孔”结构方式。

在空间交会中，一航天器主动靠近另一航天器进行对接，前者在对接中是主动的，它的对接装置采取“销钉”形式，中央有一导引杆；后者在对接中是被动的，它的对接装置采取“锥孔”形式。对接时导引杆使两航天器的对接装置精确对准，“销钉”插入“锥孔”，锁紧机构自动锁紧，完成对接。前苏联“联盟”号飞船与“礼炮”号航天站的对接和美国“阿波罗”计划中飞船的对接都采用这种对接装置。另一种方式是采用周向排列的导向装置和对接装置，可用于两个都能主动对接的航天器。在“阿波罗—联盟”号飞船联合飞行中首次采用这种对接装置。

地球静止环境业务卫星

美国第一代地球静止轨道气象卫星系列，英文缩写为GOES。这个卫星系列的第一颗卫星GOES-1在1975年10月16日发射，到1982年发射了6颗。地球静止环境业务卫星系列是世界气象组织从1978年开始的全球大气研究计划第一期全球试验的重要气象观测工具。卫星外形是一个圆柱体，高2.6米，直径1.9米，重294千克，工作寿命3年。卫星采用地球静止卫星轨道，位置保持精度：南北向优于1°，东西向优于0.5°。卫星靠自旋稳定，自旋速率为100转／分。卫星携带的气象遥感器是可见光、红外自旋扫描辐射计（VISSR）。仪器的望远镜口径为0.4米，两个波段为0.55～0.75微米（可见光）和10.5～12.5微米（红外），星下点分辨率分别为0.9和9千米。它拍摄的云图一帧有1 820条扫描线，每帧的扫描时间为20分钟。对连续观测4帧以上的云图进行数据处理可获得风速和风向。测风速的精度优于3米／秒，这是地球静止轨道气象卫星的一个重要特点。仪器获得的原始云图数据以28兆比特／秒的速率传送到地面，经数据处理后每3小时通过卫星用1 700兆赫频率向各地广播一次适用的云图资料。

这颗卫星还携有数据收集系统（DCS），可以收集1万个地面气象站、海洋自动浮标和无人值守地区的自动气象站所获得的温度、压力、湿度等环境资料，它的工作频率是401兆赫和468兆赫。卫星还携带有测量太阳粒子（质子、α粒子和电子）的空间环境监测器（SEM）。

从此系列的第四颗卫星开始，携带的气象遥感器改为可见光、红外自旋扫描辐射计的大气探测仪（VAS）。这种仪器有1个可见光通道和12个红外通道，除能拍摄云图外，还通过15微米（CO2）波段探测大气垂直温度分布和3.7微米（H2O）波段探测不同高度的水汽含量分布，从而获得大气三维结构的气象资料。探测大气垂直温度和水汽分布的星下点分辨率：晴朗地区为30千米，有云覆盖的地区为60～100千米。这样的分辨率已足以了解风暴的形成、发展和移动。

地球静止轨道气象卫星

地球静止轨道气象卫星是美国第一代地球静止轨道气象卫星，第一颗是1957年10月16日发射的。卫星外形是一个圆柱体，高2.6米，直径1.9米，重294千克；工作寿命3年。卫星携带的气象遥感器是可见光和红外扫描辐射计，星下点分辨率：可见光为900米，红外为8千米。它拍摄的云图一帧有1 280条扫描线，对连续观测四帧以上的云图进行数据处理，可获得风速和风向，风速的精度约3米／秒。卫星观测的原始云图数据可及时传送到地面，经数据处理后，再通过卫星每隔3小时向各地广播一次适用的云图资料，各地接收后便可以进行气象预报。这类卫星还携带数据收集系统，可以收集一万个地面气象站、海洋自动浮标和无人看守的自动气象站所获处的温度、压力、湿度等环境资料。它每半小时提供一张云图，每天由计算机处理出1 200个以上风速和风向数据，广播400多种传真气象图。在美国，除海洋大气局外，还有200多个用户接收它的云图。它还为世界服务，从西起澳大利亚，东至西欧和非洲，有1 200多个站接收它的资料。

轨道太阳观测台

美国发射的观测太阳的卫星系列，英文缩写为OSO。自1962年发射OSO-1以来，至1975年6月已发射到OSO-X。OSO系列的主要任务是通过观测太阳的紫外线﹑X射线和γ射线，系统而连续地研究太阳的结构﹑动力学过程﹑化学成分以及太阳活动的长期变化和快速变化。卫星由九边形的轮鼓和半圆形的帆形物构成。轮部以每分钟30转垂直于太阳方向稳定自旋，帆部指向太阳。科学仪器分别置于轮部和帆部。OSO系列的轨道倾角约33°左右，高度约550千米，轨道为圆形。

OSO系列持续观测了整个太阳活动周，技术不断改进，获得了大量的X射线﹑γ射线观测数据和远紫外线宽带测量和谱线强度测量资料，OSO-2取得了氢Lα谱线﹑电离钙的H和K线的太阳单色像。OSO-4﹑OSO-5﹑OSO-6取得284～1400埃范围的太阳光谱和宁静日冕﹑活动区﹑耀斑的X光谱，以及大量远紫外线太阳单色像。卫星的定向和姿态控制精度愈来愈高，OSO-4﹑OSO-5分辨角约为1，OSO-6分辨角为35，OSO-7分辨角达20。OSO-6能在8分钟内绘制整个太阳单色像或每30秒钟绘出一幅选定区域的7575的局部太阳像，OSO观测为研究太阳结构及其动力学提供了丰富的新资料。

轨道天文台

美国发射的在紫外线、X射线和γ射线波段（侧重于紫外波段）范围内探索宇宙的卫星系列，英文缩写是OAO。卫星重2吨多，长约3米，宽约2米；轨道倾角35°，高度750千米，形状近圆形，周期100分钟。

这个系列的第一颗OAO-1于1966年4月8日发射，由于电源失灵，发射后两天停止工作，未取得任何资料。

OAO-2于1968年12月7日发射，携有4架口径32厘米的望远镜，在1 000～3 000埃间的4个紫外光谱区（有效波长在2 600、2 300、1 500和1 400埃附近）用紫外电视光度计对热主序星作紫外光度观测；携有1架口径41厘米的反射镜，配上900～3 000埃的宽带光度计，用来研究弥漫星云的紫外线辐射和星际物质吸收；携有4架口径20厘米的望远镜组用作恒星光度测量；2台恒星紫外物端光栅分光计，用来研究1 100～4 000埃区域的光谱细节。

OAO-3于1972年8月21日发射。为了纪念伟大的天文学家哥白尼500周年诞辰，被命名为哥白尼卫星。它携带1架直径81厘米、f/20的卡塞格林望远镜和光栅光电分光计，研究热星的紫外光谱；还携带3架小X射线望远镜研究3～9埃、8～18埃和44～60埃3个X射线波段的星际吸收和X射线源。

轨道地球物理台

美国发射的综合性空间观测台系列。它的科学测量内容包括太阳和银河系的宇宙线﹑宇宙线中的不同粒子成分﹑γ射线能谱﹑行星际等离子体﹑辐射带粒子﹑地球磁层和行星际磁场﹑高层大气成分﹑射电天体﹑Lα线在地冕中的散射﹑地面反照率﹑地球附近的行星际尘埃密度等。每颗卫星完成20项以上的实验。OGO系列最初采用自旋稳定系统，自转轴对向地面，后来发展到由水平扫描器﹑太阳敏感器﹑气体喷嘴系统和电驱动飞轮组合成的三轴稳定姿态控制系统。从1964年到1969年，共发射了6颗OGO卫星。

高能天文台

美国发射的大型轨道天文台系列。它的任务是对天体的X射线﹑γ射线和宇宙线进行高灵敏度和高分辨率的探测和研究，重点是研究X射线天文学。这个卫星系列原计划研制4颗，每颗卫星重约9 500千克。后来改为3颗，卫星的重量和体积也都缩小了，但仍不失为20世纪70年代最大的轨道天文台系列。第1颗主要是进行X射线巡天探测，第2颗是详细研究有特殊兴趣的X射线源，第3颗测量γ射线和宇宙射线。

第1颗高能天文台（HEAO-1）卫星于1977年8月12日由美国肯尼迪空间中心发射，初始轨道的远地点和近地点分别为447和428千米，倾角22.76度，周期93.16分钟，卫星重量3 175千克。A-1大型X射线巡天实验，主要目的是测绘0.15～20千电子伏能段的X射线源天图，并测定其能谱﹑强度和时间变化；实验仪器由7个X射线正比计数器﹑1个气体系统和2个星体方位装置组成。

A-2宇宙X射线实验，主要目的是测量0.2～60千电子伏能段弥漫X射线的辐射与吸收；实验仪器由6个正比计数器和1个气体系统组成。

A-3扫描调制准直器实验，目的是精确测定1～15千电子伏范围内的选定的X射线源的位置、大小和结构；实验仪器由两台配有正比计数器的扫描调制准直器﹑方位传感器等组成。

A-4硬X射线和低能γ射线实验，目的是研究能量范围为10千电子伏～10兆电子伏的X射线和γ射线源的位置﹑强度﹑能谱和时间变化等特性﹔实验的仪器由迭层闪烁计数器﹑粒子监测器等组成。

核动力卫星

核动力卫星是使用核电源的人造地球卫星。核电源具有适应能力强，运行阻力小等特点，适用于某些军用卫星和行星探测器。但由于卫星坠毁时会对大气和地球造成污染，核电源的使用会受到安全上的限制。

卫星用的核电源有两类：放射性同位素温差发电器功率较小，为几十至几百瓦；核反应堆电源功率较大，可达数千瓦至数十千瓦。美国在1965年发射的一颗军用卫星中，用反应堆温差发电器作为电源，由于电源调节器出现故障仅工作43天。以钚238放射性同位素作热源的同位素温差发电器，曾用于“子午仪”号导航卫星、“林肯”号试验卫星和“雨云”号卫星；前苏联在1967～1982年共发射了24颗核动力卫星，都属于海洋监视卫星。在外行星探测中，由于空间探测器远离太阳，难以利用太阳电池发电，必须采用核电源。

航天学

航天学是航天基本原理和指导航天工程实践的综合性技术科学，又称星际航行学。航天学是各种基础科学和技术科学应用于航天工程实践而发展起来的，是人类从事航天活动的理论基础。它的主要分支学科有：航天动力学、空气动力学、火箭结构分析、航天器结构分析、航天热物理学、火箭推进原理、燃烧学、航天材料学、火箭制造工艺学、航天器制造工艺学、飞行控制和导航理论、空间电子学、航天医学、航天系统工程学等。广义的航天学还包括航天技术。

航空导航的发展

20世纪20～30年代，无线电测向是航海与航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。不过，后来它已成为一种辅助手段。第二次世界大战期间（无线电导航技术发展迅速）出现了双曲线导航系统，雷达也开始在舰船和飞机上用作导航手段，如雷达信标、敌我识别器和询问应答式测距系统等。远程测向系统也是在这一时期出现的。飞机着陆开始使用雷达手段和仪表着陆系统。40年代后期，伏尔导航系统研制成功。

50年代出现塔康导航系统、地美依导航系统、多普勒导航雷达和罗兰C导航系统等。60年代出现了“子午仪”卫星导航系统，超远程奥米加导航系统。70年代微波着陆系统同步测距全球定位系统也都研制成功并陆续投入使用。80年代初期建成奥米加地面系统。同步测距全球定位系统也已投入了使用。

1992年，在瑞典的航空站试验了一种最新型的导航系统，借助从卫星来的信号，该系统能使飞机顺利地在跑道上着陆。美国参加了这一系统的研制工作。这些卫星归美国国防部管理，是收集和传输有关各种观测目标所在地点信息的全球卫星群的一部分。在瑞典的试验表明，该系统工作中的最大误差为3～4米。为了防止敌人捕获，从卫星来的信号以某种失真形式传输，这样，只有在离接收信号设施半径不超过100米的地方才能正常接收它们。新系统的主要目的是在每架飞机周围形成一个半径为150米的独特的“安全球”。只要“安全球”的边界遭破坏，自动警报信号装置即起动，“侵犯”立即清楚地显示在屏幕上。

航空客货运量增长

20世纪40年代之后，随着机票价格日益低廉，航空运输量急速增长。1937年，除前苏联外，世界各地航空公司的乘客总数约有200万。1947年增至2 100万。1957年达9 000万。到1967年，每年进出纽约肯尼迪机场的乘客已达1100万人。到1979年，即客运班机服务开办60年后，全球每年销售的机票已达7.5亿张。从1958年起，乘飞机横越大西洋的人比乘船的多。从1950年至1975年，乘飞机横越大西洋的人数增加了40倍，而轮船乘客则减少了80％。甚至导致了豪华旅行的巨型远洋客轮从此停航。航空客、货运输也大量增长。目前，一架波音747F型飞机全年的运输量可与1939年全世界各航空公司客货运输量的总和相抵。

彗星探测器

彗星探测器是用于研究彗星的空间探测器。探测彗星的本质及其组成成分可以了解太阳风的物理性质和化学成分。彗星探测器上装有摄像机、中子分析仪、离子质量分析仪、等离子体观测仪和测光仪等探测设备，用以探测彗尾中的等离子体密度、温度和重离子特性等。彗星探测器装有变轨发动机，用以改变探测器的轨道，以便拦截彗尾，达到直接探测彗尾的目的。美国的“国际日地探险者”3号分别在1985年和1986年探测贾可比尼彗星和哈雷彗星。前苏联的“金星-哈雷彗星”号探测器、欧洲空间局的“吉奥多”号探测器和日本的“行星”A号探测器都是彗星探测器，按设计分别在距哈雷彗星10 000千米、3 000千米，甚至200千米处掠过。

“火星”号探测器

1963年6月工资19日，前苏联发射了“火星”，号控测器。“火星”1号重863.5千克，探测器直径1.1米，高3.3米，装有2块太阳能电池板和折叠式抛物面天线。探测器上装有拍摄火星表面照片并把照片传回地面的装置，还装有考察火星上有机物、磁场、辐射带等的观测仪器。它升空4个月后，于飞向火星途中，在距地球1亿多千米处与地面的通信中断，没有完成飞近火星考察的任务。

1971年5月19日和28日，前苏联成功发射了“火星”2号和3号探测器，半年后它们相继进入环绕火星的轨道，成为火星的第一批人造卫星。“火星”3号总重4 650千克，其中着陆舱重816千克。它在同年12月2日进入火星轨道后，环绕火星运行12.5天，然后在火星表面软着陆，6分钟后就开始向地球发出电视信号，因火星上强烈尘暴的影响，电视信号仅连续发送了20秒钟。这是人类第一个到达火星的探测器。

1973年7月21日升空的“火星”4号，于1974年7月26日上天的“火星”5号，于1974年2月12日进入火星轨道，向地面发回火星表面照片，但很快停止工作。1973年8月5日“火星”6号出发，到1974年3月12日在火星表面着陆，但着陆1秒钟后与地面通信中断。1973年8月9日“火星”7号启程，于1974年3月9日从距火星1 300千米处掠过，降落装置发生故障，探测器去向不明。由于“火星”号探测连连受挫，前苏联暂时中断了这项计划。

“火星观察者”号探测器

1992年9月25日，美国用“大力神”3型火箭成功发射一个“火星观察者”号探测器。它重2.5吨，携带7部仪器，预计11个月飞行7.2亿千米后，到达距火星表面378千米的近极轨道，对火星进行长达687天的观测考察，绘制整个火星表面图，预告火星天候，测量火星各种数据，进一步揭示火星上有无处于原始阶段的生命现象，为未来人类移居火星探寻道路。但是1993年8月21日，火星号探测器突然与地面失去联系，不再发回信息。这次探测令人失望地夭折了。

吉奥星系统

一种更加先进的导航卫星定位技术已经问世了，这就是被称为第三代导航卫星的“卫星无线电定位系统”，这种系统的典型代表就是美国的“吉奥星系统”。这种新系统是通过卫星进行无线电通信、测距，用计算机技术确定用户的精确几何位置，并能将所获信息传递给地面中心站和其他用户的系统。它的功能包括导航、定位和移动通信。它与地面各种数据库连接，可向用户提供班机时刻、天气预报、财政情况等多种信息。它可提供双向自主式通信，甚至可代替6HF频率的无线电联系。

美国吉奥星系统可由3颗卫星组成区域性导航系统，用6颗卫星可组成全球导航系统，比用18颗、21颗卫星的GPS系统更便宜、更简单。吉奥星系统的用户收发信机是一个手提式仪器，1秒钟内即可完成一次通信过程。每台用户收发信机只有500美元，比在海湾战争中美军用的GPS接收机便宜一半。这种系统可供飞机、舰船、车辆和单个步行者使用。

“金星”号探测器

1961年2月12日，前苏联发射了第一个金星探测器金星1号。这个“金星”1号重643.5千克，装有2块太阳能电池板和一根直径2米的折叠式抛物面天线。它经过1个半月的飞行，3月27日在距离地球756万千米时无线电通信中断了，又经过2个月的飞行，于5月19日飞到距金星10万千米的地方掠过，但无法得到它的探测结果。

1965年11月12日和15日发射的“金星”2号和3号探测器，都因通信系统发生故障而未把金星的观测数据传回来。

1967年6月12日，发射了重达1 060千克的金星4号，经过大约35 000万千米的远途飞行，进入金星大气层。然后着陆舱与探测器分离，降落在金星表面白昼黑夜交界线1 500千米的地方。金星4号的着陆舱直径1米，重383千克，外表包着一层很厚的耐高温壳体。由于金星大气的压力和温度要比预想的高得多，所以着陆舱降落到金星表面时损坏了，未能发回金星上探测到的情况。

首次向地面传回金星表面温度等数据的探测器，是1970年8月17日发射成功的“金星”7号，它在同年12月15日实现在金星软着陆，这时地球与金星之间的距离为6 060万千米。它的着陆舱重约500千克，测得金星表面的温度为摄氏447度，气压为90个大气压，大气层密度大约为地球的100倍。

“金星”7号是第一个到达金星实地考察的使者。此后前苏联又相继发射了9个金星号探测器。1975年6月8日和14日发射的“金星”9号和10号，在金星表面各拍摄了一张金星全景照片，首次向人们展露出它的容颜。

1981年10月30日和11月4日发射的“金星”13号和14号，又拍得4张金星表面彩色照片。从这些照片上发现，金星表面覆盖着褐色的砂土，岩石结构像光滑层状板块。

1983年6月2日和7日升空的金星15号和16号，均未携带着陆舱，而是历经130个昼夜，飞行3亿多千米，分别于同年10月10日和14日进入金星的卫星轨道运行。通过雷达对金星表面进行了连续综合考察，获得许多宝贵资料，人们对金星的了解更加丰富了。

空间制冷技术

空间制冷技术是对温度特别敏感的航天器上的元、器件进行冷却，提供稳定低温环境的技术。各类红外探测元件和低噪声参量放大器必须在200K以下的低温环境中工作才能减小热噪声，获得不同波长的信号和实现高质量的信号转发。根据不同的制冷温度和功率要求，制冷方法有：辐射制冷、固体潜热制冷和机械制冷等方法。辐射制冷是利用物体的辐射能力将热量辐射到温度相当于4K的宇宙空间，从而降低物体本身的温度。这种方法的制冷设备简单，重量轻，无转动部件，不需要能源，因此可靠性高，寿命长。制冷温度在70～200K范围内，制冷功率为10～100毫瓦。美国“雨云”号气象卫星系列和“应用技术卫星”6号均采用辐射制冷法潜热制冷是利用贮存的固体或液体制冷剂升华或蒸发吸收环境热量来产生制冷效果。制冷温度可达到15K左右。机械制冷是利用机械将气体压缩，排除压缩热后再令气体膨胀，以达到制冷温度。这种方法制冷温度低，功率大，已用于美国的“天空实验室”上。

空间探测器

空间探测器是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器，又称深空探测器，包括月球探测器、行星和行星际探测器。探测的主要目的是了解太阳系的起源、演变和现状；通过对太阳系内的各主要行星的比较研究，进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史；探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测，开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。

空间科学的发展，离不开航天器。航天器按其本身的任务可划分为两类：第一类为无人航天器，它包括人造地球卫星、月球探测器和行星际自动探测器等；第二类为载人航天器，它包括卫星式飞船、空间站、登月飞船和航天飞机等。

航天器按其运行轨道也可分为两类：第一类是环绕地球运行的航天器，它包括人造地球卫星、卫星式飞船、空间站和航天飞机等；第二类是脱离地球引力飞往月球、其他行星及行星际空间的航天器，它包括登月飞船、各种行星和行星际探测器等。

空间探测器按探测目标分为月球探测器、行星和行星际探测器。各种行星和行星际探测器分别用于探测金星、火星、水星、木星、土星和行星际空间。美国1972年3月发射的“先驱者”10号探测器，在1986年10月越过冥王星的平均轨道，成为第一个飞出太阳系的航天器。

空间拖船

空间拖船是在太空中担负拖驳运输的宇宙飞行器。它的外形犹如运载火箭中的一级火箭，既无机翼，又无尾翼。拖船游船体、对接装置、动力系统、电力系统和辅助系统组成。它被装入航天飞机货舱里，带到离地300～1 000千米的低轨道上，然后由机械手施放到太空，再点燃自备火箭发动机的推进剂，开始承担低轨道与高轨道之间的拖驳运输。

这种空间拖船，实际上是作为扩大航天飞机用途的末级运载工具，用来载人纳物。尤其是全能载人空间拖船，因为能够完成各种任务而受到特别重视。当它离开航天飞机的货舱，开始自主飞行以后，可用来向空间布放低轨道的人造卫星，也可作为低轨道上的一艘载人飞船，还可自低轨道跃向高轨道，并转换到月球轨道，成为月球空间站，甚至可把有人或无人的登月舱送到月面，或者从月面回收登月舱。

空天飞机

空天飞机是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，以高超音速在大气层内飞行，在30～100千米高空的飞行速度为12～25倍音速，并直接加速进入地球轨道，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。它可以自由方便地返回大气层。提高飞机的飞行速度一直是航空界努力的目标。从20世纪50年代起，美国就开始探索和研究高超音速飞行，几十多年来，时起时落，一直没有取得重大突破。空天飞机的研制将带来航空技术的新飞跃，将使航空技术从超音速飞行跃入高超音速飞行的时代，无疑，将会进一步推动航空工业的发展。空天飞机作为一种高超音速运输机，具有推进效率高、耗油低、载客（货）量大、飞行时间短等优点，是实现全球范围空运的一种经济而有效的工具。

拦截卫星

拦截卫星是由运载火箭发射进入地球轨道的，但与部分轨道轰炸卫星不同，它进入轨道后可以绕地球飞行一圈以上，伺机进行攻击。它可以发射导弹，发射粒子束，也可以发射核武器。拦截卫星的轨道一般比目标卫星高，居高临下，虎视眈眈。一旦需要拦截就立即切入目标卫星的轨道，进行迎头拦截或是尾追攻击。

零星搭机实验

为了充分发挥航天飞机的运载能力，同时为了满足社会上开展小型航天飞机科学实验的需要，美国国家航空和航天管理局制定了一个“小型自主有效载荷”计划，简称零星搭机实验计划。根据这个计划，航天飞机上配务了一些专用容器，每次执行任务时，可以在货舱里捎带一些小型科学仪器上天做实验。

陆地卫星

陆地卫星是美国地球资源卫星系列，是美国用于探测地球资源与环境的系列地球观测卫星系统，曾称作地球资源技术卫星。自1972年7月23日发射“陆地卫星”1号以来，到1984年3月1日已发射到“陆地卫星”5号。第一代陆地卫星1～3号分别发射于1972年7月23日、1975年1月22日和1978年3月5日。星体呈蝴蝶状，高3.04米，直径1.52米。这个卫星系列是在雨云号卫星的基础上研制的。陆地卫星取三轴稳定对地定向姿态，采用900千米近圆形太阳同步轨道（近极太阳同步圆形轨道），倾角99°，周期103分钟，每天绕地球14圈，第二天向西偏170千米，于地方时9时30分通过赤道上空，18天后又回到原轨道运行。每帧图像的地面覆盖面积为18 398千米，相邻两帧重叠14千米。

陆地卫星的主要任务是调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源，监视和协助管理农、林、畜牧业和水利资源的合理使用，预报和鉴别农作物的收成，研究自然植物的生长和地貌，考察和预报各种严重的自然灾害（如地震）和环境污染，拍摄各种目标的图像，借以绘制各种专题图，如地质图、地貌图、水文图等。

中继卫星

中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，极大提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警时间。

跟踪与数据中继卫星系统简称TDRSS，是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统，简称中继系统。跟踪与数据中继卫星系统是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时一还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有很高的经济效益。

TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段，正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径。我国正在积极推进研究跟踪与数据卫星系统。

用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使地面测控站跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制。跟踪与数据中继卫星的作用，相当于把地面的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，可居高临下地观测到在近地空间内运行的大部分航天器。由适当配置的两颗卫星和一座地球站组网，可取代分布在世界各地的许多测控站，实现对中、低轨道航天器85％～100％的轨道覆盖。

高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使测控站跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制，跟踪和数据中继卫星相当于把地面上的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器，两颗卫星组网就能基本上覆盖整个中、低轨道的空域。因此由两颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫星系统，可以取代配置在世界各地由许多测控站构成的航天测控网。跟踪和数据中继卫星的主要用途是：

跟踪、测定中、低轨道卫星：为了尽可能多地覆盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫星都采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪，通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移信息实现对这些卫星轨道的精确测定。

为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据：气象、海洋、测地和资源等对地观测卫星在飞经未设地球站的上空时，把遥感、遥测信息暂时存贮在记录器里，而在飞经地球站时再转发。这种跟踪和数据中继卫星能实时地把大量的遥感和遥测数据转发回地面。

承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务：地面上的航天测控网（见航天测控和数据采集网）平均仅能覆盖15％的近地轨道，航天员与地面上的航天控制中心直接通话和实时传输数据的时间有限。两颗适当配置的跟踪和数据中继卫星能使航天飞机和载人飞船在全部飞行的85％时间内保持与地面联系。

满足军事特殊需要：以往各类军用的通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制中心，常须通过一系列地球站和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输。跟踪和数据中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖，而自成一独立的专用系统，更有效地为军事服务。

1983年4月，美国从“挑战者”号航天飞机上发射了第一颗跟踪和数据中继卫星，它是现代最大的通信卫星，也是首次在一颗卫星上同时采用S、C和Ku3个频段的通信卫星。卫星重2吨多，太阳电池翼伸开后，翼展达17.4米，横向跨度为13米。卫星工作10年后，太阳电池阵仍可提供1850瓦功率。星体采用三轴姿态控制稳定方式（见航天器姿态控制）。卫星上装有7副不同类型的天线。两副直径4.9米抛物面天线在卫星发射过程中收拢成筒状，入轨后通过机械螺杆控制撑开呈伞形，每个天线有两副馈源，分别用于S和Ku频段的跟踪和数据中继。一副直径为 2米的抛物面天线用于对卫星通信地球站的Ku频段双向通信。这3副天线均装在精密的万向架上，由地面指令控制，能自动跟踪其他航天器，指向精度达0.06°。星体中部是30个螺旋组成的 S频段相控阵天线，用作多址通信。还有一副直径1.12米的Ku频段抛物面天线和一副C频段铲形天线，用于美国国内通信。Ku、S频段转发器能提供的通信容量有20个S频段多址信道，2个S频段单址信道和2个Ku频段单址信道。此外，12个C频段转发器可传输电话、电视和数据等。

在宇宙空间基本上按照天体力学规律运行的各种人造物体，均称为人造天体。天文学中将宇宙间的各种星体统称为天体，并将天体分为自然天体和人造天体两类。人造天体包括航天器和空间垃圾。空间垃圾包括废弃的航天器、运载火箭末级残体和碎片等。

生物火箭

生物火箭是用于生物学研究的探空火箭。生物火箭的任务是将实验生物送到高空，研究实验生物在火箭密封舱内对飞行的适应性，对飞行综合因素作用的忍受能力，研究超重、失重、高空弹射、宇宙辐射等因素对生物机体主要生理功能的影响，为空间生物学研究和载人航天的生活舱和生命保障系统提供设计依据。

生物火箭研制的关键是解决密封生物舱、生命保障系统和数据获取系统等工程技术问题。生命保障系统要能保证生物舱内有适宜于生物生存的良好环境条件。舱内压力为0.1兆帕（1个大气压），温度为15℃～25℃，舱内氧气浓度、二氧化碳浓度、相对湿度接近地面大气水平。1951年美国发射了“空蜂”号探测火箭，它将几只老鼠和一只猴子带到高空，并成功地回收。中国从1964年起发射生物火箭，试验生物均安全返回地面。

生物卫星计划

美国1963年制定了生物卫星计划，原计划发射6颗卫星，实际只发射了3颗。1975年以后，美国的空间生命科学研究依靠前苏联的“宇宙”号生物卫星完成。中国在1990年10月5日发射的返回式卫星上也进行了太空动物试验，两只雄性小白鼠率先光顾宇宙，览尽九天风光。它们在天上生活了5天零8个小时，由于种种不适应，在返回地面之前死去了。

生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱是卫星与运载火箭的接合部分，内部有卫星的姿态控制系统，电源系统和其他保证卫星正常工作的设备。服务舱与返回舱分离后留在天上不返回地面。返回舱是卫星返回地面的舱段，内装各种实验生物，记录仪器，制动火箭和回收系统，舱外有防热保护层。返回舱的外形有的呈球形，有的呈碗形，重三四百千克乃至一二吨。

生物卫星

生物卫星是一种专用于在空间进行生命科学实验的人造地球卫星。它相当于一个太空生物实验室，可研究失重、超重和其他各种空间飞行环境对生物生长、发育、代谢、遗传等方面的影响和防护措施，揭示在地面条件下发现不了的生物学问题，是研究太空生命科学的重要工具。在生物卫星上进行科学实验，有许多特殊的优点和有利条件，是载人飞船和航天站所不能取代的，因此，它是进行太空生命科学研究必不可少的工具。

生物卫星主要由服务舱和返回舱等两部分组成。返回舱是卫星的主体，是返回地面的部分，内装各种实验生物（如狗、猴子、老鼠等）、记录仪器、制动火箭（减速火箭）和回收系统。

太空工厂

在太空建立工厂，是航天技术发展的一个目标。太空拥有微重力、高真空、超洁净和丰富的太阳能等宝贵资源。可生产出地球上难以制造或成本昂贵的高质量产品，如电子工业用的高纯度大晶体硅材料和砷化镓材料，和在地面上无法生产的治疗疑难病症的特殊药物。

美国科学家提出了一种名叫“空间工业设施”的典型方案。这种空间工厂由工作舱和供应舱组成，工作舱用于安装生产设备，进行独立生产；供应舱用于补给原料、供应设备和贮存产品。工作舱长10.6米，直径4.4米，可装载体积70立方米、重5 400千克的设备；供应舱可装载体积50立方米、重9 080千克的货物。这一设施由航天飞机一次运送到预定轨道上，经过组装后就能具备生产能力。平时无人看守，完全自动化生产。

太空咖喱

作为太空载人航行项目的一部分，印度军事科学家们接受了一项特殊任务：开发一种适合宇航员在太空中食用的咖喱饭。一般在太空中尽量避免辣味食品，因为这种饮食在零重力状态下很难被消化，而印度人却非常喜欢这种辛辣食品。

印度国防食品研究实验室主任A？S？巴瓦说：“当一名宇航员因吃到可口美食而心情愉悦时，他的表现可能会更好。但是到目前为止，我们只能为他们提供有限的温和饮食。”

一些曾在国际空间站工作过的宇航员抱怨道，他们的味觉感官似乎已经退化，他们渴望获得一些更辣、更酸的食物。巴瓦说，宇航员们渴望吃到自己家乡的各种小吃，比如dosa（类似煎饼的点心，里面塞满了辛辣小菜）。

巴瓦说：“开发太空dosa。以前从未做过。做油炸食物的难度太大，因为我们只能放很少的油。但是如果任务需要，我们会尽力尝试。”

2009年2月份，印度批准了总值11亿英镑的载人航天研究项目，计划让印度宇航员吃上他们熟悉的食物，包括“太空咖喱”。

巴瓦说，科学家们面临很多难题。这种“太空咖喱”必须是辣的，而且脂肪含量要高，里面的营养成分要尽可能多。更重要的是，这些食物必须适合宇航员们在太空中食用。

早在2008年11月，印度就向月球发送一枚无人探测器。现在，印度正与日本、韩国和中国竞争谁更快将人类送往月球。

2008年，韩国宇航员高山已经搭乘俄罗斯太空船前往国际空间站，他带去了韩国传统的泡菜。韩国政府为了开发这种“太空泡菜”用了数年时间，花费了数百万美元。

太空包

太空包又名吨袋、太空袋、集装袋等。集装袋是一种柔性运输包装容器，广泛用于食品、粮谷、医药、化工、矿产品等粉状、颗粒、块状物品的运输包装，发达的国家普遍使用集装袋做为运输、仓储的包装产品。

目前，我国塑编的集装袋主要出口日本、韩国，并正在大力开发中东、非洲、美国和欧洲的市场。因生产石油和水泥，中东地区对集装袋产品的需求很大。非洲地区，几乎其所有的国营石油企业都以发展塑料编织制品为主，对集装袋的需求量也很大。非洲对中国集装袋的质量和档次都能接受，因此，在非洲打开市场，也没有大的问题。美国和欧洲对集装袋的质量要求很高，中国的集装袋目前还达不到他们的要求。

集装袋的质量好、坏，是至关重要的。所以，国际市场上对集装袋产品都有各自的严格标准。标准的侧重点各不相同。日本注重细节，澳大利亚注重形式，欧共体标准注重产品性能技术指标，间明扼要。美国和欧洲对集装袋在抗紫外线、抗老化、安全系数等方面，都有其严格的要求。

我国集装袋的质量，目前还不能满足欧洲的EN1898-2000和EN277-1995标准、欧洲集装袋协会EFIBCA标准、英国包装标准BS6382，以及澳大利亚标准AS3668-1989，有待于高层次发展。

安全系数是产品最大承受能力与额定设计荷载之间的比值。主要看集装袋装上数倍的内容物，反复提升，内容物和袋体是否有异常情况，连接处是否破损。国内外同类标准中，安全系数的设置一般为5至6倍。5倍安全系数的集装袋产品能够安全使用的时间更长。如果增加了抗紫外线助剂，集装袋应用范围更广，有更强的竞争力，这是不争的事实。

吊带在与袋体连接时，有顶吊、底吊、侧吊等多种形式，并通过缝线连`接，所以缝线也相当重要。只凭吊带的高强度，基布和缝线达不到一定强度，也不能确保集装袋整体的高性能。

集装袋主要装的是块状、粒状或粉状物品，内容物的物理密度和松散程度对整体结果的影响也有明显不同。对于集装袋性能判定的依据，要尽可能用接近客户所要装载的产品做试验，这就是标准中所写的“试验专用的标准填充料”，尽可能地使技术标准来迎接市场经济的挑战。

一般来说，通过提吊试验的集装袋是不会出问题的。如果在港口、铁路、卡车吊装时，袋子真的掉下来，只有两种情况:一是操作有误，二是该类集装袋未能通过提吊试验。

凡能达到5倍以上安全系数的集装袋，四个吊环中的两个或两个吊环中的一个必然有额定荷载两倍半以上的拉力性能，那怕两根吊带断开，集装袋整体也不会有问题。

集装袋产品应用面很广，特别是包装散装的水泥、粮食、化工原料、饲料、淀粉、矿物等粉、粒状物体，甚至于电石之类的危险品，装卸、运输、贮存，都非常方便。目前，集装袋产品正处于发展的上升阶段，特别是一吨装、托盘形式（一只托盘装一个集装袋，或装四个）的集装袋，更加受人欢迎。

国内包装行业的标准化落后于包装业的发展。有些标准的制定与产品生产实际不符，内容还停留在十几年前的水平。例如，集装袋》标准是运输部门制定的、《水泥袋》标准是建材部门制定的、《土工布》标准是纺织部门制定的、《编织袋》标准是塑料部门制定的等等。由于缺乏产品使用的针对性与行业之间利益的充分考虑，还没有一个统一、有效、利益兼顾的标准。

吊带在与袋体连接时，有顶吊、底吊、侧吊等多种形式，并通过缝线连接，所以缝线也相当重要。只凭吊带的高强度，基布和缝线达不到一定强度，也不能确保集装袋整体的高性能。

集装袋主要装的是块状、粒状或粉状物品，内容物的物理密度和松散程度对整体结果的影响也有明显不同。对于集装袋性能判定的依据，要尽可能用接近客户所要装载的产品做试验，这就是标准中所写的试验专用的标准填充料，尽可能地使技术标准来迎接市场经济的挑战。

电石是一种遇温易燃易爆的危险物品，对包装的要求很高。有一种多层复合材料制成的集装袋，可包装电石之类的危险品。容量为一吨，袋体由外、中、内三层组成，外袋为复膜塑编，内袋为聚乙烯膜，中间有四至五层适应电石之类包装的特殊复合材料组成。这种集装袋有较好的密封性，较高的强度和较低的成本，与传统的铁桶包装相比，降低了运输成本10%以上，粉末的损失仅十分之一，经济效益大大提高。

集装袋在我国的使用范围正在扩大，特殊用途的如电石、矿物品等集装袋的出口也在增加。因此，集装袋产品的市场需求潜力很大，发展前景非常广阔。

太空喷气背包

世界上第一次不系安全带的太空行走，是1984年2月3日美国“挑战者”号航天飞机上的2名宇航员。他们是在喷气背包（MMM）也称“太空和动艇”的帮助下完成这一过程。宇航员以每小时28 200千米的高速绕地飞行，历时5小时。

这种喷气背包高约1.25米，宽约0.83米，总重150千克，内装12千克液氮，共有24个喷气管。它像一把没有座位的椅子，安在宇航员的背上，背包里充满压缩氮气，航天员通过扶手上的开关控制24个微型喷嘴，喷射出压缩氮气，形成各个方向大小不同的反推力，实现各个方向的移动。实际上它就是一个最小的宇宙飞行器。

宇航员带上这种喷气背包，能在茫茫太空中随心所欲地翻筋斗，旋转，向上、向下、向前、向后自由移动，左右摇摆，或“高车定点”。宇航员说：“你只要动动手指头，转转头和眼珠就可以了。”因为在太空中既没有重力又没有阻力。为了保险起见，宇航员仍需系安全索。

美国研制的喷气背包的维持生命系统有效工作时间为7小时，能提供的最大速度是每秒13.4米。但这会很快耗尽能量，因此宇航员常用一根带有刻度的小棒测量离开航天飞机的距离，以保证能安全返回。太空行走的时间一般不超过6～6.5小时。万一宇航员不能自己走回航天飞机，可以用牵引缆索把他拉回来。

太空锻炼

在航天飞机上，设置了一种脚踏活动板，它是用铝板做成的，下面装有轮子，底部插在地板洞里，锻炼时把活动板上的皮带系在身上系得越紧越用力。当你踏板走动时腰和腿就得到了锻炼。如果飞行在一两个星期内，宇航员每天在踏脚板上锻炼至少要15分钟；飞行时间长，每天至少要踏上30分钟。脚踏板安装在舷窗边，锻炼时宇航员先播送音乐，然后和着音乐的节奏踏板，累了可以看看窗外的景色，倒也不觉得太枯燥。

在空间站，宇航员生活的时间要长得多，最长的有一年，更要不间断地锻炼，最好的锻炼办法是跑步。在空间站上安装有综合健身器，上面有一个滚轮式活动跑道，它的两侧也有弹性皮带，可缚住宇航员的腿，而另有一个弹性缓冲器缚在躁骨上，跑起来和地球上的感觉差不多，10分钟以后，身上就会出汗。跑完后，伸伸懒腰，听听音乐，看看风景，感觉特别轻松。除了活动跑道，还设有自行车、单杠等其他器械，任其选择。

天空实验室

天空实验室是美国的第一个试验型空间站。天空实验室是通过2次发射对接而成的。先是把在地面装配好工作舱、过渡舱、对接舱和太阳能望远镜送入轨道，随后再用动载火箭把乘有3名宇航员的阿波罗飞船送入轨道，使飞船和对接船对接，组成完整的实验室。工作舱是天空实验室的基本部位，是宇航员主要的工作和生活舱室。舱内设有环境控制系统，它能给宇航员提供舒适的环境，保持室温为15.6℃～20℃。太阳能望远镜是天空实验室上的一个天文台，可以拍摄太阳的紫外光线和X射线等，获得精细的日冕照片。在天空实验室里有作业室兼实验室、食堂、寝室、厕所等。

“天空实验室”1号

“天空实验室”航天站是美国利用“土星”5号第三级火箭改制而成的。它是一个长14.6米、最大直径6.5米、重约80吨的圆柱形筒舱。轨道工场是“天空实验室”的主舱，舱内用铝格地板分为上下两层。上层是实验室及储水箱；下层又用隔板分成卧室、餐厅、观察室等。“天空实验室”的发射分两步进行。太阳望远镜实际上是“天空实验室”研究太阳的小型天文台。宇航员通过多用途对接舱内的姿态控制和显示装置来操纵监视，利用电视将观察到的太阳图像和数据传送到地面进行处理。

“天空实验室”的控制中枢是过渡舱。舱内有电力控制和分配系统、测试检验装置、数据处理系统、地面指令接受系统和通讯设备，另外还有环境控制系统的氮、氧储罐。为发挥航天站能长期居住的优势，“天空实验室”的生活设施考虑得极为周全。与以往狭窄的飞船相比，具有368立方米容积的“天空实验室”的生活要舒适得多。它有11个食品贮藏器和5个食品冷冻器，可贮藏907千克食品，不同种类的冷热食品分装在金属盒内。另外，卫生设施大为改善，有沐浴、香皂、毛巾和大小便袋等。

太空行走

太空行走是指宇航员乘坐载人航天器进入太空以后施展的一种行为。广义上的太空行走，包括3种情况：

（1）在载人航天器密封中的行走；

（2）在舱外宇宙空间的行走；

（3）在其他天体如月球上的行走。通常说的太空行走，专指宇航员在舱外浩瀚宇宙中的行走。

首先，宇航员必须穿着价值连城的航天服。因为太空是真空状态，没有大气压力，温度变化很大，阳光照射时可高达100多摄氏度，无阳光时可低至零下200多摄氏度，又存在着能伤害人体的各种辐射和微流星体，故而在那里行走时，必须身穿具有生命保障的航天服。该服背部携有生命背包，主要有氧气瓶、水箱、二氧化碳处理装置、温控和调节器等设备。其次，宇航员出舱前必须吸一段时间的氧气。为避免造成严重疾病，故而出舱前需要吸取纯氧将体内氮气排出，以免隐患。为此，需有专用供氧设备。第三，宇航员必须携带喷气背包和通信设备。处于失重状态的宇航员操纵喷嘴朝不同方向喷气，就可使自己向前向后左右上下运动。通信设备又叫通信背包，供宇航员与有关方面进行联系。第四，宇航员一般还需身携保险带。虽然也有宇航员不携保险带进行太空行走，但那是偶然为之。保险带把宇航员和飞行座舱联结起来，以确保安全。

太空天文观测

1990年12月2日，格林尼治时间6点49分，“哥伦比亚”号航天飞机再次从卡纳维拉尔角升空。“哥伦比亚”号此次的主要任务是把造价1.5亿美元的天文观测台送上天。在9天的飞行中，这个天文观测台的3架紫外线望远镜和1架X射线望远镜收集到了大量数据，对包括超新星、暗星、星系、脉冲星和类星体在内的80多个天体进行了观测。

“哥伦比亚”号所载天文台获取的数据大大改变了有关爆炸恒星的结构和演化的知识，尤其是关于强烈活动星系和不可思议的类星体的知识。这些奇怪的星体大小等于太阳系，其亮度超过整个银河系，它还可以帮助研究尚未见过的黑洞。宇航员对从木星和它的卫星到利维彗星、星际尘埃云团和其他云团、其他恒星和星系等140个X射线和紫外线目标总共进行了220次观测。天文学家称这次飞行给不可见的宇宙打开了一个新窗口，使科学家们第一次详细观测到了来自被地球大气层遮蔽的深太空的X射线和紫外线。

太空伞

1993年2月4日，俄罗斯把一面照亮地面的“太空伞”送到地球轨道上试验，为未来的太空帆飞行奠定了基础。这是航天史上的一项新成就。俄罗斯“能源”科研生产联合公司研制的这种太空伞，用聚脂纤维绦纶薄膜制成，厚仅5微米，表面喷涂上一层银色金属，主帆直径22米，总重40千克。它由“进步”M号自动货运飞船载到350千米高的轨道上，在离开“和平”号轨道站12分钟后，距轨道站150米时，飞船上裹着太空伞的滚筒转动展开，在太空形成一面巨大的伞状反射镜，并绕地球运行。这面被称为“旗帜”号的太空伞，反射阳光扫过地面30平方千米的区域，依次照亮了里昂、日内瓦、伯尔尼、慕尼黑和白俄罗斯等地方。它像夜幕中的一盏明灯，反射光照亮地球背阳面的时间为6分钟。

这次实验表明，如果将来有一天地球利用太空帆反射镜照明，可把几乎长年黑暗的极地变成白昼，城乡公共照明的灯具、电线都可拆除，夜间的操作都可变为白日进行。俄罗斯制定了一项把100面太空伞送到轨道上的计划，除用以照明地球外，还能用来扫除“空间垃圾”和为宇宙飞船提供动力。美国也在实施这种太空伞计划，在20世纪90年代末将12面直径1千米的巨型反射镜送到距地面36 000千米的同步轨道上，可使地球上在直径360千米的区域内大放光明。

行星和行星际探测器

行星和行星际探测器是对太阳系内各行星进行探测的无人航天器。20世纪60年代初期，美国和前苏联发射了多种行星和行星际探测器，分别探测了金星、火星、水星、木星和土星，以及行星际空间和彗星。探测器离开地球时必须获得足够大的速度才能克服或摆脱地球引力，实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道运行，就可能与目标行星相遇，或者增大速度以改变飞行轨道，可以缩短飞抵目标行星的时间。为保证行星和行星际探测器的进入预定轨道正常工作，需要探测器自主控制飞行轨道，并解决低数据率极远距离传输问题，同时需要利用空间核能源进行能量供应。

行星探测

人类长期借助于天文望远镜观测行星圆面的细节，发现了土星环、木星卫星和天王星；运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星；借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气观测行星，已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星研究打开了新的局面。探测的方式有：

（1）从行星附近飞过拍摄照片，测定它们的辐射和磁场；（2）在行星表面硬着陆，直接探测行星大气；（3）绕行星飞行，成为行星的人造卫星；

（4）在行星上软着陆，对行星表面进行细致地分析与探测。通过这些观测，人们获得了大量关于行星的表面、大气、周围空间和行星际空间的测量资料，加深了对行星的地质、地貌、磁场、辐射带和大气成分以及行星际空间的认识，证实了火星、金星上并无地球上生命形式的存在。

“先驱者”号探测器

“先驱者”号探测器是美国发射的行星和行星际探测器系列之一，1958年10月到1978年8月发射，共13个。用来探测地球与月球之间的空间，金星、木星、土星等行星及其行星际空间。其中以“先驱者”10、11号最为引人注目，它们是人类派往外行星访问的第一批使者。

“先驱者”10号于1972年3月2日先踏上征途，经过1年零9个月的长途跋涉后，穿过危险的小行星带，闯过木星周围的强辐射区，与1973年12月3日与木星相会。它飞临木星时，沿木星赤道平面从木星右侧绕过，在距木星13万千米的地方穿过木星云层，拍摄了第一张木星照片，并进行了十多项实验和测量，向地球发回第一批木星资料，为揭开木星的奥秘立下头功。在木星巨大的引力加速下，直向太阳系边疆飞去，于1989年5月24日飞越过冥王星轨道，带着给外星人的“礼品”——“地球名片”，向银河系漫游而去。

“先驱者”11号于1973年4月6日启程，它以探测土星为主要责任。1979年9月1日，“先驱者”11号从距土星3 400千米的地方掠过，第一次拍摄到了土星的照片。它探测了土星的轨道和总质量，测量了土星大气成分、温度、磁场，发现了2个新光环。探测了土星之后，“先驱者”11号便从天王星近旁掠过，与“先驱者”10号同于1989年飞离太阳系。

新型航空控制系统

20世纪90年代，美国运输部联邦航空局（FAA）投入使用一种新的飞行管制系统，这个系统采用计算机软件汇集和处理来自全美国各地的大量信息。

美国联邦航空局的目标是要在全国的12 500个机场都使用这个系统。目前，这套系统的成本是200万美元，而联邦航空局的最高目标，是要研制出一个价值几十亿美元的高度自动化的航空管制系统，它要能在几乎无人干预的情况下监视飞机航行和指导飞行员操纵飞机。在联邦航空局的飞行控制室里，计算机被输入一个指令后，荧光屏上就显示出正在纽约上空飞行的飞机鸟瞰图。图上的线根据空域划分，图上还有很多小黑点和飞机图形。小黑点表示在低空飞行的飞机和私人飞机，而飞机状的图形则表示大型民航客机。当输入另一个指令后，小黑点便从屏幕上消失了，只剩下表示大型民航客机的图样，再输入一个指令，这些大型客机便被自动涂上不同的颜色，每种颜色代表飞机将飞往不同的目的地。因此，根据荧光屏上每架飞机的不同颜色，便可知道它前往何地。

这个系统能将各个地方管理站的所有信息都汇总到联邦航空局，使得能够在一个屏幕上看到全美国任一地区的空中交通情况。从各地汇总到联邦航空局的航空信息存入计算机，然后利用特制的软件，将它们同时显示在计算机终端上。

“希望”号太空实验舱

日本实验舱“希望”号是日本对国际太空站（ISS）的贡献，由日本宇宙航空研究开发机构2001年9月制造完成，也是国际太空站上最大的舱组。“希望”号实验舱是日本首个太空实验舱，主要研究项目为太空微重力，另外还将关注医药、生物、生物技术和通讯等领域。“希望”号实验舱由舱内实验室、舱外实验平台和舱内保管室等部分组成，是日本的载人航天器。由三菱重工业公司名古屋航空航天系统制造厂完成的是舱内实验室，使用铝合金制作而成，呈圆桶形，全长11.2米，外径4.4米，内径4.2米，重152吨，耗资380亿日元。在这座实验室里，将安装实验设备和空调器等控制装置以及通信器材、电力供应装置等，可供4名宇航员进行新材料和生物技术等各种科学技术实验研究活动，舱外安装有机械臂，能够通过遥控实施舱外作业。

小卫星

小卫星一般重50～450千克，内装的是可买到的商店零售电子元件，而非特别昂贵的电子设备。它不仅成本低，而且能很快装备出来。制造小卫星，一般只需半年就可发射升空了。小卫星的最大优点是易于发射。如果将火箭在B-52轰作机高速飞行的高空上发射，那么发射的时间、地点具有极大的灵活性，而且从空中发射，加上机翼给予的升力，意味着它能比类似大小但从地面发射的火箭，多携带30％的负载。小卫星还能进行遥感。现代电子摄像机小巧可靠，足可装到小卫星上，而且拍出来的照片和气象卫星拍出的一样好。适当装备的小卫星还能够讯问设置于各地的地震、气象和海洋传感器。军事人员对小卫星更感兴趣。大卫星易被作为攻击目标，如用一组小卫星进行同样工作，就很难受到毁坏，替代也容易得多。美国国防部高级研究计划局在小卫星项目上投资了3 500万美元，意在为军用大型侦察、导航及通信卫星寻找替代物。

遥测

遥测系统一般分为“实时遥测”和“延时遥测”两种。如果无线电遥测系统在测量参数的同时，就把测量的量值传输到地面站，称作“实时遥测”。如果航天器在地面的接收范围以外，遥测资料不能实时传送回来，先由航天器上的磁记录器或存贮器件把所测数据存贮起来，待航天器进入地面站接收区时，快速地把已存贮的数据传送下来，这便是“延时遥测”。为解决航天器的实时遥测和实时通信，可按航天器的轨迹，在全世界范围内布置一系列地面站，如美国配合载人飞行计划设立了一批国外地面站和海洋观测船。我国的几颗卫星遥测系统都有延时遥测部分。在航天器的回收舱内可设置磁记录仪器，记录被测的各种参数，待回收后加以处理利用。

遥控

航天器在轨道上飞行的时候，地面往往要求它完成某些动作，如自旋稳定卫星的起旋，磁记录器的记录和放出，返回式卫星的返回动作，等等。地面就是通过无线电遥控设备来发送这些命令的。

遥感考古

遥感考古是利用遥感技术对古代遗迹、遗物进行感测、分析和辨认的一种勘探方法。航空航天遥感的可见光、红外、微波、紫外和多谱段遥感技术在考古中都得到应用。遥感考古具有下列特点：

（1）利用遥感器从几百千米以外的高空能清晰地俯瞰地球的面目，扩大考古学家的视野。

（2）遥感技术能透过地面，探测地下的古迹。

（3）遥感技术还能发现水中的古迹、古物，扩大考古学研究的范围。

（4）利用遥感技术可作特定的“时间—空间”记录，不但记录古迹，也记录各种环境信息，组成丰富的历史数据。遥感考古是非破坏性考古勘探，有很大发展前途。

永久性空间站计划

建造永久性的宇宙空间站的计划，是由美国提出，日本、加拿大、欧州空间局、俄罗斯共同参加。1994年3月，在美国休斯敦，美、俄、日、加和欧洲空间局的代表，正式通过了宇宙空间站计划新方案的决定。

这个以美俄为中心联合建造宇宙空间的计划，分三阶段共10年时间来完成。第一阶段从1994年开始，美国宇航员将在“和平”号空间站进行长期适应能力的训练。美国航天飞机为“和平”号运送新的太阳能电池板，以缓解电力不足；俄罗斯将为“和平”号扩增两个分别装有美俄航天设备的实验舱，使美国可进行大规模的空间科学实验。

运载火箭

运载火箭是由多级火箭组成的航天运输工具。运载火箭的用途是把人造地球卫星、载人飞船、航天站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道。运载火箭是第二次世界大战后在导弹的基础上开始发展的。第一枚成功发射卫星的运载火箭是前苏联用洲际导弹改装的“卫星”号运载火箭。到20世纪80年代，苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和欧洲空间局已研制成功20多种大、中、小运载能力的火箭。最小的仅重10.2吨，推力125千牛（约12.7吨力），只能将1.48千克重的人造卫星送入近地轨道；最大的重2 900多吨，推力33 350千牛（3 400吨力），能将120多吨重的载荷送入近地轨道。主要的运载火箭有“大力神”号运载火箭、“德尔塔”号运载火箭、“土星”号运载火箭、“东方”号运载火箭、“宇宙”号运载火箭、“阿里安”号运载火箭、N号运载火箭、“长征”号运载火箭等。

月球探测

月球是地球的天然卫星，自然地成为空间探测的第一个目标。对月球探测的方式有：

（1）在月球近旁飞过或在其表面硬着陆，利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄月球照片。前苏联发射的“月球”3号探测器就以这种方式发回了第一批月球背面的照片；美国的“徘徊者”7、8、9号探测器采用了命中月球的轨道，在与月球撞击之前发回一系列照片。

（2）以月球卫星的方式取得信息，这种方式能有较长的探测时间并能获取较全面资料。

（3）在月球表面软着陆，可拍摄局部地区的高分辨率照片和进行月面土壤等分析。“月球”9号探测器发回月球局部地区的第一批照片，测定了月球表面的辐射量；“勘测者”号探测器共发回图像约8.7万幅;苏联的月球车通过地面遥控在月球上行驶、探测并发回资料。

（4）载人或不载人航天器软着陆后取得样品返回地球进行实验室分析的方式。美国“阿波罗”11号飞船航天员在月面安置了激光测距反射器、宇宙线探测器、太阳风收集器、月震仪等仪器，带回了月面岩石样品和照片。

“阿波罗”号飞船航天员在月球上一共停留近280小时，足迹达100千米，带回月球岩石样品约440千克，这些样品受到20多个国家的1 000多位专家，其中包括中国科技工作者的分析研究。前苏联发射了“月球”16、20和24号探测器，从月球取回了样品。这些探测器所取得的大量资料大大充实了人们对月球的认识。

月球车

月球车是在月球表面行驶并对月球考察和收集分析样品的专用车辆。月球车分为无人驾驶月球车和有人驾驶月球车两类。

无人驾驶月球车由轮式底盘和仪器舱组成，用太阳电池和蓄电池联合供电。底盘上装有电动机驱动和使用电磁继电器制动的轮子，靠弹性吊架减震。月球车根据地球上的遥控指令在高低不平的月面上行驶。轮子上装解锁机构，可根据地面指令使轮子和传动机构脱开，变主动轮为被动轮，实现机动行驶。当出现紧急情况（车子横倾和纵倾超过规定角度）时，解锁机构可使全部轮子和传动机构脱开，避免月球车倾覆。在仪器舱内装有土壤采集分析装置、自动光谱测量仪、辐射剂量仪、照相机、电视摄像机和通信收发设备等。它们能自动采集月球岩石和土壤，以供分析其“物理—力学”性质和化学成分，研究月球的地形和地质特征之用，拍摄月面景像和车轮辙迹深度以及探测月面辐射状态等。为使仪器不受月球的昼夜温差变化影响，仪器舱设有温度控制用的热辐射器（夜晚盖上，白天打开）。

有人驾驶月球车由航天员驾驶在月面上行走，主要用于扩大航天员的活动范围和减少航天员的体力消耗，存放和运输航天员采集的岩石和土壤标本。月球车由蓄电池提供动力，每个轮子各由一台电动机驱动。轮胎由特制橡胶制成，在-100°C低温下也富有弹性。航天员操纵手柄驾驶月球车前进、后退、转弯和爬坡。车上装有照相机、电视摄像机和磁强计等设备，用来拍摄照片和探测月球物理性质。

月球着陆

航天器在月球上着陆的技术。月球着陆不同于火星着陆和金星着陆。因为月球没有大气层，所有靠大气阻力的着陆手段（制动襟翼、降落伞和机翼）都不起作用，只能依靠反向推力制动。所以，无论是载人登月舱还是自动探测器都采用制动火箭减速加上着陆缓冲的办法在月球上实现软着陆。航天器在绕月轨道飞行时计算出实时的轨道要素、着陆参数（推力大小和姿态调整量）和着陆程序。

当航天器到达预定着陆区上空时，调整制动火箭推力方向，起动制动火箭，下降到一定高度时，改为小推力工作或自由垂直下降。航天器上的着陆雷达不断测出到月面的距离。到着陆最后阶段制动火箭以小推力工作，使航天器进一步减速。

当航天器的月面支撑脚上探针触及月面时，制动火箭自动停止工作。这时航天器的下降速度仅为1～2米/秒。起缓冲作用的支撑脚吸收这一点动能，使航天器在月面安全着陆。在月球上实现软着陆的有美国“阿波罗”号6艘载人飞船的登月舱和前苏联“月球”9、13号探测器以及带有月球车的“月球”17号和21号探测器等。

月球轨道环行器

月球轨道环行器是美国为“阿波罗”号飞船登月作准备发射的月球探测器系列。月球轨道环行器从1966年8月到1967年8月共发射5个，主要用来绕月飞行时拍摄月球正面和背面的详细地形照片，绘制0.5米口径的火山口或其他细微部分的月面图，为飞船选择着陆点等。环行器都装有两台带有特殊跟踪机构的摄像机，拍摄时不致因运动引起图像模糊。其中一台用于普查，一台用于详查。图像记录在胶片上，再用无线电传输到地球站。为了扩大摄影区域，3号的倾角由以前的12°左右改为21°，拍摄下10个可能为“勘测者”号探测器和“阿波罗”号飞船选用的着陆点。4和5号在绕月球极轨道上运行，从月球的北极上空飞往南极上空，以拍摄更大面积的月面并监视近月空间的微流星体和电离辐射。5个月球轨道环行器提供高分辨率照片，为飞船寻找安全着陆点提供依据，并获得了月球表面的放射性和矿物含量等资料以及有关月球引力场等数据。

“月球”号探测器

从1958年至1976年，前苏联发射了24个月球号探测器，其中18个完成探测月球的任务。1959年9月12日发射的“月球”2号，两天后飞抵月球，在月球表面的澄海硬着陆，成为到达月球的第一位使者，首次实现了从地球到另一个天体的飞行。它载的科学仪器舱内的无线电通信装置，在撞击月球后便停止了工作。同年10月4日“月球”3号探测器飞往月球，3天后环绕到月球背面，拍摄了第一张月球背面的照片，让人们首次看全了月球的面貌。

世界上率先在月球软着陆的探测器，是1966年1月31日发射的“月球”9号。它经过79小时的长途飞行之后，在月球的风暴洋附近着陆，用摄像机拍摄了月面照片。这个探测器重1 583千克，在到达距月面75千米时，重100千克的着陆舱与探测器本体分离，靠装在外面的自动充气气球缓慢着陆成功。

1970年9月12日发射的“月球”16号，9月20日在月面丰富海软着陆，第一次使用钻头采集了120克月岩样口，装入回收舱的密封容器里，于24日带回地球。

1970年11月10日，“月球”17号载着世界上第一辆自动月球车上天。17日在月面雨海着陆后，月球车1号下到月面进行了10个半月的科学考察。这辆月球车重756千克，长2.2米，宽1.6米，装有电视摄像机和核能源装置。它在月球上行程10 540米，考察了8 000平方米月面地域，拍摄了200幅月球全景照片和20 000多张月面照片，直到1971年10月4日核能耗尽才停止工作。

1973年1月8日发射“月球”21号，把“月球车”2号送上月面考察取得更多成果。

最后一个“月球”24号探测器于1976年8月9日发射，8月18日在月面危海软着陆，钻采并带回170克月岩样品。至此，前苏联对月球的无人探测宣告完成，人们对月球的认识更加丰富和完整了。

“铱”系统

“铱”系统的66颗卫星运行在6条轨道上，每条轨道上平均分布11颗卫星。同一轨道上相邻两颗卫星距离2 024千米，这样，站在地球的任何一个点，都可享受这些卫星的通信服务。

“铱”系统的每颗卫星，重386千克，星体尺寸2.3米调1.2米，三轴稳定，工作寿命5年。卫星本体的6个侧面，每个面都是相控阵天线，能用48个波束照射地面，形成48个蜂窝区110条双工活路，因此总共有696 960路信道。借助“铱”系统的帮助，用户使用发射功率为500毫瓦的手持话机，就可以实现全球移动通信。

“铱”系统的业务用途，除了提供全球数字化话音通信外，还可以用于传真、数据传输，自动报告位置和双向消息传送，全球寻呼等，也为全球军事通信开辟了一条新河。2000年初，“铱”计划被迫中断。

载人机动装置

载人机动装置是能载送航天员在太空自由飞行的个体装备。最初航天员靠系在身上的安全带走出载人飞船、航天站或航天飞机到舱外，活动范围受到较大限制。为改变这种被动状况，人们研制出飞行自如的载人机动装置。载人机动装置外形像一个背包，由压缩氮气箱、供气系统、喷气推进器、电子控制设备、温度控制装置和蓄电池等组成。它供给航天员呼吸用氧，维持人体所需温度、湿度等生命保障条件，还装有使航天员与航天器保持在同一轨道上的专门设备。

载人机动装置以高压氮气作为失重环境下的飞行动力。航天员操纵左右机械手臂上的手控器控制高压氮气从安装在不同部位的推进喷管喷出，以改变飞行的速度、方向和姿态，实现上下、左右和前后移动，达到顺转或逆转等机动目的。机动装置装有两套互为备份的氮气箱和供气系统，防止发生故障危及航天员安全。

太空战斗机

太空战斗机能对敌国卫星和其他航天器进行军事行动，能够控制、捕获、摧毁敌国航天器，能够对敌国进行军事侦察。

X-37B 袖珍无人航天飞机是领先于全世界的太空战斗机，长约8.8米，翼展约4.6米，起飞重量超过5吨，可在宇宙神火箭上发射。

1999年7月，根据与美国宇航局NASA签署的合作协议，波音“鬼怪工厂”开始开发X-37的工作。合同包括X-37进入和着陆试验飞行器的开发，并用它进行一系列进入和着陆试验，之后开发设计出可进行轨道飞行试验的X-37飞行器。

2002年取消了X-37项目；2003年11月17日， NASA 重新恢复研制实现轨道飞行270天的计划，目的是论证装有科学遥感设备照相机和弹药的太空飞机，绕地球轨道一次飞行几个月时间可行性的方法。

2004年，美国国防部高级计划研究局突然从NASA手中接管了X-37的全部研制工作。此后，X-37就一直处于绝密状态。内部人士称，高级计划研究局抢过了X-37的研究权，2009年11月2日自研发之初，美国的X-37B太空飞机计划就一直笼罩着神秘色彩，几个和太空飞机的研制和生产有关的机构都对有关情况讳莫如深。