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第2章 飞向太空的人造卫星

1.运载人造卫星的火箭

听罐头宝贝讲完太空的故事后,敏浩盯着罐头宝贝。

“听你说了这么多,我确实有点儿相信你是人造卫星了,但你看起来就像个易拉罐,所以还是不太敢确定。”

“不要以貌取人嘛。”

“可你不是人类啊。”

“光凭外观来评价人造卫星也不行!”

“算了,给你讲讲我朋友们的故事吧。”

“你的朋友们?”

“对啊,就是那些此刻仍在太空中运行的人造卫星。”

“此时此刻,在那遥远的太空中应该也有好多人造卫星吧?”

“当然!在了解人造卫星之前我得先来讲讲火箭的故事。因为先有了火箭,后来才有了人造卫星,火箭是伴随着火药的发明而出现的。1379年,在意大利基奥贾地区,两个强国威尼斯和热那亚开战。战斗中,热那亚军队使用了一种名为‘rocchetta’的火药武器。”

“1750年印度国王海德尔·阿里为抵御英国侵略发明了火箭炮。这种火箭被命名为阿里火箭。”

“因为是阿里国王发明的,所以叫阿里火箭!”

“当时参加战斗的英军将领威廉·康格里夫,在阿里火箭的基础上发明了性能更好的火箭-阿里火箭,康格里夫火箭。”

“阿里火箭,康格里夫火箭!哎呦,火箭的种类好多啊。”

“后来,美国的威廉·霍尔在康格里夫火箭的喷射口附近安装了三个螺旋式机翼,改装后的火箭可以更加准确地击中目标物。这种火箭叫做黑尔火箭。”

“有没有我们韩国发明的火箭呢?”

“有啊。高丽时期的‘走火’和朝鲜时期的‘神机箭’都是韩国发明的。”

罐头宝贝自豪地说道。

“原来火箭是这样一步一步发展起来的呀!可是除了刚刚说的这些都是军用火箭,运载人造卫星的火箭是什么时候出现的呢?”

“20世纪初,人们正式开始开展航天火箭的研究和试验工作,有两位重要人物做出了巨大的贡献。”

2.太空飞行和火箭研究

“现在的火箭早已冲出地球飞向太空,对火箭的诞生起决定性作用的两个人分别是齐奥尔科夫斯基和戈达德。”

“齐奥尔科夫斯基。他一直在想,如果去太空旅行就必须离开地球,但要怎样才能离开地球呢?于是反复研究,并进行了多次火箭试验。他发现液体推进剂利于提高喷气速度,第一个想到了多级火箭。这种火箭像火车一样相连而成,因此给它起名为太空列车。”

“齐奥尔科夫斯基提出的火箭相关理论对之后火箭的开发产生了巨大的影响,因此人们称他为宇航天文学之父。”

“那另外一个对火箭的发明做出巨大贡献的人是谁啊?”

“他叫罗伯特·戈达德,是美国人。他在少年时期,看完科幻小说《星际战争》后,对太空和火箭产生了兴趣。”

“戈达德长大后成为了研究太空飞行的学者,他主张火箭可以飞出地球对流层飞向太空,甚至可以到达月球。戈达德认为建造液体火箭,利用作用力与反作用力,可以将火箭送入太空。但当时的学者们批判了戈达德的主张,他们认为在真空状态下的太空中不存在可以推动火箭的物质,作用力与反作用力定律并不适用,因此液体火箭无法运行。”

“但戈达德认为即使在真空状态下也可以通过作用力与反作用力定律来产生推力。事实证明他的猜想完全正确。”

“所以戈达德被誉为现代火箭之父。”

3.运载火箭的孪生兄弟——导弹的问世

罐头宝贝突然问敏浩是否了解导弹。

“导弹?不就是‘嗖’地一声射向攻击目标,引发爆炸的摧毁性武器嘛。”

“继乔奥尔科夫斯基提出航天学理论,戈达德实验研究成功之后,人们研制出一枚又一枚火箭升入太空。这时,第一次世界大战中战败的德国人开始想利用火箭制造武器。他们认为在性能优良的火箭上装载炸弹,发射之后再调整方向,就会成为一种杀伤力极强的武器。基于这种想法,德国军官兼火箭专家多恩伯格和韦纳·布劳恩两人研发出了A-4火箭,后来称之为V-2火箭。”

“所以德国成功研制出了用乙醇和水的混合物做燃料,用液氧做推进剂的单级火箭,即V-2液体火箭。它是当时最接近太空的火箭。不过很遗憾V-2火箭不能装载人工卫星,只能装载炸弹。这一技术在第二次世界大战中被发射到英国等欧洲各地,造成了巨大的人员伤亡,这就是弹道导弹的开端。”

“随着二战结束,德国战败,对V-2火箭的研发起重要作用的布朗恩带领着其他设计师们,秘密前往美国研究远程火箭。”

“那么现在美国的火箭技术是世界顶尖的吗?”

“这个嘛?当时与美国抗衡的军事大国前苏联也对V-2火箭很感兴趣。”

“看来,美国和前苏联都想抢先一步研制出火箭。”

正如敏浩所言,以布朗恩为首的美国和以科罗廖夫为首的前苏联为开发出性能优良的火箭,也就是导弹,双方展开了激烈的竞争。

“是啊。最后两国在V-2火箭技术的基础上成功研制出射程1000公里,在陆地和陆地之间使用的导弹。这就是洲际弹道导弹。”

“那么率先发射人造卫星的哪个国家?是美国,还是苏联?”

4.人造卫星时代的到来

“1955年7月29日,美国总统宣布美国将发射人造卫星的计划。”

罐头宝贝终于开始讲人造卫星的故事了。

“人造卫星终于出现了!竟然是美国先发射的呀!”

“前苏联听说美国要发射人造卫星,就打算抢先一步发射,想借此打击美国的气焰。于是,1957年10月4日17时28分34秒!前苏联以自主研发的洲际弹道导弹R-7作为运载火箭,成功发射了人造卫星。”

“这个人造卫星后来怎么样了?”

“R-7火箭全速飞向太空,5分钟后火箭搭载的人造卫星传来简单的信号。这颗人造卫星的名字叫做斯普特尼克1号。斯普特尼克1号以每小时29000千米的速度飞行,绕太空轨道一圈耗时96.2分。在之后的3个月里飞行了约6000万千米,1958年1月4日坠入大气层消失了。”

“一个月以后即1957年11月3日,前苏联又发射了斯普特尼克2号。但是斯普特尼克2号搭载了乘客。一只名叫莱卡的狗,虽然它只活了几个小时。多亏有了像莱特一样的实验动物,才使得现在的火箭技术如此发达。1957年10月4日前苏联成功发射了斯普特尼克1号,美国为之震惊。苏联最先拥有远程火箭技术,配备核爆炸装置的导弹可以攻击美国,这一事实给美国深感恐惧和危机。这件事被称为斯普特尼克效应。”

“那么美国发射人造卫星了吗?”

“前苏联成功发射人造卫星后的第109天,1958年1月31日,美国的布劳恩博士小组利用‘朱诺1号’运载火箭,将美国的第一颗人造卫星‘探险者号’送上轨道。自那之后美国于1958年3月17日成功发射了人造卫星‘先锋1号’,1962年7月发射了实用卫星‘电星1号’,这颗人造卫星可以实现大陆与大陆之间的电话与传真通信,可以进行电视实时转播。”

“其他国家呢?”

“与苏联和美国相比,法国研发人造卫星的时间较晚,1965年法国发射了第一个人造卫星‘A-1号’。1970年日本和中国发射了人造卫星。之后,英国、印度、以色列等国家陆续发射了人造卫星。1992年韩国发射了第一颗人造卫星‘我们的星1号’。”

5.人造卫星长什么样子呢?

“罐头宝贝,斯普特尼克号或者探索者号等那些人造卫星长得什么样?跟你像吗?”

罐头宝贝摇了摇头。

“人类制造的第一颗星星——人造卫星,外观最好要像天体。这是制造斯普特尼克1号的科罗廖夫对人造卫星开发小组说的话。因此人们把人造卫星制成了天体模样,所以人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号呈球形,有4根细长的天线。天线用来发射信号。”

“斯普特尼克2号也是球状的?”

“不,斯普特尼克2号是圆锥状的,又大又重,因为它得搭载小狗莱卡。”

“那美国的人造卫星长什么样?”

“探索者1号像一只钢笔,先锋1号人造卫星像一个球。之后人类向太空发射了很多大小和外观迥异的人造卫星,但以像圆桶或球这样的圆形为主。因为人造卫星需要搭载火箭,火箭上方是圆的。但是现在随着技术的发达,所以人类正在制造四棱形、六棱形的人造卫星。”

“原来人造卫星的制造技术也在不断发展啊!”

罐头宝贝说,人造卫星的外形根据执行任务的不同而不同。例如,用来拍摄太空的观测卫星、气象卫星或天文卫星等,都装有大照相机;而进行实况转播的人造卫星都装有大天线,用来接收和发送信号。

“韩国研发的人造卫星长什么样?”

“人造卫星‘千里眼’装有巨大的太阳能电池板,用来吸收太阳能,并将其转化为其他能源。而且为了完成所执行的任务,还装载了气象搭载体、海洋搭载体和通信搭载体。”

韩国于2010年发射的人造卫星“千里眼”虽然执行通信、海事及气象观测等多重任务,但人们普遍知道的是,“千里眼”是一颗气象卫星。

“人造卫星‘千里眼’是什么时候发射的呢?”

“是2010年6月发射的,用于气象观测、海洋观测,还用于卫星通讯。”

突然罐头宝贝的身体一闪一闪的,发出一道强光,刹那间,罐头宝贝身体里发出的那道光照射在实验室的黑板上,紧接着出现了一幅画面。

“那些画面是怎么回事?”

“敏浩,我觉得你对人造卫星好像很感兴趣,所以我想告诉你人造卫星是怎么制造的,又是怎么发射的。”

6.《罐头宝贝的卫星讯息》研制人造卫星

研制人造卫星大致要经过设计和组装两个阶段。人造卫星设计好后,进入到制作准备模型阶段,再经过各项测试和组装,才算最终完成。设计:决定了人造卫星的外观与大小之后开始绘图。这时要决定制造人造卫星时所需的材料。制作准备模型:绘制好设计图后,制作准备模型。制造准备模型是为了在把人造卫星发射到太空之前发现问题、然后针对问题对设计图做出修改。之后还将进行前期功能测试、结构热工测试、软件测试等各种测试。机型设计与零件制作:准备模型设计好了,就可以开始具体设计在太空中实际飞行的人造卫星模型和要使用的零部件,并且每个零件的性能都要经过精密的检测。组装人造卫星:按照设计图组装各个零件。人造卫星最基本的部分是机身,另外与执行任务有关的系统是专用系统,将机身部分与专用系统组装起来,人造卫星制造完成了!

7.《罐头宝贝的卫星讯息》发射人造卫星

人造卫星制成之后,要经过各种测试,才能将其发射到太空中去。发射到太空中的人造卫星在进入正常轨道后开始执行任务。

分阶段测试

第一阶段发射环境测试。运载火箭承载人造卫星将其送往太空时,对发射时产生的振动、噪音、冲击等进行对比。

第二阶段轨道环境测试。太空处于真空状态,温度要么极高,要么极低,测试人造卫星在太空环境下是否能正常运转。

第三阶段电波测试。太空中存在着许多我们肉眼看不见的电磁波,测试人造卫星能否抵抗强电磁波的干扰,正常工作。

发射

当所有的组装和测试工作完成后,要将人造卫星移送到发射场,将人造卫星和运载火箭相对接。经测试,确定火箭和人造卫星的对接与分离完全无误时,将人造卫星和火箭一同运送到发射台。根据观测站的指示倒数计时,发射!

执行任务

人造卫星成功进入目标轨道后,通过与地面通讯,调整轨道,并检查人造卫星状态。如果人造卫星状态稳定,就可以执行任务了。

8.人造卫星是用什么制成的?

“罐头宝贝,人造卫星是用什么制成的?人造卫星要去太空执行任务,太空与我们生活的地球不同,所以人造卫星一定是用特殊材料制成的吧?”

“当然,得用轻盈、耐振、耐热的材料。比如纤维、碳合成材料、钛合金以及特制的铝合金、强化纤维塑料之类的。”

“人造卫星的表面部分是用特制的铝合金制成的,天线是用形状记忆合金制成的,形状记忆合金是由几种不同的金属制成的,顾名思义记住自己原来样子的合金。目的是将人造卫星送向太空的时候能减少体积。人造卫星的表面覆盖了一层类似于金箔纸的薄膜,我们称它为多层绝热薄膜。太空中温度变化很大,绝热薄膜能帮助人造卫星保持恒定的温度,而且还能防止外部撞击。”

“原来人工卫星的表面不是铜、铁、玻璃之类的普通材料啊。”

“人造卫星要在太空执行任务,所以制造时也要选择特殊材料。”

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