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第32章 航天科技探秘(4)

气象卫星上面安装的遥感仪器,接收来自“地球—大气系统”的各种辐射,并将所获取的资料转变为电信号,通过发射机传递到地面接收站,经计算机处理后,得到大气温度、湿度的垂直分布,大气中高层水汽分布,臭氧的分布与含量等参数,同时获取可见光云图、红外云图和水汽图像等资料,这些就是我们在电视上所看到的卫星云图。

有了卫星云图,不仅弥补了大洋、高山和沙漠地区气象观测点稀少的不足,而且还能直观地监测到各种天气系统的变化,洞察正在发生的各种灾害天气过程,如梅雨、台风、暴雨及寒潮等。

目前,全世界共发射了100多颗气象卫星,我国已在1988年和1997年先后发射了“风云一号”(极轨)和“风云二号”(静止)两种气象卫星,它们正俯瞰着祖国大地,为我国的气象应用研究发挥着重要作用。

侦察卫星怎样进行军事侦察

侦察卫星是一种获取军事情报的卫星,它“站得高、看得远”,是活跃在太空中的“间谍”。由于它具有侦察面积大、范围广、速度快、效果好、可定期或连续监视某一地区并不受国界和天气等限制的优点,在冷战时候,成为超级大国的“宠儿”。在人类发射的所有人造卫星中,侦察卫星就占了1/3。

侦察卫星可分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、导弹预警卫星和海洋监视卫星。照相侦察卫星是其中出现得最早、数量最多的,它一般运行在150~1000千米高空,每天绕地球飞行十几圈。它是担任空间侦察任务的“主力军”。卫星上携带的侦察设备就像照相侦察卫星的“眼睛”,它包括可见光照相机、红外照相机、多光谱照相机,以及后期出现的合成孔径雷达和电视摄像机等。

照相侦察卫星所获得的情报,如胶卷、磁带等都记录贮存在返回舱内,当飞经本国国土时降落回收;也可以通过无线电以实时或延时的传输方式,由地面接收站接收后,再作处理和判读。

此外,电子侦察卫星上装有电子侦察设备,用来侦辨敌方雷达和其他无线电设备的位置和特性,窃听敌方的机密信息。导弹预警卫星利用卫星上的红外探测仪,及早发现导弹起飞时发动机尾焰的红外辐射。而海洋监视卫星,用雷达、无线电接收机、红外探测器等侦察设备,监视海上舰船和潜艇的活动。

地球资源卫星怎样进行地球资源勘测

用来勘测和研究地球自然资源的卫星称为地球资源卫星,它是应用卫星中重要的一种。目前人类面临的众多问题中,最重要的莫过于食物、环境和能源了。对这些问题的解决,航天技术是大有可为的。

地球资源卫星安装有各种遥感设备(包括多光谱扫描仪、可见光和红外辐射计、微波辐射计等),能获取地面各目标物辐射出来的信息,也能接收由卫星发出的经地面目标物反射的信息,并把这些信息发送给地面系统。这些信息统称为光谱特性。地面系统对地球资源卫星进行跟踪、测量,并接收、记录和处理卫星发来的图像和数据,依用户的需要对这些资料进行加工处理,然后分送给服务系统。地质、测绘、海洋、林业、环境保护等许多部门,都需要地球资源卫星提供资料。

利用地球资源卫星,不仅“看”得广,还能“看”得深。用它可以发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构,也能普查农作物、森林、海洋、空气等资源,还能预报和鉴别农作物的收成,考察和预报各种严重的自然灾害。目前全世界有100多个国家和地区利用了这种卫星遥感资料。

地球资源卫星分为两类:一是陆地资源卫星,二是海洋资源卫星。地球资源卫星一般采用太阳同步轨道运行,保证卫星对地球上的任何地点都能观测到,又能使卫星每天同一时刻飞临某个特定的地区,实现定时勘测,是个名副其实的“太空勘察员”。

除专门的地球资源卫星外,气象卫星等其他遥感类卫星和航天飞机、宇宙飞船、空间站等载人航天器,也可进行地球资源的勘测工作。

地球资源卫星问世已20多年,它对人类的贡献功不可没。

为什么卫星可以预报地震

地震是人类自古以来不可躲避的自然灾难。由于地震起因和前兆非常复杂,因此,地震预报始终是世界性的难题。

科学家发现,地震前在震中区周围,会出现温度异常等震兆。震前由于岩石圈板块相互作用,应力不断积累,当超过岩石圈强度时,就会发生微裂隙,原储存在岩石圈内的气体,特别是温室气体,会沿着已有的裂缝溢出地面,受到太阳辐射和自身辐射,导致该地区温度增高。或者带电的微粒子从岩石圈深处渗出地表,这些带电微粒子在低空处造成电场异常,激发温室气体,使温度比正常增高几度。

当今,不少安装有遥感仪器的卫星(尤其是气象卫星)上,都有红外扫描仪,它的扫描宽度有上千千米,所测地面、水面及各种界面上的温度精度可达05℃。借助大型计算机及图像处理机,能在30分钟内处理好一幅地球表面的温度图像,为迅速判别震兆温度异常提供了有利条件。我国的国家地震局和航天有关部门,10多年来对利用卫星遥感来作地震预报进行了不懈的探索。他们利用遥感卫星摄制的红外图像进行地震短期预报,找出红外异常与地震发生的关系,建立模型,取得了喜人的成果。从已发布的地震短期预报来看,不论地点、震级和时间,多数都取得了满意的结果,为卫星的应用开辟了新的领域。

不过由于地表增温的原因很多,要正确区分出真正临震前的异常增温,还有很多问题尚待解决。相信经过不断努力,地震预报的成功率将会有大幅度的提高。

卫星可以帮人类减灾防灾吗

世界上时时刻刻都在发生各种各样的自然灾害。从1965年至1992年的28年里,全世界发生了4650多起自然灾害,约30亿人受灾,其中死亡361万人,直接经济损失约3400亿美元。最常见的灾害有台风、洪水、地震、干旱、火灾等。自从卫星上天以来,人类利用先进的卫星遥感技术,防止或减小了这些自然灾害造成的恶果。

比如1987年5月,中国东北大兴安岭地区发生一场猛烈的森林大火,在天上巡游的卫星成功地监测到这一信息,为扑灭这场大火创造了条件。1991年夏天,中国江淮流域发生严重水灾,又是卫星提供了水灾淹没面积的准确估计,为救灾工作找到了依据。尤其是1998年中国长江中下游、松花江和嫩江流域的抗洪救灾,天上卫星功不可没。卫星作为防灾减灾的哨兵,发挥了有效的作用。目前,人类已经利用气象卫星、资源卫星、通信卫星、导航卫星等进行了大量的减灾活动,取得了良好的效果。此外,许多国家都在研制一种新的减灾卫星,中国的“风云”1号卫星即使同一颗卫星集对地观测、通信、导航等功能于一身,实现救险防灾的目的。

气象卫星是防灾的先锋。大家知道,防灾减灾,首先要知道灾害的起因,并能监测灾情的发展,方能“对症下药”。也就是说,要先“看得见”并及时掌握情况,才能采取相应的措施。对于自然灾害等变化的环境观测,除了要求具有一定的空间分辨率以外,还要能够在较短的时间内对地面进行重复观测,即有较高的时间分辨率。现有的遥感卫星中,气象卫星,特别是地球静止气象卫星,能够不间断地对大气现象进行观测,对于防治自然灾害,起到了开路先锋的作用。

近年来出现的雷达卫星可以穿云透雨,它主动发出一定频率的电磁波,并接收目标对它的反射和散射的回波,形成图像。由于雷达卫星所用的微波能穿透云雨,并到达地表以下一定深度,而且可以做到有高的分辨率。因此,雷达卫星是一种十分重要的监测手段,特别是在常伴有阴雨天气的洪涝季节更是大有用途。

卫星的最大防灾本领,莫过于监测地球上的陆地、海洋和大气层,创造良好的生态环境,使人类免遭各种自然灾害之苦。因此,各种专门的减灾卫星便应运而生。我国曾利用自己的返回式卫星和气象卫星,在防灾、抗灾、救灾和治理灾害方面已取得了一定成绩。但中国是个幅员辽阔的大国,经常饱受自然灾害之虐,治理环境始终是一项重要课题,因此国家已经把研制减灾卫星列为发展航天技术的头等大事。

用通信卫星就可以通电话和转播电视吗

在众多的应用卫星中,通信卫星的数量最多。它是一种专门用来转发无线电信号的卫星。通信卫星与卫星地面站联合起来,就可以通电话和转播电视了。

通信卫星实际上是一个在太空的“中转站”,犹如挂在太空的一面“镜子”。它能把地面站送来的无线电信号有条不紊地进行中转,使两个地面站之间能进行通话、数据传输、图文传真、电视转播等信息传递工作。如果我们要从上海和大洋彼岸的纽约进行通信,首先是位于上海的地面站通过信息转换机构,把发信者的信息,如声音、文字、图像等,转变为电波信号,由无线电设备进行处理和功率放大,然后由发射机把电波发向卫星;卫星上的天线收到上海地面站的电波信号后,由转发器对它进行处理并放大,再定向转发到纽约的地面站;纽约地面站把接收到的电波信号进行功率放大和处理,还原成声音、文字、图像等,最后传输给受信者,这就完成了两地之间的通信。

采用通信卫星进行通信,具有距离远、容量大、质量好、可靠性高和机动灵活等优点。从1962年美国第一颗通信卫星问世以来,全世界已发射了近700颗各种类型的通信卫星,其中在地球静止轨道上的静止通信卫星,已经挑起了国际电信和电视转播的重任。

近年来新发展起来的广播卫星,是一种专门用途的通信卫星。以往接收卫星上的电视信号时,都要经过地面站来收转,而如今利用广播卫星后,省去了地面站这个环节,用户只需用小口径的天线,就可以直接接收从广播卫星上传下来的电视节目了。

人类为什么要制造和发射小卫星

当今地球的上空,越来越多地出现了小卫星,成为一道新的风景线。所谓小卫星,是指质量在500千克以下而功能与同类型大卫星相当的卫星。

微电子、微机械、新材料和新工艺等高新技术的发展,可以使卫星的体积、质量大大减小,而性能仍保持较高的水平。如美国一种名叫“观测镜”的侦察卫星,质量仅为200~300千克,在700千米轨道高度对地面目标的分辨率达到1米,成像带宽度达15千米,工作寿命5年,功能已经相当于过去的大型侦察卫星了。

现代小卫星具有很多优点:首先是它的研制周期短,一般不超过两年,而大卫星通常要七八年;其次是小卫星的发射方式灵活,既能由小运载火箭单独发射,也可以“搭车”方式随同别的卫星一起发射,或用一枚火箭发射多颗小卫星;最后是成本低,小卫星可批量在流水线上生产,单颗卫星的价格大大下降,而发射费用也较为低廉。

小卫星在应付突发军事事件时,具有特别重要的价值。例如在1982年的英阿马岛战争和1991年海湾战争时,前苏联和美国都临时发射了多颗小卫星,以快速获取战场信息。

除应用于军事外,小卫星在民用领域也有广阔的应用前景。不久前建成的“铱”系统,是全球第一座个人移动通信系统,相当于把地面蜂窝移动电话系统搬上了天,它就是由66颗小卫星组成的。今后,这类小卫星星座还会如雨后春笋般地多起来。

什么是全球定位系统

不论在地球什么地方,只要你从口袋里拿出一只像手机大小的设备,就可以知道你现在所处的精确位置,以及此刻的精确时间。这并非神话,它就是全球定位系统(简称GPS)。

1973年,美国国防部根据军事上的需要,开始部署了一种卫星无线电定位、导航与报时的系统,即GPS,并于1992年全部建成。GPS是由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航星座包括24颗卫星,其中21颗卫星是工作星,3颗作为备用星,它们均匀分布在6条轨道上,轨道高度约2万千米,倾角55°,运行周期为12小时。这种卫星的分布方式,可以保证地球上任何地点的用户,随时都能实现三维坐标的精确定位。

手机大小的用户设备即GPS接收机,由天线、接收机、信号处理器和显示器组成,能同时接收4颗卫星发射的导航信号,经过对信号到达时的测量、数据解调处理和计算,得出用户本身所处的位置坐标和运动速度,位置精度可达到15米,测速精度为0.1米/秒,授时精度为10-7秒(民用用户的定位精度稍差,约100米)。

GPS的主要和最初用途,是为美国在世界各地的三军部队及其武器装备、低地球轨道上的军用卫星提供定位导航服务。在1991年的海湾战争中,以美国为首的多国部队首次将GPS应用于实战,为战斗机、轰炸机、运输机、坦克部队、扫雷部队、后勤运输车队定位导航,发挥了极其重要的作用。

当前,GPS除了军用之外,已扩大到民用的很多方面,世界处处都有它们的踪迹。大洋中的轮船、蓝天上的飞机、高山上的地质勘探队……甚至在一般的出租车上,GPS都正在大显神通。

铱星计划

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