科普-中华学生百科全书-第173章
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美、苏、法等国曾先后发射了测地卫星。
科学探测卫星 科学探测卫星主要是对近地空间环境和太阳进行研
究，从而为各种应用卫星和军事卫星以及载人飞船等各种人造天体提供科学
数据。
科学探测卫星研究的内容有：地球磁场、地球辐射带、电离层、高层大
气、紫外和红外辐射等。这些科学资料对于各类人造天体的设计、研制和发
射都极为重要。
科学探测卫星的种类很多，数量很大。这些卫星按探测项目可划分为：
地球磁场测量卫星、红外测量卫星、高能辐射探测卫星、太阳辐射探测卫星
等。
宇宙飞船和飞机的混血儿——航天飞机
航天飞机是一种载人的太空飞行器。它的最突出优点在于可以反复使
用，因此是空间技术发展进程中的一个突破。它为人类探索宇宙、开发太空
领域提供了经济实用的工具，所以航天飞机的发明被称为人类通向宇宙之路
的又一块里程碑。
在航天飞机诞生之前，人类探索太空的工具，不论是人造卫星、登月飞
船，还是随后的太空实验室，都是通过发射一个又一个功率巨大的运载火箭
来把它们送上太空的。运载火箭是使卫星和飞船进入预定轨道运行的主要运
输工具。
研究、设计和制造这样的运载火箭需要耗费大量的人力、物力和财力，
这种代价高昂的运载火箭只能使用一次；每发射一次卫星或飞船都要重新制
造一个甚至几个运载火箭。1969 年，美国发射的第一次把人送上月球的“土
星” 5 号运载火箭和阿波罗登月飞船，起飞总重量为 2800 多吨，但除了约 5
吨重的登月指令舱外，全部器件只使用一次就丢弃在宇宙空间。像这样的发
射，每次要花费 1750 万美元。正因为如此，所以美国的“阿波罗计划”到
1972 年 12 月 19 日，“阿波罗”17 号宇宙飞船运载 3 名宇航员登月归来以后，
就此告一段落。
不过，有很多宇航方面的专家不肯罢休，他们始终认为探索宇宙，能为
人类带来无法估量的好处。所以，每年仍然有一人批人造卫星飞上天空。美
国宇航局的科学家还利用“阿波罗计划”中已造好而没有来得及利用的“土
星”5 号火箭，成功地发射了太空实验室。然而，由此也带来了麻烦：施放
到太空围绕地球运转的人造卫星并不能保证百分之百地投入使用，有时由于
装在它“肚子”里的仪器设备发生了意料不到的故障，导致整个卫星失效。
像这种局部损坏，只须稍加修理就能正常工作的人造卫星不是很少而是有不
少。它们不能发挥作用，只是绕着地球一圈又一圈地转，变成了太空的“流
浪汉”；如果碰巧撞上了正在正常飞行的人造卫星，还会引起一场爆炸，那
时它们就是十足的“闯祸坯”了。还有那种比人造卫星更复杂、高级、造价
更高的太空实验室，一旦它贮存的食物、氧气、实验物品花尽用完以后，无
法得到补充，结果也逃脱不了被丢弃的命运。它和失效的人造卫星一样，白
白占据了地球上空目前已经显得很“拥挤”的运转轨道的位置。
当然，也可以另外派一艘宇宙飞船到轨道上去给实验室送货上门；但这
样一来，问题义涉及到每次要动用一枚只能用一次、价值几千万美元的运载
火箭，花费太大了啊！
这种被动局面严重地阻碍了宇宙航行事业的蓬勃发展。因此，研究一种
可以重复使用的工具，以便大大降低宇宙航行的成本，就成了人们发展宇宙
航行事业的迫切需要。
对于这种未来的运载工具应该具备什么特点呢？各方面的专家为当时还
没有出生的“胎儿”勾勒了一副大致的“面貌”：
它必须可以重复使用、经久耐用，在完成了各项任务以后，能像普通飞
机一样飞回来在常规机场跑道上平稳降落。
它必须能携带各种各样的人员，包括没有受过专门飞行训练的普通人。
它必须有较宽大的货舱，可以容纳各种各样的物品，而随机的科学家只
须通过短距离的通道就能够进入货舱，进行各项理化实验。
它能随时改变自身的运行轨道，跟正在绕地球运转的各种人造卫星、太
空实验室靠拢甚至对接，从而对那些失效的人造卫星进行修理保养工作，为
太空实验室运送物资，担负太空紧急救援任务。
它必须能施放和回收各种人造卫星，或者作为一种中间站，供飞往其他
星球的宇宙飞船起落逗留。
一句话，它是一种具有运载火箭性质、来回于太空与地球之间、像飞机
一样的宇宙运输工具，它的名称就叫“航天飞机”。
美国是最早研究航天飞机各种可行方案的国家。从 1969 年停止“阿波罗
计划”以后，就立即集中 5 万名高级技术人员，花了差不多 10 年时间和将近
100 亿美元的研制费用，终于把一张张蓝图上的东西变成了一架真正的航天
飞机。1981 年 4 月 12 日上午 7 时，在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角肯尼
迪空间中心第 39 号发射台上，升起了世界第一架航天飞机“哥伦比亚”号。
从此，宇宙航行的新纪元开始了。
1981 年 4 月 12 日，世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号，在一片欢
呼声中徐徐上升，进入太空，在轨道上遨游了 54 小时后，安全返回地面。至
1991 年止，有 5 架航天飞机曾在太空遨游，其中美国有 4 架，前苏联有 1 架。
航天飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具，是航天史上的一个重
要里程碑。
航天飞机是往返于地球表面和近地轨道之间。运送有效载荷（如卫星、
物品等）的飞行器，可以重复使用。
航天飞机设计成用火箭推进的飞机，它发射时像火箭那样垂直起飞，返
回地面时能像滑翔机或飞机那样下滑和着陆。航天飞机集中了许多现代科学
技术成果，是火箭、航天器和航空技术的综合产物。它的特点是可以多次使
用（火箭都是一次使用的），发射成本较低，用途广泛。
美国“哥伦比亚”号航天飞机由一个轨道器、1 个外贮箱和 2 个固体火
箭助推器组成。
轨道器是航天飞机最复杂的部分，外形是一个三角翼滑翔机，长约 37
米，高 17．3 米，翼展 24 米，它的货舱能把 29．5 吨重的有效载荷送上地球轨
道，并能把 15 吨重的有效载荷带回地面。它可乘坐 3～7 名航天员，在轨道
上连续飞行 7～30 天。
外贮箱是航天飞机最大的部件，也是唯一不可回收的部件，用于贮存航
天飞机的燃料——液氢和液氧，并向发动机输送燃料。它长 47．1 米，直径
8．38 米，装满燃料后重约 740 吨。
固体火箭助推器内装固体燃料，为航天飞机垂直起飞和飞出大气层提供
约 78％的动力。它长 45．5 米，直径 3．7 米，重约 566 吨，使用寿命为 20 次。
从 1981 年 4 月～1991 年 4 月，航天飞机在太空中飞行了 40 次，完成了
许多科学实验和研究项目，也执行了多次军事飞行任务，取得了许多重大科
学技术成果，获得巨大的经济效益。
航天飞机的卓越才能
从航天飞机上发射卫星 把卫星送上太空，一般都从地面用火箭发射。
在太空运行的航天飞机上，怎么也能发射卫星呢？
大家知道，航天飞机是天地间很好的交通工具，也是用途广泛的航天器，
此外，它还有奇特的用处，它还是一种理想的太空发射基地。利用航天飞机。
宇航员可以把卫星发射到地球同步轨道，或把宇宙探测器送到遥远的星际空
间。从航天飞机上发射卫星，那好比把地面的卫星发射场搬到离地面几百公
里高的太空，当然，这个太空“发射场”也需要配备必要的发射设备。
航天飞机的主要发射设施是旋转式垂直发射架，发射架设有支承卫星及
末级火箭的托架，摇篮似的托架固定在航天飞机的货舱内。
航天飞机进入太空后，地面测控人员开始测定航天飞机状态，使它保持
有利于发射卫星的状态。在弹射前 20 分钟，根据预定的程序，打开蛤壳式的
白色遮阳罩，这时从电视上可以看到一个待发卫星，像婴儿一样静静地“躺”
在“摇篮”里。地面控制人员根据卫星状态确定是否可以进行弹射。
弹射前 3 分钟，航天飞机的通用计算机开始对卫星的末级火箭的程序装
置发指令，通知它开始执行预定的程序，启动未级火箭的定时器等。
在弹射前 5 秒，末级火箭的电子设备使卫星处于待发状态。当倒计时达
到“零”时，航天飞机上的计算机发出指令，自动松开夹紧装置，这时呆在
“摇篮”里的卫星及其末级火箭在弹簧机构的弹力作用下，以约 1 万米／秒的
速度从货舱弹射出去，并借助弹射时获得的动能开始在太空滑行。然后点燃
末级火箭的发动机，使卫星从几百公里的圆轨道进入一条近地点约为 300 公
里、远地点为 35860 公里的大椭圆转移轨道，卫星与末级火箭离开。卫星靠
本身携带的远地点发动机，进入 35860 公里的圆形地球同步轨道。至此，航
天飞机发射卫星的任务就顺利完成了。
航天飞机抓“俘虏” 1983 年 6 月 18 日，航天飞机“挑战者”号第二
次飞行。在太空施放和收回前西德卫星是航天飞机“挑战者”号的重要任务
之一。“挑战者”号圆满地完成了这一使命，从而为将来修理在轨道中的卫
星或为某些卫星补充燃料打下基础。
在太空飞行中，“挑战者”号上加拿大研制的 15 米长的机械臂，从货舱
里抓住前西德卫星，把它从舱里举出业。这颗一吨半的卫星，形状像个箱子，
释放到空中自由运行。“挑战者”号向下漂动，飞到卫星前面 300 米距离，
然后逼近卫星，把卫星抓住。1 小时后，这颗卫星再次被放到太空，让它转
动，而“挑战者”号后撤几十米，然后再把卫星抓住，送回货舱。这两次景
象壮观的编队飞行，使人们惊叹不已。
“挑战者”号在浩瀚的太空是怎样抓捕卫星的呢？航天飞机在太空运行
处于失重状态，释放卫星是很容易的，只要把卫星举起来，然后松开机械臂，
卫星就“自由”了。如卫星没有动力，而航天飞机也不作机动飞行，在短时
间内卫星与航天飞机在太空运行的相对位置不变。这种飞行状态，就形成航
天飞机与卫星的编队飞行。这时航天飞机是随时可以轻而易举抓住卫星的。
如果卫星带动力，即自身带的发动机，就可以随时点火，推动卫星向前
或向后或向左或向右运动（这种运动就叫机动飞行）。在失重状态下，只要
发动机产生很小的力（如几牛），就可以做小小的机动飞行。当卫星作机动
飞行（可以改变轨道高度或改变轨道平面）时，它与航天飞机的相对位置就
拉开了，也许一个在“上”面，一个在“下”面，或两者不在一个轨道平面
（卫星运行轨道所构成的平面，称卫星轨道平面）内。对付这种“耍花招”
的目标——卫星，航天飞机就要付出一点代价。它用轨道交会雷�
