宇宙飞船、宇宙探测器

   我国古代很早就有嫦娥奔月、吴刚伐桂的神话传说;也有“不知天上宫阙,今夕是何年”的诗句,表达了人们对这个可望而不可及的星球的各种愿望与复杂心情。而现在,月球在人们心中已并非是什么神秘的世界了,它荒芜、寂静、不平坦、又热又冷。科学家们甚至对月球的土壤组成都了解得清清楚楚。而这一切,大都归功于亲临月球的宇宙飞船。当然宇宙飞船所要询访的目的地并非只有月球一个,火星、金星、水星等,都已被列在计划单上了呢。像“嫦蛾奔月”一样地来到月球,无非是拉开载人宇宙飞行的序幕罢了。

从阿波罗11号登月说起

   19697月至197212月,美国相继发射了“阿波罗”11121314151617号飞船。1969716日,“阿波11号”进行人类第一次登月飞行。721日登上月球,“阿波罗11号”的两个航行员成为人类第一次登上月球的人。“阿波罗16”号宇宙飞船于1972420日在月球着陆。在环月轨道上发射一颗环绕月球运行的科学卫星。航天员还驾驶月球车在月面活动和采集岩石。彩色摄机和通讯设备将航天员驱车巡游月面和登月舱从月面起飞的情景实况传回地球。在返回地球中,航天员还出舱进入太空,把相机和其他设备收回舱内。

   什么是宇宙飞船呢?宇宙飞船的本质无非是一颗可以返回的卫星罢了。不同的是,这颗人造卫星常常搭载了乘客兼驾驶员——宇航员。由于人的存在,宇宙飞船的系统复杂得多,至少从人着眼增加了应急救生、生命保障、返回等系统。下面,我们以“阿波罗11号”飞船为例,来看飞船是如何登访月球的。

1969年7月16日,美国东部时间9点32分,卡纳维拉尔角月球港,随着震耳欲聋的轰鸣声,土星V运载火箭喷出巨大的火焰,携着“阿波罗11号”飞船徐徐上升。26秒后,第一级火箭完成使命,自动脱离。2分42秒后,第二级火箭点火。此时飞船的速度是每秒2.7公里。3分17秒后,救生火箭被甩掉。9分11秒时,第二级火箭分离,飞船的速度上升到每秒6.8公里。

在常人看来,飞船上升兴许是像电梯上升一样舒服过瘾。然而,飞船中的三名宇航员,却正在经历着严峻的“超重”考验。超重是什么?超重是超过了原来的重量。飞船高速飞行时,由于以前的静止惯性,他们会感到有股强大的压力压在自己身上。这种感觉就像我们在公共汽车上,汽车突然加速,而人感到有股压力把人向后推一样。不同的是,字航员感到的压力太大,简直要把人压碎了。他们呼吸急促,脉搏猛增,全身的血液像快要凝固似的,一个个在椅子上动弹不得。

9分5秒后,第三级火箭暂时点火了两分半钟,使宇宙飞船的速度增加到7.67公里/秒,从而进入环绕地球的轨道。几圈之后,飞船脱离地球轨道,向月球背面飞去。发动机熄火、此时宇航员进入“失重”状态。失重就是感觉不到重量,不仅人,宇宙飞船上的牙刷、小刀等,稍稍动一下,就可以飞起来。飞船上不管是坐,是站,还是倒悬着都是一样的。看来,人脱离了地球引力,真是有说不出来的解脱感受。宇航员考林斯还在飞船上的电视摄象机前表演了倒立和飘浮,真叫人惬意。

“失重”看似好玩,可以随心所欲地自由飘动,但宇航员们却感到头晕、恶心,十分难受。令宇宙员最头疼的,是在“失重”状态下吃东西。宇航员的食物是精制的。据说在此以前的宇航员吃的是“牙膏食物”,即他们吃东西时,要像挤牙膏那样慢慢来。“阿波罗11号”的主食是冻干食品,大约每天可供每名宇航员2100卡的热量。此外还有四套不同的菜肴,一百多份各种不同的快餐和点心。上月球后吃的食物也准备好了,像奶油鸡汤、冰冻炒鸡蛋、辣椒牛肉、甜饼干、咖啡等。这些美味佳肴要么放在口头咀嚼,要么用注入备用的吸管吸食也可。最有意思的是,字航员还带有纸手巾、牙刷、剃须刀等。据说后来的美国女宇航员还带有唇膏、胭脂呢。

说到这儿,大家兴许会问,宇航员的便溺怎么解决?问得很有水平。其实,“阿波罗11号”飞船还没有厕所,只有一个舱内罐,这个罐有管道与舱外相通。在真空中,这些便溺立即凝聚成粉状冰屑向四周散开。据说,粪便污水散开的一点反作用力还影响过宇宙飞船的飞行方向,经过调整才没有酿成恶果。

7月19日清晨,“阿波罗11号”飞船进入绕月轨道。宇宙飞船的服务舱发动机开动,飞船开始绕月飞行。上午8点30分,三位宇航员用了近五个小时检查每一个仪器和系统,而休斯敦宇航中心则把世界各地搜集来的数据发给飞船。

第二天早上9点22分,飞船指令长阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱,登月舱驾驶员考林斯将指挥舱和登月舱的通道封闭,他不参加登月活动。“阿波罗11号”有指令舱、服务舱和登月舱。登月舱被称为“鹰”。

13点47分,“鹰”离开指挥舱,向月球接近。“鹰”以每秒8米的速度下降,当到达离地只有150米的高度时,阿姆斯特朗通过观察窗发现着陆点不对劲:下面是一个直径达180米的火山口。关键时刻,指令长加足登月舱马力,使“鹰”跃过危险地带。终于,下午16点11分40秒,“阿波罗11号”飞船登月舱到达月面。

接着,身着宇宙服的阿姆斯特朗从登月舱舷梯上走下来。细心的读者可能会问:怎么又冒出了个“宇宙眼”,“宇宙服”是个什么东西?原来,月球上温差大,热可达120℃,冷可到—140℃;另外还有强烈的宇宙射线,以及天外来的小陨石和宇宙尘。它们以每小时两万多公里的速度落在地上,给宇航员以极大的挑战。而且月球又无空气,谈话也听不见,真让人担心。可是“阿波罗11号”飞船宇航员穿的衣服却可保证人员万无一失,宇宙服可分两种,它们柔软、绝热、不导电、质量轻且耐磨。像阿姆斯特朗、奥尔德林穿的叫舱外服,考林斯穿的叫舱内服。舱内服分三层,外层是保护层,中间是富有弹性的硅系列橡胶布,并密封注了氧气,里层能控制温度。舱外服比舱内服外面多了一个重8.6公斤的外保护层,可以防止宇宙微陨石的意外“伤害”;其贴肉部分还有一层水冷却衣,衣服上面的尼龙布布满了注水的小细管,能带走体内的热量。这样一来,阿姆斯特朗都快成一个笨重的企鹅了。

不过,大家也许也能猜到:全套宇宙服还包括头盔、手套、月面靴等。

阿姆斯特朗到达月面上宣布:“对一个人来说,我只不过迈出了一小步;可对人类来说,这却是一个大飞跃。”这一句话使全世界一片振奋。奥尔德林也到达了月面上。两人行走自如,如羚羊似地自由跳跃。随后两人在月面上站稳,用长柄取样器搜集了一些土壤样品,装在塑料袋内,准备带回地球。接下来两人把月球仪和激光反射器留在月球上,这两个仪器是分别测试月球震动和月地距离的。

在月球上呆了21个小时之后,两位宇航员返回了登月舱。登月舱上半部的发动机点火起动,进入绕月轨道,再与考林斯驾驶的指令舱会合。不久,燃料耗尽的登月舱被抛掉,指令舱带着三名字航员向地球飞去。穿过大气层,经过减速,凭着降落伞的帮助,指令舱溅落到海上,一艘待命已久的航空母舰立即将其打捞上岸。

这次造访月球带来了不少收获。通过对月面土壤样品的分析,科学家们得出了月球的年龄,平息了过去不必要的一些学术争论。

1969年7月21日美国宇航员阿姆斯特朗向月面迈出第一步

 美国宇宙飞船“阿波罗11”号于1969年7月21日登上月球,首次实现了人类登上月球的梦想。
  20世纪60年代以来,美国在人造地球卫星和载人太空技术方面一直落在苏联后面,因而美国制订了人类登月的“阿波罗计划”,加紧了从事人类登月方面的研究与实验。为了阿波罗计划的早日实现,美国方面动员了四十多万人、约2万家公司和研究机构、一百二十多所大学参加。整个计划用电子计算机辅助管理,成为美国继研制原子弹的曼哈顿计划之后又一个高度综合性的大工程计划。在1961—1969年的8年当中,美国先后发射了“徘徊者”系列探测器9个、“勘测者”系列探测器7个,还发射了5个月球轨道环行器,以研究人类究竟能不能在月球安全着陆以及在何时何处着陆为宜。1965—1966年,为了解决人类在空间环境中能否长期生活、在失重条件下能否工作、在宇宙空间能否自由活动等一系列问题,美国还实验了25次载人宇宙飞行的水星计划和2次不载人、10次载人飞行的双子星计划,为阿波罗飞行提供了宝贵的经验和资料数据。
  1969年7月16日,在各项准备工作完全成熟后,阿波罗人类登月行动开始。在美国东海岸佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪宇宙飞行中心的发射场上,一支长达110米的巨型火箭点火起飞。这种土星5号火箭是当时世界上威力最强大的运载火箭,其第一级推动力达3469.3吨。火箭起飞12分钟后,第一、二级火箭分离,第三级火箭进入绕地球飞行轨道。在地球——月球过渡轨道飞行61小时后,飞船到达地球和月球引力相等的平衡点,开始在月球的引力下运动,75小时后进入绕月球飞行的轨道。
  “阿波罗11”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱三部分组成。7月21日3时51分,登月舱在两名宇航员N·A·阿姆斯特朗和E·E·奥尔德林操纵下,在月球实现软着陆。另一名宇航员柯林斯则留在指挥舱内,继续沿着环月轨道飞行。阿姆斯特朗爬出登月舱的气闸式舱门后,从5米高的进出口缓慢地走下9级扶梯。4时7分,他的左脚先放到月球表面,静寂的月球尘土上第一次印上了人类的脚印。阿姆斯特朗和奥尔德林在月球上停留了21小时18分钟,除安装大量测试装置外,还采集了23公斤月球岩石和土壤样品,然后驾驶登月舱上升级返回环月轨道与母船会合对接,飞向地球。
  7月24日,“阿波罗11”号飞船指挥舱在太平洋夏威夷西南海面安全降落,圆满完成了人类第一次载人登月飞行。此后,美国又相继6次发射“阿波罗”号飞船,其中5次成功,共有12名宇航员登上月球。

宇宙飞船的发展

东方号是前苏联第一代载人飞船,轨道载人飞行。东方号是在60年代以前载有动物的飞船基础上发展起来的。

1961年9月12日,俄罗斯宇航员加加林乘坐的东方1号飞船发射成功,从而使它成为第一个进入太空的宇航员;四个月后,乌克兰族宇航员季托夫乘坐东方2号飞船飞行了48个小时;1962年8月11日~12日,东方3号、4号载人飞船进行了编队飞行。1963年6月14日、16日,东方5号、一号载人飞船进行了编队飞行;其中6号飞船宇航员为女性。前苏联第一代飞船只有定向、导航、着陆、遥测等系统,没有姿态控制系统。

上升号是前苏联第二个型号的载人飞船。由于美国决定在1965年初发射载有两名宇航员的双子星座飞船,该飞船具有交合、对接、机动飞行、舱外活动等能力。这使一心想争做第一的苏联人大为恼火,于是不惜血本将东方号进行了改进,让本来只能乘坐二人的飞船硬塞进了三人,这就使上升号飞船带有极大的冒险色彩。

 

在位于哈萨克斯坦的拜科努尔发射场,俄罗斯内务部队士兵在"联盟——TMA"号宇宙飞船被运往发射台时进行警戒。一名俄罗斯宇航员、一名荷兰宇航员和一名美国宇航员将于4月19日搭乘这艘宇宙飞船进入太空。

上升1号飞船没有交合、对接、机动飞行的能力,甚至连宇宙服都取消了。上升2号飞船有舱外活动能力,但安全性能仍然打上了折扣。上升2号飞船返回地面时出了故障,两名宇航员只得改用手工操纵,飞船落在远离回收区800公里以外的森林,宇航员几乎毙命。

联盟号是前苏联的第三个载人飞船型号,它分原型和改进型。联盟11号以前的为原型,改进型约有二十多艘。它们均是为建立空间站作准备的。

联盟号飞船由轨道舱、返回舱、服务舱三部分组成,总质量为六吨左右,全长七米多,呈圆筒型,直径约2.3米。轨道舱内部容积有五立方米,它是宇航员工作和休息的地方。服务舱分仪器舱和发动机舱,这两个舱在返回途中都会被抛掉。返回舱也叫座舱,两壁有舱窗,带有缓冲火箭和降落伞。

联盟号飞船的发展史充满了艰辛与灾难,数名宇航员死于非命。1967年4月,联盟1号载人飞船由于姿控发动机漏了燃料,飞船无法平衡;宇航员想尽了办法进行返降,但由于降落伞没有打开而使优秀宇航员格马洛夫摔死。1971年6月29日,联盟11号在返回时,由于返回舱与轨道舱连接处的密封出了问题,舱内空气泄漏,三名未穿宇宙服的字航员因爆炸性减压而死亡。

联盟号飞船做过国际合作的飞行,曾有七个国家七名宇航员通过飞船进入过空间站。联盟T号飞船从1978年开始进行不载人飞行试验,它使用了新宇宙服、新的燃料推进剂。从1979年12月到1985年9月,联盟T号飞船共发射了16艘。联盟 TM号飞船是 T号的改进型,首发是在 1986年 5月,它具有交合、对接、降落伞等系统。

 

水星是美国第一代飞船型号。从1958年开始,美国历经了四年八个月,进行了14次飞行试验,这之中有六次不载人飞行,两次动物飞行,六次载人飞行。水星飞船一般只有一吨半左右,高约三米,外形呈圆锥形。飞船具有定向、保障生命安全、控制飞行姿态的系统,部分的还有临险逃脱的能力。它的最后一次发射是在1963年5月15日,飞船在太平洋中途岛附近的海上溅落。

奋进号宇宙飞船从肯尼迪发射中心顺利升空

双子星座是美国第二代载人飞船。可以容纳两名宇航员,重约三吨,双子星座载人飞船外形像一个圆锥,它由服务段和再入段两部分构成。服务段设在飞船后部,由制动火箭系统和仪器设备舱组成;再入段有三个舱室,这之中有座舱。座舱也呈锥形,底部直径为2.3米,顶部直径为一米,可以乘坐两人,舱内有食品、水、仪表、制导和通信设备。座舱侧面还有三层玻璃的观察窗口。

双子星座飞船采用弹射座椅救生系统,这和一般战斗机上的弹射座椅救生系统大同小异。据说,双子星座飞船曾经拍摄过我国的长江口、湖南等地的一些照片。

“阿波罗”是希腊神话的一个太阳神的名字。美国用它来为飞船和火箭命名,意义深远。美国的登月计划也称阿波罗计划,首次登月的“阿波罗11号”也只是登月飞船中的一艘。

1961年5月25日开始,到1972年12月底,美国为实施阿波罗计划总共进行了17次飞行试验。阿波罗计划也并非一帆风顺。1967年1月27日,“阿波罗4号”宇宙飞船的三名宇航员,在当地时间13点进入飞船座舱时,由于电短路产生火花,使座舱起火,三名身着不能防火宇宙服的宇航员被烧死。

阿波罗1~10号飞船进行登月试验活动。11号到17号均采取实践登月行动,有六艘飞船到达了月球,它们是:

阿波罗11号,1967年7月16日~24日,在月球静海降落;

阿波罗12号,1969年11月14日~24日,在月球风暴海降落;

阿波罗14号,1971年1月31日~2月9日,在月球薄拉莫勒地区降落;

阿波罗15号,1971年7月26日~8月7日,在月球亚平宁山哈得利峡谷降落;

阿波罗16号,1974年4月16日~27日,在月球迪卡尔高地降落;

阿波罗17号,1972年12月6日~19日,在月球曹拉斯利特罗山脉降落。

阿波罗飞船登月并非是直奔而去,而是采用月球轨道交合法,即:宇宙飞船从地球轨道进入月球轨道,再推向月球背面;然后再从月球背面进入月球轨道,并转入地球轨道,回到地球。“阿波罗11”号宇宙飞船也不例外。

阿波罗计划总共花了11年半时间,耗费了250亿美元,收集了384.2公斤的月球土壤岩石样品,并在月球上设置了一些仪器设备,但它是美苏冷战时期的表演仪式,实用价值不大。

宇宙探测器

茫茫人海,无穷宇宙。多少年来,人们展开联想的翅膀,都在思索着一个相似的问题:在我们这个狭窄的充满生命灵气的地球之外,还有彼此相通的心声、适合生命存在的星体吗?答案似乎可望而不可及,很近却又很遥远。人们总希望有这样的回答:一定有。

是啊,你看, UFO(不明飞行物),不就是外星人拜访地球的例证吗?那成千上万个目击者不就是最好的证人吗?你再看看那超前文明之谜,像埃及金字塔、苏美尔2,200年前的灿烂文化、神秘的天文古地图等,不得不令人陷入迷茫——现代的科学文明无法解释,不是外星人还能有谁去干呢?

不过,且慢,不置可否是为最好的回答。因为到目前为止,人类还没有一个确凿的证据来说明我们发现了外星人。外星人的存在是必然的,因为从概率(一种事件出现的可能性)上讲,即使像地球这样的星球出现概率是十万分之一、百万分之一,乃至亿万分之一,在浩瀚无穷的宇宙中,那种有生命的行星真是太多了。更何况生命的形式是否一定要像我们这样的人类,需要我们这样的环境,谁也不敢去保证。再者,在那些我们还没有充分了解的卫星、恒星、类星体上,有没有先进的生物或原始生命细胞,没有人能说得清。如果谁敢断言,说那儿没有生物,不可能有生命,那么这只能说他像“两小儿辩日”一样愚蠢。再说,给外星人的形式过早地下结论,只能说我们对生命的理解过于浅薄。

但无论如何,争论归争论,科学家们一步一个脚印地向着茫茫太空做着进军准备,而一个个宇宙探测器,作为探索太空秘密的排头先锋,早已先行一步了。

 

向宇宙深处进军

什么是宇宙探测器?顾名思义,宇宙探测器就是人工制造的进行宇宙探测的航天器。不言自明,运载火箭、卫星、宇宙飞船都可以,且事实上已经有一部分被充当了宇宙探测器。

宇宙探测器要探测什么呢?仅仅是外星人的踪迹吗?非也。宇宙世界无穷无尽,无始无终(这里与天文学所说的有界无边、有时间超点不是一回事),可探索的东西太多,大气物理、生命起源、天体演化、太空环境等等都可以作为其研究对象。当然,这些研究与探索都与人类对自身生命的关注分不开——人类所做的一切不就是为人类自己造福吗?

现代科学研究表明,地球已有45亿年的年龄了,太阳也处于中年时期,而我们人类的出现不过数百万年的历史。然而这几百万年、几亿年,对于整个宇宙来说,是多么短暂啊。或许我们的子子孙孙不会为自己的生存而担忧,但总会有我们的后代会随着地球太阳的灭亡而受到生命的威胁,这是杞人忧天吗?也许是。当然,我们目前对宇宙的探测工作却起着未雨绸缨的作用。不过,这些“未雨绸缨”的工作,从一定程度上说,是为我们自己。

这并不是胡言乱语。其实我们地球本身就面临着意外“天灾”的毁灭性打击。虽然我们地球层外有一大气保护带,但毕竟还有没有完全“毙命”的天外来客——进入大气层而没有完全烧毁的陨石。可别看这小小的陨石,月球上的坑坑洼洼就是它们砸的,地球上也不是没有它们的“造访”印迹。而这偶然一次的“造访”,有可能会造成如同上万颗广岛原子弹爆炸那样威力的破坏。

再说,地球还得防备其它星体,如彗星的攻击。1994年夏,彗星与木星的相撞,迄今科学家们还心有余悸。因为木星与地球在太阳系是亲密兄弟,慧星如果撞到地球上,可能会有像恐龙灭绝式的打击(恐龙灭绝,有观点认为是天外来客所致)。再说,每过几年就出现一次与地球擦肩而过的彗星,还真叫人捏一把汗。

所以综合起来,人们发射宇宙探测器是有相当目的的。从更远的意义上说,它是人类向星际空间进军的序曲。

对月球的探索

对月球的探测由来已久。这表现在前苏联和美国的空间竞赛上。早在1969年“阿波罗11号”载人飞船到达月球前的1959年,前苏联就向月球发送了三个月球号太空探测器。这之中月球2号探测器到达月面,成为第一个地外星体着陆的航天器,月球3号探测器进入绕月飞行轨道,拍摄到月球背面70%从未被人们观测到的区域。1970年前苏联发射的月球16号探测器到达月面,探测到月面只有三个海,海上密布着交相叠加的环形山。美国在60年代初也发射过软着陆飞船到月球上降落。这些飞船中有的带有自动挖掘机,用以测试月面土壤的强度,这些都为阿波罗号载人飞船登上月球铺平了道路。

但是美国宇航员六次12人到达月球表面,并不等于对月球的探索到此为止。目前美国提出重返月球计划,特别是许多科学家提出建立月球基地的设想后,再次登月和开发月球资源的活动变得更加迫切。90年代美国一直在发射月球探测器,如 1990年、 1994年美国发射过“缨斯—A”、“克来门坦—1”月球探测器,争取为早日返月作准备。

另外,别的一些国家,如日本、中国、法国也有发射月球探测器的计划。

对行星的探索

对行星的探索是随着登月活动展开的,美苏两国在此都取得了巨大的收获。

先说水星。1974年3月29日,美国发射的“水手10号”深空探测器飞经水星表面431公里处。从获得的六千多张照片得知,水星上有许多环形尖山,并有极稀薄的大气,经年高温400℃。水星10号三次飞过水星,一次飞过金星,在宇宙空间进行了九次变轨飞行。

再说金星。对金星的探测从1962年就开始了。根据统计,已经有近20个探测器飞临其上空或着陆。1973年,美国的“水星10号”到达距金星六千多公里的位置,发回的大量资料表明,金星只有少量的水蒸汽和氮气,大部分是二氧化碳,温度高达500℃。1978年,美国的“先驱者”金星1号和2号在金星上着陆成功。它们发现,金星上有许多火山,并存在一个深六公里,宽二百多公里,长一千多公里的裂口。

1971年12月,前苏联也发射过金星7号探测器,在金星表面软着陆成功。1975年6月,前苏联发射的金星9号历经四个月后到达金星。金星10号也到达过金星。

接下来说火星。火星是人们一直认为最有希望存在生命的行星。我国的《从地球到火星》科幻小说表述了人们对火星的美好遐想;根据1897年威尔士写的小说《宇宙战争》改编的火星人广播剧,曾把美国人吓了一跳。

1964年2月,美国的水手4号深空探测器到达离火星最近点,约一万公里的地方,拍摄了大量的照片。1971年,水手9号深空探测器也不甘落后,发回了几千张火星照片。这两个探测器表明火星表面环形山很多,最大的环形山直径为600公里,火星上也有峡谷和河床,尘埃沙暴也不少。1976年,美国的两个海盗号探测器到达火星,采集了土壤,并拍了照片,这次探测表明,火星表面气温差值很大,大气层也很薄,90%以上是二氧化碳。1978年8月、9月,美国发射了两个海盗号综合探测器,到达火星,此次行动收获更大。前苏联也于1988年发射了两个火星号探测器,其中2号飞行器进入围绕火星的飞行轨道,对火星进行了观测,并发回了图象。综合资料表明,目前火星上有“尘暴”现象,即低层大气把无数细小的尘粒刮到空中,其速度可达50米/秒。

目前,科学家们正在为登上火星作准备,一系列新型探测器被发射上天。如1992年9月,美国发射了火星观察者号探测器,为下世纪登上火星作新的准备工作。1996年11月、12月将会有“火星96”、“火星之路”探测器驶向火星,1998年,“火星观察者2号”也将起程,向火星进军。预计,人类将在2020年登上火星。

科学家们设想,先把“火星漫游者”机器人送上跨越火星赤道的“康多尔恰斯码—7”号地区,取样品返回地球;2010年,各种无人飞船、摄影仪器、科学实验设备将被送上火星。到2012年,两批航天员,每批三男二女会向火星出发。到2020年,在火星上将建立起初级居住基地。然后到2030年,太阳反射器将反射太阳光到火星上,火星上建立一批工厂也会产生“温室效应”气体以及臭氧等,以此形成大气层。最后,火星上将开始培植酵母和细菌之类生物,使火星上两极冰帽融化,产生水分;这样绿色植物通过光合作用会释放氧气,冰帽融化的水会形成河流,它们会使火星的环境更适合人类生存。等到条件完全成熟时,大批的火星移民将真正开始。

再就是木星。1972年美国发射过“先驱者10号”探测器,飞近木星,送回了一批照片。1972年3月、1974年4月,美国又有两个先驱者号探测器在几万公里处飞过木星,结果发现木星有大气层。1977年9月5日,美国发射了“旅行者1号”深空探测器,该探测器于1979年3月5日到达距木星27万公里的地方,发回了清晰的木星照片,观察到了木星的光环,并逐步接近了木星的五个卫星,其中“卫星一”有火山活动;“卫星二”是一个冰球;“卫星三”有高山和峡谷;“卫星四”有许多盆地。“旅行者  1号”于  1980年到达木星。

另外,1989年10月“伽利略号”木星探测器被发射升空,1995年7月13日,该探测器在进入绕木星飞行轨道的前五个月释放了子探测器,母体将在今后两年绕木星飞行11圈,对木星及卫星进行探测。同年12月10日,“伽利略号”木星探测器开始发回第一批资料。

最后说土星和天王星。1972年发射的“先驱者10号”探测器在1973年12月接近木星后,飞向土星。1983年它飞过海王星轨道,1986年越过冥王星的平均轨道。1979年9月2日,美国发射的“先驱者11”到达距土星21,400公里的地方。这次探测表明,土星有磁场、卫星和光环。1980年12月、1981年8月,美国发射的“旅行者1号”、“旅行者2号”飞过土星。“旅行者2号”也于 1986年、 1989年到达天王星、海王星附近。

美国1973年发射的“先驱者”10号宇宙探测飞船飞向深层空间

 1972年3月2日,美国发射了一颗用放射性同位素热电发电机为动力的“先驱者”10号自动行星际飞船。这艘飞船此后的消息始终没有向公众透露。1992年3月2日正好是它发射升空20周年纪念日,美国政府发布了关于它的公报。公报说,“先驱者”10号是第一艘通过火星以外由众多岩石组成的小行星带的宇宙探测飞船,它也是首次飞过巨大的木星,并提供了木星第1幅近景图像的先进的空间探测器,随后的几年时间里,它又穿过了土星,海王星和冥王星轨道,以4.65万千米的时速向太阳系边缘飞去。“先驱者”10号探测器到1991年底已飞离地球80.465亿千米,它现在是离地球最远的人造物体。即使使用每秒30万千米速度的无线电信号传递,也需要7个半小时,才能到达它的接收机。目前,“先驱者”10号所携带的12种仪器中有7种仍在正常工作,各种辅助系统也在良好地运行,它一直在向地球测控中心发回清晰而又准确的各种极为宝贵的数据。

  “先驱者”10号的电源也是由放射性同位素热电发电机提供,这是一种密封的小型电源装置,它的核燃料也是钚239,利用它的放射性衰变过程中产生的热转换成电能发电。每台发电机最初能发出120瓦,船上载有两台,一台使用,一台备用。但是,“先驱者”10号目前的发电量已经下降,发回的无线电信号比普通电子手表的电源供 应所能发出的信号强度还要微弱。它不久将要与地球失去联系,继续弧独地飞向更深层的宇宙空间。

(图)1972年发射的“先驱者”10号探测飞船1974年经过木星上空时的情景

对恒星际间的探测

它是对超出太阳系到银河系,乃至到河外星系的探测。这听起来似乎很遥远,但70年代这种探测就开始了。1977年8月20日、9月5日,美国分别发射了“旅行者2号”,“旅行者1号”探测器。这两个探测器能飞离太阳系,到星际空间无限制地邀游。它们将会为人类寻找外星人带来福音。

原来,“旅行者”探测器上携有一种特殊的钢制物,用上了用图象编码的信号。它录有地球上各种声音——“地球之音”。这些声音有35种,有大自然的,如风雨声、火车汽车声、海浪声等;也还有动物的声音,如象叫声、人的笑声;还有一种醇鱼的呼叫声;也有不同的语言,如用英语、法语、日语等说的问候语;另外还有我国南方的三种方言,即广东话、厦门话和客家话;还有一些著名乐曲,包括古典的、现代的、东西方的、少数民族的共27种,这之中有中国的“高山流水”古典乐曲。铜制物上还携有116幅各种照片和图表。它们涉及到火箭、火车、飞机、汽车等;其中有两幅是关于中国的,一是长城的雄姿,一是中国人共餐的合家欢乐场面。令人难以相信的是,当时的美国总统卡特还签署了电文,还录有原联合国秘书长瓦尔德海姆向外星智慧物的问候。据说,这个铜制物可以在宇宙中存在10亿年。到时候,我们不知道是多少辈的子孙们,说不定还真能收到外星人的回音呢。

“旅行者”用的是核能电源,它装有电视摄象机、光谱仪、星际空间探测设备等。

“旅行者号”探测器并不是人类向太空发射的第一个星际探测器。早在1972年3月3日,美国发射的土星探测器“先驱者10号”,本质上和“旅行者号”探测器类似。因为“先驱者10号”探测器携有一块镀金的长九英寸、宽六英寸的铝片。这个铝片固定在天线支架上,它刻有氢原子结构图、用脉冲星定标的太阳系位置图、太阳系结构图,还有一个裸体男人和一个裸体女人的画片。“先驱者”已经飞出了冥王星轨道,大约要过八万年可以到达半人马星座。根据天文学家计算,在100亿年以内,这个探测器还可能到达某一个类似太阳系行星的行星处。

要补充的是,对星际空间生命的探索,特别是与星外文明的联系,并不一定要在太空中进行。现代的射电天文学已经能帮助我们通过各种方式来发射和获取地外信息。

例如,1974年3月,美国人德雷克用当时世界上最大的射电望远镜(直径305米),用二进制向武夫座球状星团发出了1679个比特信息,现在这些信息还没有到达目的地。关于接收宇宙信息的方法似乎要简单一些。1971年,美国宇航局提出了一个“独眼计划”,就是说用1026个口径为100米的望远镜,排成矩阵,把波段调到17~21厘米上,据说可以捕获1000光年的无线电。但这个计划耗资巨大,要花几百亿美元,并没有真正执行。但这个相当于口径达十几公里的望远镜发起威力来,一定会收效显著。

星际探索

星际探索的最大障碍是速度。人类要实现到恒星际探索的梦想,必须提高速度。像“先驱者10号”探测器到达半人马座要花八万年,八万年对一个人来说真是个天文数字,也是个没有多大意义的数字。再说科学家们抱有极大希望的巴纳德星,此星距地球500万亿公里,同太阳类似,其直径质量为太阳的1/5,表面温度为太阳的1/3左右,并且有行星环绕,很可能有生命。但以目前宇航的最大速度每秒20公里计算,仍然需要10万年。这同样没有多大现实意义。因此,提高航天器速度是当务之急,关键之关键。

但可能吗?真有可能。光速是每秒30万公里。按光速计算,人类到达巴纳德星只需六年的时间,六年是个极具诱惑力的数字。当然也有科学家提出,根据爱因斯坦的相对理论,运动物体接近光速时会产生长度、质量、时间的各种变化,即各种物理效应,光速是一种极限。可天文学家首次发现,一种名叫3C48的类星体远离太阳的速度达到每秒27万公里,27万公里和光速的30万公里极为接近。这就使一些科学家们对光速不可超越的神话产生了怀疑,有部分天文学家,还有一些哲学家都认为光速是可以超越的。这就使我们对恒星际探索增加了信心,倍感鼓舞。

不过,话说回来,目前人类的科技水平已够人振奋了。因为很有希望的核聚变飞船即将问世。我们知道,在核裂变(如原子弹)、聚变(氢弹)时会产生巨大的能量。用氢的同位素氘、氚,或者用氢的同位素氦3和氘作燃料,在进行裂变时,其释放的能量,可以获得每秒1000公里的喷气速度,这个原理已在氢弹爆炸中得到证实。而且,现在由于激光束和电子束可以代替原子弹起引爆氢弹的作用,将来的氢弹可以做得相当小。

科学家们设想:用氦3和氘作燃料,制成微型氢弹 300亿颗,每秒爆炸250颗,可以直接达到每秒上万公里的速度。

不过,这里又产生了一个问题,到哪儿能搞这么多的核燃料呢?有人预计用一种五万吨的太空飞船,从木星轨道出发,加速600天,把速度提高到每秒3~6万公里,用50年的时间就可以到达巴纳德星。这个飞船关键是需要五万吨核燃料,其中氦33000吨、氘20000吨。五万吨核燃料地球上不够,必须到别的行星去取,为此就要建空中加工厂,看来也不容易。好在核聚变飞船并不是不着边际的离奇幻想,它有现实的基础。

提出核聚变飞船的想法并非只有一个。1969年有个工程师罗勃脱·恩兹曼还设计了一个以重氢核聚变为动力的星际飞船,该飞船储有300万吨超冷重氢燃料,并储藏在一个巨形球体中。该球体后面有三个柱状圆筒,每个圆筒有20层,每层有一百多个房间,飞船的尾部有24个推进机组成的推进系统,可以把飞船速度提高到每秒2.7万公里。大约60年后,它可以飞到半人马座的卫星上。

另外还有猎户座核裂变飞船和巴萨德冲压式喷气式发动机飞船的想法。前者是50年代物理学家西奥多·泰勒和弗里曼戴森设计的,该飞船用核燃料进行裂变,裂变产生的能量相当于1000吨梯恩梯炸药。核爆炸会产生气浪冲向尾部的一个钢板,钢板吸收震颤,使飞船前进。后者是物理学家罗勃脱·巴萨德提出来的。冲压式喷气发动机不用携带燃料可以在空中收集,它根据的是德国空间科学家尤金·桑格原理。此原理认为,两个质子聚合形成中子时,能产生推力。冲压式喷气发动机飞船长约三公里以上,其速度可达每秒6.9万公里。

最高明的设计可能是太阳光速风帆了。它由物理学家罗勃脱·福沃德提出。该风帆用一种铝丝薄膜组成,能反射激光束,能把风帆的速度提高到每秒15万公里以上。

太阳光速风帆带有一个助推器。当风帆初步发射入轨道时要折叠起来;当助推器把风帆推到高轨道上空时,助推器要自动脱离,让风帆再张开并吸收光束,逐渐把速度加大。

风帆也可以返回地球,它有外圈和中心圈两个部分。中心圈可以倒转,使外圈受到不同方向的激光束。据说,世界空间基金会对太阳光速风帆很感兴趣,有投资的打算。

恒星际探测除速度是个问题外,通信和方向也是个难题,同时发射恒星探测器的时间和飞行轨道也要掌握好。行星际探测器的发射精度要求高,可谓“差之毫厘,谬以千里。”譬如,火星探测器入轨时的速度误差达到1米/秒,那么到达火星就会有10公里距离的误差,当然,就更不用说恒星际空间探测器发射的精度了。同样,话说回来,从整个探测器运行过程来看,各计算机系统、结构系统、无线电控制系统、热控系统等,都需要达到更高的技术要求,这是不言而喻的。

恒星际空间的环境人们现在还没有完全了解,但对其条件的“恶劣性”必须要有充分的思想准备。对探测器的信息与图象传送也必须用新的方式,有科学家提出不时地释放中继站的想法,但还没有实践过,需要静候佳音。

“路漫漫其修远兮”,在空间探测的路上会充满艰辛与险阻,但人类不会被一时的失败而吓倒。因为今天的失败会孕育明天的成功。空间探测,这个充满着诗意与浪漫,夹着危险与希望的色彩,高度理性和科学态度对待的排头宇航事业,等待着一代又一代的年轻人砥砺意志、无私奉献。