居高临下的人造卫星

1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，拉开了航天时代的序幕。1961年4月22日，第一位宇航员，前苏联的加加林乘坐“东方—1”宇宙飞船，离开地球，用108分钟遨游太空一圈，开创了人类进入太空的新时代。1969年，人类登上月球，实现了多年的梦想。我国也在1970年4月24日发射了我国第一颗人造地球卫星“东方红—1号”。如今，太空中已有许许多多的人造卫星、探测器等航天器，各自执行着不同的任务，忠实地为人类服务。太空不再寂寞，月亮不再孤独。人类依靠航天技术了解到许多新知识，也实现了许多原来想做而做不到的事情。

例如，在研究地球周围环境方面，利用人造卫星探测，发现了地球的“辐射带”和“磁层”。在这以前，人们一直以为地球磁场和一个磁棒磁场相似，磁力线以南北磁极连线为轴对称分布，逐渐消失在星际空间。卫星探测结果使人们发现情况并非如此。原来，太阳连续不断地放射的强大粒子流——太阳风，把地球磁场压缩在一个固定的区域内，这个区域叫磁层。磁层像一个头朝太阳的蛋形物，它的外壳叫磁层顶。地球的磁力线被压在壳内。朝向太阳的一面，壳是圆圆的、封闭的；背向太阳的一面，壳拉长了，尾端被打开，磁力线和壳中其他带电粒子一起流出来，延伸到100～200万千米以外。在离地球表面600～60，000千米的空间范围内，地磁场“捕获”住大量来自太阳和星际空间的高能粒子，形成两个“捕获区”，这就是内外辐射带。辐射带中主要是高速运动的电子和质子。内辐射带是美国人范艾伦首先发现的，所以也叫范艾伦辐射带。地球的许多物理现象，如极光，磁暴和气辉等都与辐射带有密切关系。

人造地球卫星还广泛应用于为人类服务的各个领域。它飞得高，居高临下，视野开阔；飞得快，一个半小时就绕地球一圈；运行时间长，能连续工作几周、几个月、甚至几年；不受国界、领空限制，进出自由，畅通无阻。所以，在通信、气象、地球资源勘察等方面为人类做出了巨大贡献。为我国于1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星。

在通信卫星出现以前，远距离通信主要依靠短波无线电、海底电缆和地面微波中继站等方式进行。这几种方式固然解决了不少问题，但由于地形、成本或太阳耀斑爆发的干扰等原因，各自受到很多的限制。通信卫星的出现，根本改革了通信技术，可以在广大区域的上空实现耗资少、容量大、稳定可靠的通信。有了通信卫星，地球上的人们可以不受时间、地点的限制，随时打电话、发传真，跨洋传输数据。全世界的人都可以坐在自己家里与美国人同时欣赏奥运100周年时在亚特兰大举行的盛大庆典。同时，通信卫星还开辟了“宇宙医学”的新纪元。在两个城市都建立了卫星收发地面站后，就可以通过卫星电视进行疑难病症的会诊和讨论，播放临床典型手术示范，发送心电图、脑电图等资料，进行迅速、准确、高水平的国际通信医疗。

气象卫星的发展有一段曲折的过程。因为天气变化发生在较低的大气层内，卫星轨道高度远远超过天气变化的实际区域，所以科学家们不相信卫星能拍摄到详细的云图，也不相信卫星能探测出瞬息万变的天气。然而，试一试的想法还是驱使人们发射了气象卫星。开头几次虽然失败了，但不懈的努力终于获得了成功，开创了卫星气象学。这就是利用气象卫星云图及各种资料来分析天气变化，并准确地预报天气。现在地球上空已有几十颗气象卫星在工作。它们不仅能提供日常天气预报需要的云图和资料，还为农业、交通、航空和海运、建筑、食品等工业提供重要情报。气象卫星在追踪、预报飓风方面成绩巨大，拯救了成千上万人的生命。目前，气象卫星还在人工造雨、破坏飓风、改变天气等实验中冲锋陷阵。或许有一天，人类的技术水平大大进步，在气象卫星的帮助下，不仅能预报天气，还能控制天气甚至改变天气。

另外，观测和勘察地球也是人造卫星的拿手好戏。这类卫星一般称为地球资源卫星。地球资源卫星利用的主要是20世纪60年代发展起来的航天遥感技术，特别是多光谱遥感技术。世界上任何物体，只要温度高于绝对零度，也就是在零下273摄氏度以上，就会辐射和反射可见光、红外线、紫外线、微波等各种波长的电磁波。物体特性不同，辐射和反射的电磁波也不一样。例如沙漠和海洋、海洋中的深水和浅水、不同的农作物、同一农作物中的健康区和染病区等，辐射和反射的电磁波都不同。利用这个特性，拍摄不同的多光谱图象，就可以辨别和分析不同的资源和环境情况。现在利用地球资源卫星可以寻找黄金、铁矿、石油及各种稀有金属矿藏，其勘测能力和“罗盘加锤子”的人工找矿时代已不可同日而语。此外，地球资源卫星还能找到人类赖以生存的淡水、可耕地、海中鱼群及其他各种资源，甚至能辨别出路边停放的汽车和森林中的伐木工人。利用资源卫星可以绘制出地球资源、植被、冰雪覆盖、人群分布等情况的精确地图，帮助人类更好地了解地球、开发地球。

卫星除了用于为社会生产、生活服务外，还常常用于军事目的。现在军用卫星品种繁多，性能先进，常用的有侦察卫星、照像卫星、导弹预警卫星、军用通信卫星、军用导航卫星、测地卫星和各种卫星式武器。除了卫星外，各国军事科学家们还在积极研制航天飞机、载人飞船和各种航天站。航天飞机是目前研究的重点，它既不同于飞机，又不同于火箭，而是兼有二者的优点。它既能像火箭一样垂直起飞，不依靠空气而飞行，又能在进入大气后做一定的机动飞行，水平着陆，而且可以重复使用，不像火箭只能用一次，因此航天飞机既方便又经济。

各种军事卫星和航天兵器的研制使人们预想到未来，如果发生全球规模的战争，很大程度上会是一场太空大战。所以各军事大国都不惜付出巨大代价，加紧发展此类武器，作为争霸世界的工具。然而，爱好和平的人们却殷切地希望，这样的太空大战不要发生，科学技术应该用于造福人类，而不是毁灭人类。

鸡鸭羊引来人上天

人们多么希望自己能升上天空！但有趣的是，第一批上天的生灵并不是人，而是一只公鸡、一只鸭子和一只山羊！

事情发生在1783年9月19日。这天，法国的蒙哥尔费兄弟在巴黎凡尔赛宫前面广场上作了一次轰动一时的表演，法国国王路易十六带着满朝大臣也兴致勃勃前来观看。广场上有一只金色的、用纸和布糊成的大气球，气球的直径为12米，高17米，很像一只倒放的大梨子，气球下面吊了一个盆状的柳条笼子，里面装着那三只动物。

一切准备就绪，蒙哥尔费兄弟点燃了放置在气球下面的潮草及布条，让产生的热烟冲进气球，于是它载着这三名“乘客”，冉冉升到了离地面大约500米的空中，并在微风的轻拂下，8分钟内飞行了3千米、最后安全地降落在城外的一片草地上。

谁知这三名“乘客”并不知道自己获得的殊荣，那山羊在吊篮内曾狠狠地踢了鸭子一脚，所以气球降落后，鸭子委屈地“呷呷”叫个不停，似乎向人们诉说它的苦楚。

路易十六兴趣大发，决定第二次应作载人飞行。为防止意外，他提出让两名死囚坐进吊篮。不料消息传出，群情哗然，无论大臣还是民众，都不愿让罪犯去完成这一壮举。一个宫廷历史学家情不自禁地怒吼起来：“决不能让充满罪恶的死囚成为第一个升空的人，这个光荣应该属于我！”

经过激烈的竞争，最后这位历史学家如愿以偿，与一位侯爵于1783年11月21日作了人类第一次气球载人飞行。在几万名观众的一片欢呼声中，他们上升到300米左右的高空，越过了塞纳河，25分钟后，他们安全降落于蒙马尔特。

以后气球热一度席卷了全球。但是，真正来到“飞行时代”，是在1903年美国莱特兄弟制造出第一架飞机，并于12月17日实现了人类首次持续的、有动力的、可操纵的飞行之后。

这对载入史册的兄弟，哥哥威尔伯·莱特生于1867年，弟弟奥维尔·莱特比哥哥小4岁。他们自小就立志“长大了要造飞机”，不断的试验耗尽了他们的财产，穷得连妻子也娶不起，但他们却依然为实现自己的目标奋斗不息，最后终于获得了成功。

1903年12月17日，他们在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克开阔的平地上进行了试验。先是弟弟试飞了两次：第一次用12秒钟飞了36.6米，第二次以15秒钟飞了66米；接着他哥哥也飞了两次：第一次用13秒钟飞过了99.4米，第二次则在空中逗留了59秒，越过了284米！当时沿海正好驻泊着5艘巡逻艇，他们的表演使水兵们狂热地欢呼起来：“飞行时代终于来临了！”

在制造飞机史上，我国也有位值得一提的人物——冯如。他是美国一家华侨创办的飞机厂的总工程师。为了振兴羸（ｌéｉ）弱的中华，他决心用中国人自己的力量，造出优良的飞机，为祖国争光。1910年6月，27岁的冯如在美国旧金山驾着自己制造的飞机，顺利地上了天。恰好当时孙中山在美国组织革命力量，在听到介绍后，孙中山高兴地说：“爱国救国的志士，真是大有人在啊！”

后来，冯如在旧金山的一次国际飞行比赛中，以飞高210米、时速105千米、飞越32千米的成绩获得了第一名。不久，他载誉于1911年元月回到祖国，准备一展鸿图。他带回了两架飞机，可是腐败的清政府把它视作洪水猛兽，不予采用。辛亥革命后，他为了在群众中普及航空知识，于1912年8月25日当众作了飞行表演。可惜，由于飞机搁置太久，没有得到保养，部分部件失灵，导致失事，冯如献出了年轻的生命，当时他仅29岁！

实际上第一个飞上蓝天的中国人是湖北一个土家族人——秦国镛，字子壮。1907年他以官费留学法国，先学军马科，后转学飞行，1911年春携一架50匹马力的单座教练机回国。于清明时节在北京作了飞行表演，在天空中盘旋3周而徐徐降落。当时北京为此举行了升旗（满清旗）、奏唱大清国歌等隆重的仪式，试飞成功后他被10多个洋人抬起绕场一周。北洋政府后来还派他去办南苑航空学校，并从法国购进了12架飞机，培养出83个飞行员。秦国镛于1940年逝世，享年64岁。

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。

卫星上天

火箭技术发展到20世纪50年代，已经达到了相当的水平，一些西方火箭专家们开始考虑，是否可以为即将来临的“国际地球物理年”（1957年7月～1958年12月）发射一颗卫星，以获得更多的研究成果。美国政府经过慎重考虑，于1955年7月29日正式宣布，要为此而努力。不久，苏联也发表了类似的声明——只是当时西方世界几乎没有人把这件事当真。

事实上，前苏联的确加快了步伐。1956年末，前苏联获悉美国已于9月间进行了运载火箭的试验。为了赶在美国之前，前苏联政府决定推迟原来在国际地球物理年的发射卫星的计划，而改为抢先发射两颗简易卫星。为此，卫星只携带最简单的仪器。

1957年10月4日，一切准备就绪，位于咸海附近的拜科努尔发射场上竖起了一个庞然大物。22时许，一个号手吹响了人类向太空进军的军号，28分34秒，人类第一颗人造地球卫星冉冉升起，并顺利进入绕地球的轨道，它离地面最近和最远处分别为215千米及947千米，绕转的周期为96.2分钟。

“卫星1号”呈球状，外径58厘米，重83.6千克，相当于一个彪形大汉的体重，两个铝合金的半球壳依靠橡胶体密封接合。尽管它总共寿命只有102天（其中的无线电设备仅工作了24天），于1958年1月14日坠入稠密的大气层而被焚毁，科学价值相当有限（有人评价它只是一台无线发报机加一支温度计）。但在世界上引起的轰动和震惊却是无与伦比的。世界各国的主要报刊无不以最醒目的标题作了最快的报道。

尽管美国当局装得若无其事，国务卿杜勒斯还责问美国报界大王“为什么围绕这个‘铁块’大做文章”，但卫星每一次从美国上空飞过时都发出清晰、尖锐的蜂鸣声，它所引起公众的恐慌是无法掩饰的——因为当时两国间正处于冷战的高潮期，所以种种谣言闹得人心惶惶，不少美国人时时抬头紧张地注视天空，生怕卫星上扔下什么吓人的武器……“卫星1号”上天后一个月，“卫星2号”又于11月3日上了天。它的重量达508.3千克，在天空飞了5个多月。前苏联两颗卫星相继发射成功，而美国在12月的卫星发射却令人尴尬地掉了下来，前苏联的这些成就把一贯自大的美国人惊得目瞪口呆，他们觉得自己成了“龟兔赛跑”寓言中的兔子。

如梦初醒的美国加快了步伐，终于在1958年2月1日也把人造卫星“探险者1号”送上了天。它的外形象把摺着的雨伞，虽然其重量只有8.22千克，但其中一半以上（4.8千克）是仪器。所以反而比重10倍的“卫星1号”更加有用，它获得了许多重要的成果。例如，发现地球上空的两个辐射带（称“范爱伦带”，对航天有重要意义）就是它的成果之一。“探险者1号”飞得很高，所以绕地球的周期是114.8分钟。到5月23日，由于电池耗尽，它停止了工作。经过十几年的默默飞行，在1970年3月21日坠入大气烧毁。

我国航天事业的发展速度也是十分惊人的。1970年4月24日，在酒泉卫星发射场上，我国科技人员利用自己的“长征号”运载火箭，顺利地把我国第一颗人造卫星——“东方红1号”送上了天空。“东方红1号”重量为172.82公斤，几乎是前苏联“卫星1号”的2倍。它的外形是一个近似球形的多面体，直径约1米。除了以114分钟的周期绕地球运转外，它本身还以每分钟120转的速度快速自转着。它装有多种科学仪器，以20.009兆赫的频率不停地播放（东方红）乐曲。20天后，由于上面的银锌电池耗完而停止发送信号。由于它最近时离地高度有441千米（远地点2384千米），所以估计寿命可达100年。

“东方红1号”发射的成功，使我国成为第五个进入空间的国家。到1995年底，已经独立发射成功人造卫星的国家已多达10个。除此之外，靠其它国家的火箭及技术发射卫星的国家及组织则更多，如瑞典、加拿大、意大利、澳大利亚、德国、荷兰、西班牙、印尼……总共约在20个以上。最多时一年内发射上天的各种卫星可达上千颗。

飞入太空的“名犬”

科学家们使用生物火箭所进行的一系列生物学、医学等方面的研究活动，对人类安全地进入太空，已经作了卓有成效的“火力侦察”。但是，人在太空可能要遇到的许许多的麻烦事，还需要用更严谨、更实质、更有效的手段来探索、实验，以保证人类飞天万无一失。于是，生物卫星应运而生，它肩负起比生物火箭更为艰巨的使命。

生物卫星就是用于生物学研究的人造地球卫星，它相当于一个空间生物实验室，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，是研究空间生命科学的重要工具。生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱内有保证卫星正常工作的各种设备。返回舱内装有实验生物和生命保障系统、记录仪器、返回火箭等。按照一定的指令，服务舱与返回舱即可分离，返回火箭点火使返回舱回到地球，而服务舱不返回。

世界上第一颗生物卫星是苏联1957年11月3日发射的“人造地球卫星”2号。卫星上载有一条名叫“莱伊卡”的雌性猎狗，这只可爱的小狗才是真正意义上由地球进入太空的第一只动物，它在轨道上度过了极不平凡的6天6夜，承受了超重和失重的考验。缚在它身上的各种传感仪器测出的关于脉搏、呼吸和血压等指数，证实了科学家们的推测，即失重本身并没有引起动物生理机能的危险变化。经过各种传媒，“莱伊卡”一举成为享誉全球的“名犬”。然而，令人感到十分惋惜的是，由于当时还没有回收卫星的能力，科学家们只得眼巴巴地看着挑战太空为人类立下大功的“莱伊卡”，孤独地葬身在清冷的太空世界，无法援助。但是，“莱伊卡”的太空之行是成功的，更加坚定了人们对载人航天定能实现的信心。

1960年8月，苏联又将小狗“别尔卡”和“斯特雷卡”送入太空，与它俩为伴同行的还有老鼠和苍蝇等生物。这时科学家已经掌握了卫星回收技术，两只小狗绕地球18圈，做了一番名副其实的太空旅行后，平平安安地返回了地球。

为进一步了解人在失重适应期所发生的变化，生物卫星还多次用猴子进行了实验。人在宇宙飞行初期，宇航员会产生一系列影响整个情绪和工作能力的不适感受，用动物进行实验有助于科学家更好地分析、认清这些现象的不同侧面，以研究出科学有效的对策。1987年，苏联用“宇宙—1987”号生物卫星，让猴子“德雷姆”和“雅罗什”在太空完成了13昼夜的飞行。

这两只小猴子是从50对猴子中筛选出来的，早在飞行前一年多就对它俩进行了精心严密的训练。要教会它俩像宇航员一样呆在专门的容器内；要让它俩学会使用摄取食物和饮料的专用工具；要按照专门的计划程序完成一些规定的动作。例如，当它俩面前的仪表盘上出现不同信号时，要按下不同作用的按键等等，使它俩能准备无误地完成地面上规定的计划。这两只猴子没有辜负科学家的苦心，严格经过训练，在飞行中显示出很好地掌握了操作技能，完成了任务。

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。 7OnXeZe5X6GA1KNOPG15fJQAdW8PUEYPfTtkN55vJPt7L5NX5YuqokFpJGE0b+86