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各显神通

时间:2019-08-24    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

各显神通

  


跨国信使“烽火连三月,家书抵万金”,中国古代劳动人民早就有过对

快速通信的殷切期望,但是那时人们只能靠驿马、驿车。20 世纪实现了无线

电通信,使人类的通信手段大大提高。无线电通信是靠电波发送信号的,电

波分长波(波长 20000~3000 米)、中波(波长 3000~200 米)、短波(波

长 200~10 米)、超短波(波长 10~1 米)和微波(波长 1 米以下)等波段。

而后两者具有传输信息容量大、稳定又可靠等优点,但超短波和微波传输只

能直线传播,人们只好每隔 50 公里为它们建造一个中继通信站,使它们像跑

接力赛一样一棒一棒地跑下去,把电波传到遥远的地方。这种接力通信美中

不足是太费资金,如果把北京的电视节目传到美国纽约,不知要造多少个中

继通信站(每站必设收信机、发信机和天线铁塔),而且遇到崇山峻岭和汪

洋大海又如何建立中继站!怎么办呢?于是人们想到了在天上挂一个 “驿

站”,利用超短波、微波直线传输的特性,把它们发给天上的卫星,再由卫

星接收后再转发到地面的另一个地方。

1945 年 5 月 25 日,英国行星际学会的科学家克拉克提出一份备忘录,

阐述利用人造地球卫星在太空建立微波通信站实现跨国通信的设想。他发现

在距地球赤道平面上空 36000 公里的地方,存在一条可使卫星相对地球保持

静止不动的轨道。他提出如果在这条特殊轨道上相隔 120 度等距离地配置 3

颗卫星,就可以覆盖全球绝大部分地域,从而建立起全球性的卫星通信网。

这个关于跨国信使的设想今天已经成为现实了。

通信卫星犹如国际信使,把来自地球一个地方的“信件”带到天上,然

后再“投递”到地面另一个地方的用户手里。这种跨国跨洲的通信,靠地面

的无线电中继站无法实现,只有运行在 36000 公里赤道上空的卫星才能担负

起遥远距离通信的使命。

1958 年 12 月 18 日,美国首先发射一颗“斯科尔”号卫星,将美国总统

的《圣诞节祝辞》录音带到太空,然后从太空传到各地转播,试验了卫星通

信的可能性。这颗卫星的近地点为 184 公里,远地点为 1462 公里,寿命只有

13 天。1961 年 7 月 10 月美国发射电星 1 号通信卫星,这颗卫星重 77 千克,

轨道近地点 822 公里,远地点 4864 公里,用它成功地进行了横跨大西洋的美

国与法国、英国之间的电视中继转播、照片传真和电话通信实验。这些最初

的通信卫星都是低轨道卫星,无论通信时间还是地域范围都受到很大限制。

它们的轨道周期短,只有 90 多分钟到 100 多分钟,经过某地上空的时间最多

只有十几分钟,两地要用同一卫星通信的机会很少。由于高度低,覆盖范围

就小,实现全球通信需要上百颗卫星才行。

1963 年 2 月 14 日,美国发射第一颗地球同步通信卫星“辛康”1 号,但

由于在远地点发动机点火 20 秒后,卫星上的无线电设备发生故障,与地面失

去联系,通信未获成功。接着于 7 月 26 日发射“辛康”2 号卫星,这颗卫星

进入地球同步轨道,只在美国与非洲、拉丁美洲之间作了短暂的实验通信。

1964 年 8 月 19 日发射“辛康”3 号卫星,定点在赤道上空 36000 公里的西经

180 度静止轨道上,成为世界上第一颗真正的对地静止通信卫星。这颗卫星

首次向全世界转播了在日本东京举办的奥运会开幕式的电视实况。从此,这

种充分跨国信使角色的地球静止轨道通信卫星陆续活跃在太空舞台。

1965 年 4 月 6 日,美国发射成功一颗“晨鸟”号通信卫星。卫星高 0.6

米,直径 0.72 米,重 39 千克,拥有 240 条话路和 1 条电视频道,同年 6 月

正式开通美国与欧洲之间的国际商业通信,标志着通信卫星转入实际应用阶


段。这颗“晨鸟”号卫星后来改称“国际通信卫星”1 号。在将近 30 年的时

间里,“国际通信卫星”发展了 8 代型号。1989 年 10 月 27 日发射了一颗“国

际通信卫星” 6 号,高 5.3 米,直径 3.64 米,重 4240 千克,拥有 48 个转

发器,可同时传输 24000 条双向话路和 3 路彩色电视,通信容量是 1 号的 100

倍。1995 年美国轨道科学率先把头两颗在低轨运行的“轨道通信卫星”送上

了太空,拉开了人类建造和使用低轨卫星群进行全球个人卫星通信新世纪的

序幕;美国第一颗新一代移动电话卫星也顺利入主“天宫”,它是迄今为止

世界第一颗专门用于陆上移动通信的商业卫星,可以向美国、加拿大和加勒

比海地区的车载、船载及机载电话系统提供移动通信,并能向美国的边远地

区提供固定的电话通信业务;价值 10 亿美元的第二颗军用通信卫星于 1995

年 11 月 6 日升空,从而完成了第一代军用卫星组网的重任,使美军通信能力

向前迈了一大步。借助通信卫星,人们能够和远隔重洋的亲友通话或发电报,

从电视屏幕上观看世界各地新闻和重大体育赛事,传输报纸版面和各种数据

资料,医生给万里之遥的病患者诊断治疗,将军指挥千里之外的战争,等等。

通信卫星给人类的社会活动和日常生活带来了巨大变化。

CNN 是美国有线电视广播新闻网的简称。海湾战争爆发后, CNN 通过通

信卫星使世界上 150 多个国家和地区的数十亿观众,几乎在同一时刻及时了

解整个战争的发展过程。自“沙漠风暴”空袭行动开始之夜起,CNN 连续 7

个小时报道了巴格达遭受空袭的情景。随后,CNN 每天不间断地将战况通过

卫星传遍全球。CNN 不仅满足了亿万平民渴望了解战况的焦急心情,而且也

成为交战双方首脑及世界各国领导人及时获得战况信息的重要渠道。伊拉克

外长阿齐兹在接受外国记者采访时,甚至不愿调低电视机音量,一边谈话,

一边把眼睛瞄向 CNN 所播放的最新战况。从此,CNN 也借通信卫星的功劳名

噪全球。

中国于 1984 年 4 月 8 日成功地发射了第一颗试验通信卫星“东方红”二

号,4 月 16 日卫星定点于东经 125 度的赤道上空,在距地面 36000 公里的静

止轨道上运行,试验了北京与乌鲁木齐、拉萨、昆明等边陲地方的电话、电

视传播和通信联络,星上仪器设备工作良好。中国从此成为世界上第五个具

有发射地球静止轨道卫星能力的国家,表明中国的卫星通信技术进入世界先

进先列。继后,中国又发射成功 5 颗实用通信广播卫星,极大地改变了卫星

通信面貌。1994 年 11 月 30 日,中国发射大容量、长寿命的通信广播卫星“东

方红”三号,但由于星上姿控推力器泄漏,燃料耗尽,卫星只进入准同步轨

道,未能定点投入使用。这颗卫星采用 2.2 米×1.72 米×2.0 米的箱形星体,

太阳能电池板最大跨度 18.1 米,最大高度 5.71 米,进入静止轨道时的质量

为 1145 千克,星上装有 24 个 C 波段转发器,可进行 6 路彩色电视和 8000

条话路的通信广播,设计寿命 8 年。目前,我国通过“国际通信卫星”已经

和世界上 200 个国家和地区建立了国际直拨电话业务。一些通信状况落后的

省市,如云南、贵州、新疆、西藏等地,利用卫星通信,大大缩短了与世界

的距离,改变了与世界隔绝的状态,促进了对外开放,改善了投资环境,加

快了旅游事业的发展。

我国幅员辽阔,地势复杂,在山区、边远地区、高原、沙漠、海岛和海

洋开辟先进的卫星通信线路,对这些经济不发达地区具有重要的经济和政治

意义。要知道“国际通信卫星”系统创造收益增值比不低于 40∶1,即通信

卫星每收入 1 美元,使用部门可创益 40 美元。


中国在 1996 年下半年组织第二颗“东方红”三号通信卫星的发射,这使

中国卫星通信技术达到一个新的水平。

头号间谍   1990 年炎热的夏季,伊拉克总统萨达姆秘密向邻国科威特

边境集结军队,但在伊拉克入侵科威特前 10 天,美国就通过高清晰度的成像

侦察卫星和电子监听卫星,发现伊拉克正向伊科边界集结重兵。伊军入侵科

威特前两天,即 1990 年 8 月 1 日,中央情报局急告正在前苏联访问的美国国

务卿贝克,伊拉克即将入侵科威特,希望前苏联出面制止。但苏方坚信萨达

姆不会背着前苏联干。8 月 2 日 7 点 45 分,贝克接到华盛顿打来的急电,告

诉他中央情报局已确信伊军将在几小时内入侵科威特。直到这时,前苏联外

长还是不相信,甚至在伊军坦克开进科威特时,前苏联还被蒙在鼓里。当伊

军吞并科威特后又妄图进攻沙特阿拉伯时,又是中央情报局利用美国的卫星

侦察情报使沙特国王对伊位克的这一战略意图确信无疑。因而同意美国派兵

进驻沙特。“沙漠盾牌”行动计划从此开始实施。由此可见,充当头号间谍

的侦察卫星在战争中发挥着重要的作用。

美国早在 50 年代就着手秘密研制侦察卫星。由于侦察卫星在太空轨道上

居高临下、一览无遗的特点,一张卫星照片覆盖面积达数千平方公里,而过

去一张普通航空照片覆盖面积仅为十几平方公里,因此卫星作为侦察手段而

备受青睐。1959 年 2 月 28 日第一颗试验侦察卫星“发现者”1 号发射入轨,

至 1962 年 4 月 18 日,三年一共发射 39 颗“发现者”号卫星,其中 26 颗进

入轨道,12 颗完全成功。“发现者”号卫星长 5.94 米,直径 1.52 米,呈圆

柱形,入轨质量 770 千克,卫星回收舱重 138 千克。美国的’发现者”号系

列卫星曾拍摄到前苏联研制新一代洲际导弹及普列谢茨克军用发射场的情

况。

美国第二代侦察卫星是无线电传输型“萨莫斯”号,首次发射失败。1961

年 1 月 31 日第二颗“萨莫斯”2 号卫星进入近地点 480 公里、远地点 560 公

里的轨道,在太空工作了一个月,环绕地球约 500 圈,向地面发回 1000 多幅

侦察照片,特别是查明了前苏联拥有的洲际导弹数量。“萨莫斯”系列卫星

长 6.71 米,直径 1.52 米,起飞质量 1860 千克,仪器仅重 500 千克,呈带前

锥体的圆柱形。美国第三代照像侦察卫星是“倘眼” 9 号,卫星长 8 米,直

径 1.5 米,重 2 吨,呈圆柱形,在太空轨道上飞行 17 天到 90 天。星上装有

多光谱照相机,能同时用几个波段拍摄照片。1971 年 6 月 15 日,美国发射

成功第一颗“大鸟”号侦察卫星,至 1983 年共有 19 颗发射运行。这种第四

代侦察卫星长约 15 米,直径 3 米,重 13.3 吨。星上装有一架新型普查相机

和一架高分辨率详查相机,在 160 公里的高空能拍 0.3 至 0.5 米的地面目标,

可辨别出地面上的火车、汽车、坦克甚至大街上的行人。至 1979 年 12 月 19

日首次发射上天。这种卫星带有高分辨率的电视摄像机,使用在同步轨道上

的数据中继卫星来传播图像,能够在瞬间提供高清晰度的照片,卫星寿命可

长达 25 年。美国最先进的“锁眼” 12 号照相侦察卫星能昼夜拍摄地面各处

目标的高清晰度照片,其分辨率可达 0.1 米。

海湾战争中美国起码使用了 5 颗侦察卫星监视战区。其中 2 颗星是美国

最新型的“锁眼”11 号侦察卫星。这些卫星的地面分辨率高达 0.3 米,足可

以清点沙漠中伊军的坦克、火炮、导弹发射架及军队部署详情。这种卫星还

有“斜视”功能,即当卫星不能直接飞越海湾地区上空时,也能通过改变其

光学系统的指向来摄取旁边地域的图像。卫星上的红外设备还可以在夜间拍


照。五颗侦察卫星中还有一种是雷达成像型卫星“长曲棍球”号,海湾地区

地表沙漠多,最适合雷达全天候监视,它具有揭露伪装的特殊功能,能更有

效地探测伊位克的坦克部队。雷达成像卫星与可见光照相侦察卫星不同,它

不受光照条件限制,可以昼夜工作,不间断地提供地面目标图像。这些卫星

传回的大量数据在处理、分析这些情报的美国国家照片判读中心堆积如山,

使处理人员每天工作长达 18 小时以上。经过处理的信息输入美国海、空军的

导弹制导系统中,其结果是伊拉克的一个个精心伪装的战略重地大多进了盟

军的轰炸清单。

前苏联也是最早研制侦察卫星的国家,1962 年 4 月 24 日发射第一颗侦

察卫星“宇宙”4 号。从 70 年代起,每年平均发射约 30 颗照相侦察卫星,

大部分采用“东方”号飞船或“联盟”号飞船回收舱改装,卫星一般重 5 吨,

最高分辨率可到 0.3 米。在 28 年内发展了 6 代,共有 800 多颗照像侦察卫星

上天巡游,从事侦察活动。

在侦察卫星中,有一种利用电子设备侦辨雷达和其他无线电台的位置与

特性,窃听遥测和通令等军事情报的电子侦察卫星。1962 年 7 月 18 日,美

国发射第一颗电子侦察卫星;前苏联于 1967 年发射第一颗电子侦察卫星“宇

宙”149 号。在美国发射的第二代 87 颗侦察卫星中,包括有 19 颗电子侦察

卫星:第三代的 95 颗侦察卫星中,有电子侦察卫星 8 颗。1985 年 1 月 23 日,

“发现”号航天飞机施放成功一颗重 2.5 吨的电子侦察卫星,用于窃取前苏

联导弹遥测、军用通信以及雷达站发射机频率特性及其位置。

随着导弹核武器的发展,为了对付这种速度快、高度高和射程远等特点

的目标,侦察卫星中还出现一种预警卫星。美国于 1960 年 6 月开始发射“米

达斯”号试验导弹预警卫星。1969、1970 年发射两对“维拉”系列预警卫星,

星上装有极其灵敏的红外探测器,能够探测前苏联导弹的发射情况。1971 年

发射第一颗静止轨道早期预警卫星,用以监视前苏联陆基导弹发射和核试验

情况。美国在轨道上保持部署 3 颗预警卫星,只要有什么地方发射来袭的导

弹,就能记录到发射光源点,从而立即报警。在 1994 年的海湾战争中,美国

的“爱国者”导弹拦截伊拉克的飞毛腿导弹,这种预警卫星起了很大作用。

观天神眼   1980 年 5 月 18 日,中国宣布向南太平洋海域发射洲际火箭

试验。火箭飞行,必须有良好的气象条件。5 月 17 日,火箭发射落区试验海

域上空却乌云翻滚,又下了一场倾盆大雨,人们焦虑第二天天气会怎样呢?

国家气象部门根据卫星云图作出预报:雨过天晴,气象良好,火箭可以发射。

果然当天落区试验海域天气晴朗,洲际火箭发射试验顺利,回收获得圆满成

功。1981 年 7 月的四川大暴雨,使长江干流出现了百年不遇的特大洪水。在

此紧急关头,荆江分洪工程是否分洪面临重大抉择。若立即分洪,将淹没 60

万亩耕地,迫使 40 万人搬迁,财产损失巨大;若不分洪,万一洪峰再涨,将

对江汉平原的 800 万亩良田和武汉等大中城市构成极大威胁,损失更为惨

重。气象部门根据气象卫星云图,作出“近日长江三峡和清江流域无大的降

水过程”的预报,防讯部门根据这一预报,果断决定荆江不分洪,从而避免

了因分洪而产生的至少 6 亿元经济损失。这些正确决策里无疑包含有气象卫

星的一份功劳。

气象卫星是建在太空的气象台,犹如观天神眼,能对天气察颜观色,追

风测雨。它利用星上的电视摄像机拍摄的卫星云图,用扫描辐射仪观测到的

红外、可见光云图,经过分析处理,获得各种气象资料,由于可以发现天气


的变化趋势,从而提供气象服务。

从轨道来看,气象卫星一般分为低轨道和高轨道两种。低轨道气象卫星,

一般采用高度为 700 至 1500 公里的极地轨道,每颗卫星每天可以两次观测全

球气象资料。高轨道气象卫星,一般采用赤道上空 36000 公里的静止轨道,

每颗卫星 20 分钟左右就可以在赤道上空附近的近圆形地区观测一次。

1960 年 4 月 1 日美国发射第一颗气象卫星“泰罗斯”1 号,进入近地点

693 公里、远地点 750 公里的椭圆轨道。卫星高 0.48 米,直径 1.07 米,重

120 千克,呈圆筒形。星上装有两台电视摄像机,10 天即拍摄到澳大利亚的

布里斯城附近有旋风形成的迹象。它在轨道上运行两个多月,共向地面发回

22952 张云层照片。截至 1965 年 7 月 2 日,这种卫星共发射 10 颗,提供了

大量气象资料。从 1966 年 2 月至 1969 年,美国又发射了 9 颗“艾萨”号第

二代气象卫星,轨道高度约 1400 公里,云图的星下点分辨率为 4 公里。第三

代第一颗极地轨道气象卫星“诺阿”号于 1978 年 10 月 13 日发射,在太空工

作时间达 28 个月,一共发射 12 颗。这种卫星高 3.7 米,直径 1.9 米,重约

1400 千克,轨道高度 850 公里,运行周期 102 分钟。一颗“诺阿”号卫星每

天可传输全球范围内 1.6 万个点的大气探测资料和 100 多幅云图,每天世界

上有 120 多个国家接收“诺阿”号卫星传回地面的云图。

1961 年 2 月美国试验同步轨道气象卫星上天,首先用于监视大西洋上的

飓风动向。1974 年 5 月发射的“应用技术卫星”3 号静止轨道气象卫星,第

一次发回全球彩色云图。1975 年 10 月 16 日,美国发射第一颗实用的地球静

止环境业务卫星“戈斯”号。这种卫星呈圆柱形,高 2.4 米,直径 1.9 米,

重 294 千克,工作寿命 3 年。星上装有可见光和红外扫描辐射计,星下点分

辨率分别为 0.9 公里和 8 公里。“戈斯”号气象卫星已发射 10 颗,每颗卫星

向地面接收站隔 30 分钟发回一幅全球高分辨率云图,同时还能传输地面测

震,海上采油,测量潮汐、海流与大气温度等资料。

前苏联从 1963 年开始研制气象卫星,最初运用“宇宙”号系列卫星进行

实验,共发射 16 颗,其中 1966 年 6 月 25 日发射的“宇宙” 122 号卫星,

进入近地点 625 公里、远地点 740 公里的椭圆轨道运行。在此基础上改进、

研制成功第一代实用气象卫星”流星”号。1969 年 3 月 26 日和 10 月 6 日,

先后发射成功“流星”1 号和“流星”2 号,卫星总长约 3 米,直径 1.2 米,

重约 1 吨,装有太阳能电池翼板,呈圆柱体。星上装有接收机、电视摄像机、

红外测量仪,能把白天的云图和夜晚的红外云图不断传回地面。前苏联通常

保持 2 至 3 颗“流星”号卫星在与赤道面相互垂直的轨道上运行,组成气象

观测网,提供全球气象资料。

中国在 1988 年 9 月 7 日和 1990 年 9 月 3 日先后把两颗“风云”一号气

象卫星送入轨道。卫星高 1.2 米,长宽各 1.4 米,重 750 千克,两侧对称安

装 6 块太阳电池帆板,展开后卫星总长 8.6 米。它们在 900 公里高的太阳同

步轨道上追星逐月,纵览风云,拍回的云图照片纹理清楚,层次丰富,在天

气预报、城市规划、海洋捕捞、小麦估产、森林火情监测等领域,都曾发生

过重要作用。中国研制的“风云”二号地球静止轨道气象卫星已研制完成,

即将登上太空舞台,为国民经济的发展带来更大益处。

寻宝高手   澳大利亚地质学家在北部昆士兰地方钻井勘探,期望发现

丰富的油层,但在钻探基地周围均未发现油层的迹象。而此时美国俄克拉荷

马州的一间办公室里,美国地质学家通过分析从太空拍回的照片,却肯定昆


士兰地方的地质构成有利于形成油层。这就是寻宝高手——资源卫星的功

绩。

资源卫星在距地面几百公里的太空俯瞰地球,能看透地层,发现地下宝

藏,普查农林和海洋资源,评估农作物收成,预报各种自然灾害,考察历史

遗址。它的工作原理是,利用星上装载的多光谱遥感设备,获取地物目标辐

射和反射的多种波段的电磁波信息,发送到地面站,根据掌握的各类物质波

谱特性进行处理,得到各类资源的特征、分布和状态,从而达到不必实地勘

测而能寻觅到地面和地下宝藏的目的。

目前世界上的资源卫星有两类,即陆地资源卫星和海洋资源卫星。

世界上第一颗地球资源卫星,是美国 1972 年 7 月 23 日发射的“陆地卫

星”1 号。卫星高 3 米,最大直径 1.5 米,跨度 4 米,重 953 千克。它在距

地面 920 公里的轨道上运行,对地面分辨率 80 米,一幅卫星图片覆盖 185

公里×185 公里,工作寿命 3 年。每天卫星向地面传输 40 幅图片,第一年地

面接收站就收到 80 万幅图片。至 1989 年 3 月,美国发射了 5 颗“陆地资源”

卫星。前三颗星上装有多光谱扫描器和数据收集系统,每隔 18 天覆盖全球一

次,3 颗卫星配合覆盖全球面积只需 6 天;后二颗星上增加了先进的主题测

绘仪和红外扫描器,分辨率为 30 米。从 1972 年至 1987 年 15 年间,5 颗“陆

地卫星”拍摄了 200 万幅图片,世界上有 110 多个国家利用这些卫星图片为

本国的资源勘察服务。它的主要用途有:绘制修正地图,陆地卫星 5 分钟观

测地面获得的资料,相当于一架飞机 6 个月航测的资料,用“陆地卫星”的

100 幅图片就能覆盖南极的 325 万平方公里的面积,若用航空照像需要几年

时间和 10 万幅图片;探查矿物资源,1972 年和 1973 年的“陆地卫星”照片

拼成一幅智利和秘鲁的矿产分布图,从“陆地卫星”的照片上寻找地质矿藏

的成功率较高,完全可分辨出各种矿藏;寻找水源,“陆地卫星”的照片易

于测量水、冰、雪及降雨量,能鉴别出小至 100 米宽的池塘,故可发现蓄水

地域;探测冰雪,监测冰川的形成变化;监视农业与森林,如绘制土壤图,

进行小麦估产,监视干旱水涝,预报森林虫害和火灾。1987 年冬季中国大兴

安岭发生特大火灾,在太空巡视的卫星首先报告了火情,并通过卫星指挥扑

灭了森林大火。

美国的“陆地卫星”同样也用于海洋观测。但为了更有效地了解占地球

面积 71%的海洋,美国专门研制了海洋资源卫星。1978 年 6 月发射世界上第

一颗“海洋卫星”,卫星高 2.1 米,直径 1.5 米,重 2290 千克,在 805 公里

的极地轨道上运行,只工作了 105 天,卫星上装有雷达高度计,测量海面高

度,精度为 0.1 米,每隔 36 小时扫描一次 95%以上的海洋,一天的观测量

要比过去科学考察船 10 年获得的资料还要多。这颗“海洋卫星”可昼夜考察

海洋,拍摄冰域、冰川、冰区航线图片,绘制世界三大洋的海底地形图。

中国从 1975 年以来,发射了 16 颗返回式遥感卫星,其中包括国土普查

卫星。它们拍摄的大量资料已广泛用于国土普查、石油勘探、铁路选线、地

图绘制、地质调查、电站选址、地震预报、农林考查、文物考古等国民经济

领域,获得很好的效益。我国宝成铁路建成通车后,崩塌、滑坡灾害甚多,

例如,宝成铁路北段,凤州至略阳区间,在长 124 公里的铁路线上,崩塌、

滑坡达 165 处之多。虽然经过长期治理,花费了大量的人力、物力,耗资达

7 亿元,但是每年一到雨季,崩塌、滑坡仍然不断发生,严重地影响铁路的

正常运营。


在治理宝成铁路灾害过程中,工程技术人员起初把发生灾害的原因归结

为地形、地质条件复杂,而未能进一步究其灾害发生的根源,因而在治理方

面也只是采取“塌一处、治一处”的被动手段。对应用卫星遥感图像进行区

域分析之后,才发现嘉陵江位于断烈构造和环状构造的边缘部位,而沿嘉陵

江边行进的宝成铁路恰恰位于区域地质构造的薄弱环节,而在设计上不适宜

地采用了高边坡,施工中采用了大爆破,造成了工程灾害的不断发生。这样

人们就找到了工程灾害产生的根本原因,因而在治理方面也就采用了全面规

划、逐步实施的方针。即在不稳定的高边坡地段加修明洞;在不稳定的滑坡

地段进行改线,从而为宝成铁路的改建提供了科学依据。目前宝成铁路经过

全面改建后,已大大地提高了运输能力。

指路明灯    1958 年初,美国科学家在跟踪第一颗人造卫星时,无意中

发现收到的无线电信号有多普勒效应,即卫星飞近地面接收机时,收到的无

线电信号频率逐渐增高;而卫星远离时,频率就变低。这一发现为利用卫星

作指路明灯开辟了方向,开创了卫星导航定位的新纪元。

 

导航卫星是设在天上的无线电导航台。它的优点是,可以在任何恶劣的

气象条件下昼夜为在世界各个角落的飞机、舰船指明航向,导航精度误差极

小,操作自动化程度高,不必使用任何地图即可显示出确切位置。

1959 年 9 月 17 日,美国发射第一颗试验导航卫星“子午仪”1A 号,但

因火箭第三级发生故障导致失败。首次真正成功的是 1960 年 4 月 13 日发射

的“子午仪”1B 号导航卫星,它在轨道上运行了 2731 天,于 1967 年 10 月 5

日进入大气层烧毁。在太空运行期间,由于星上设备不时发生故障,实际工

作时间只有 89 昼夜。1960 年 6 月 22 日又将“子午仪” 2A 号试验导航卫星

发射入轨,提高了设备的可靠性和导航精度。美国一共发射 4 种型号的“子

午仪”号导航卫星。前三种外形都是圆球形,直径 0.51 米到 1.09 米,重约

60 至 122 千克,外壳由耐热的纤维玻璃制成,表面上装有一根螺旋形天线,

中部装有两排太阳能电池;第四种的外形为一个顶与底为平面的 16 面长方棱

柱体,棱柱直径为 1.08 米,高 0.78 米,外壳表面附贴 1.1 万个太阳能电池,

并装有鞭状天线。至 1964 年,美国“子午仪”号导航卫星才进入实用阶段,

建成了卫星导航网,最初为携带北极星潜地导弹的核潜艇精确定位服务。实

用的“子午仪”号卫星采用极地轨道,轨道平均高度为 1100 公里,近似圆形,

周期为 107 分钟。美国一共发射了 11 颗“子午仪”号卫星。至 80 年代末,

在轨道上运行的导航卫星有 6 颗,其中 3 颗已在太空工作 10 多年。 子午仪”

号卫星导航系统由地面站、导航卫星网和用户接收导航设备三部分组成。地

面站对卫星进行观测、数据处理,并把卫星的轨道上的坐标参数预报发送到

卫星上贮存起来,当卫星经过用户上空时,这些参数又从卫星上发回地面,

被用户接收,在用户导航设备对参数处理的基础上,实现用户的定位与导航。

美国“子午仪”号导航卫星的用户约有 1 万户,其中 60%~70%为军事应用。

它像挂在太空中的灯塔,繁忙地为各国潜艇、舰艇、远洋船只指示航向,也

为海上石油勘探定位及陆地测绘特别是山区和森林测绘服务。

由于“子午仪”导航卫星系统只能向用户提供经度和纬度,不能提供相

应的海拔高度和速度,平均定位时间间隔太长,满足不了飞机、导弹等的定

位要求,美国从 1973 年 12 月起开始研制一种导航星全球定位系统。这种新

的卫星导航系统包括 18 颗实用星和 3 颗备用星,分布在 3 个轨道平面内,每

一轨道平面上布置 6 颗,平均高度为 2 万公里。这样在地球上所有的用户,


任何时候至少可以接收到 4 颗卫星的导航信号,实现精确、连续、实时定位

和导航。定位精度可达 15 米,一次定位时间只需几十秒钟。美国经过 20 多

年的努力,1992 年已基本建成导航星全球定位系统。目前美国正在研制“吉

奥星”导航系统,仅用 3 颗地球静止轨道卫星组成区域导航系统,或用 6 颗

“吉奥星”组成全球导航系统。这个系统简单、便宜,定位精度可达 10 米,

具有更好的应用前景。

1973 年 5 月,前苏联发射成功“宇宙”1000 号卫星,这是前苏联宣布的

一颗新的导航卫星,为全球导航服务。1982 年底,前苏联发射了 3 颗全球导

航卫星,宣称这是为改进定位航行中的商船、渔船以及飞机而研制的空间导

航系统。1995 年 9 月俄罗斯建成了由 24 颗卫星组成的全球导航卫星系统,

24 颗星在 3 个不同轨道面上运行,每个轨道面上 8 颗。目前,世界上只有美

国和俄罗斯拥有各自的军用个球导航卫星系统,同时也都提供本国民用航空

飞机和海上船只定位和导航,以有效地管制拥挤的空中和海上交通,进而减

少飞机或船只发生失事灾难。

1980 年 4 月,美国在营救被伊朗扣留的人质的军事行动中,靠导航卫星

把 14 架美国飞机引到茫茫沙漠中的准确位置,导航卫星为营救人质立下汗马

功劳。1983 年 10 月,前苏联 50 艘船只被困在北极东部地带的冰层中,借助

“宇宙”1500 号卫星上发回的照片,在出事地点找到冰海的一些裂缝和联结

带,为原子破冰船抢险选定合理路线,解救了这支遇难船队。海湾战争结束

后,在弹丸之地的科威特国土内留下了无数地雷和哑弹。仅美国负责清扫的

地区内,就散布着 125 万枚哑弹和 50 万枚地雷。为了重建科威特,必须尽快

清扫战场。美国人首次采用导航卫星定位系统对这批危险的炸弹和地雷进行

逐一探测定位,然后由爆破专家引爆销毁。在清扫 175 万枚地雷和哑弹过程

中,仅有 1 人丧生,创造了一项世界奇迹。

环球巡警   世界上有各种各样的灾害。1965 年至 1992 年的 28 年里,

全世界发生 4650 多起自然灾害,约 30 亿人受灾,其中死 361 万人,直接经

济损失约 3400 亿美元。最大的灾害有暴风、洪水、地震、干旱、火灾等。自

从卫星上天以来,人类利用空间技术提供的条件,防止或减小了这些自然灾

害造成的恶果。

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,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。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,取得了良好效果。此外,许多国家都在研制各类减灾卫星,即

使同一颗卫星集对地观测、通信、导航等功能为一身,实现救险防灾的目的。

1982 年 10 月 9 日夜,美国的一艘载有 3 名水手的赛艇在大西洋南塔基

特岛以东 350 多公里的地方遇到狂风巨浪的威胁,陷入危险境地。这艘赛艇

上的水手发出呼救信号,美国海岸护卫队纽约营救中心收到环球航空公司一

架飞往里斯本的班机从大西洋上空得到微弱的求救信号。但是那架飞机无法

确定遇难赛艇的位置在何处,而要在浩瀚的大洋里搜寻一个这么小的目标,

至少要花几天功夫。纽约营救中心为了尽快测出遇险赛艇的确切位置,只好

求助于前苏联的“宇宙”1383 号救援卫星。这颗卫星在大西洋上约 1000 公

里的高空接收到无线电呼救信号,立即把这一信息传到地面,用计算机测出


呼救信号源的所在位置。美国海岸护卫队遂派出一架远程飞机,前往出事地

点侦察,很快发现被暴风打翻的赛艇。然后通知一艘快艇赶到出事现场,迅

速将 3 名水手营救起来。这是利用救援卫星首创营救遇难者的纪录。至今,

卫星救援系统已搜寻到失事或遇难船只和飞机 200 余艘(架),救护遇难者

600 余人。

前苏联是首先使用救援卫星的国家。1982 年 7 月发射第一颗救援卫星,

到 1984 年组成了卫星救援系统。美国发射 4 颗“诺阿”号系列气象卫星作救

援卫星,1987 年 2 月发射一颗静止轨道“实用环境卫星”7 号,星上增加了

搜索和营救飞机空难和船只海难信号接收机,完善了国际救援卫星网。特别

是国际海事卫星组织建立了国际海事卫星通信系统,不仅为航空通信、导航

定位、气象预报服务,而且也为营救遇难飞机或船只效力。

卫星的最大防灾本领,还是监测地球上的陆地、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。中国过去利用自己的返回式卫星和气象卫星,进行防灾、抗灾、

救灾和治理灾害都取得了一定成绩。中国辐员辽阔,经常饱受自然灾害之虐,

治理环境是一项重要课题,因此也把研制减灾卫星提上了日程。

世界各国都着眼于未来的防灾减灾工作。美国倡导制订“地球使命”计

划,打算对地球环境进行大规模调查研究,包括调查臭氧层的破坏、地球变

暖、土地沙漠化、热带雨林的破坏、海洋污染等问题。为此,美国正在研制

地球观测平台,采用太阳同步轨道,轨道高度为 820 多公里,重 13.5 吨。平

台内安装有中分辨率成像光谱仪、高分辨率成像光谱仪、微波辐射计、激光

雷达、大气探测器、合成孔径雷达等 10 余种遥感仪器。世界上其他一些国家,

如俄罗斯、法国、日本等,也都在研制这样的空间观测平台,并且采用国际

合作来监测地球环境的变化,治理人类赖以生存的地球环境。

开路先锋  尽管人类的力量已经多多少少地改变了整个世界;尽管人类

智慧的触角已经伸向了茫茫宇宙,但是仍然有许多有关人类自身的不解之谜

困扰着聪颖的地球人。

古埃及宏伟、神秘的金字塔;南太平洋孤岛复活节岛上重达 10 多吨的巨

石人头像;秘鲁纳兹卡平原上硕大的跑道、机场以及附近陡崖上巨型三叉戟

状的雕刻……这些当时的人为力追根本不可能办到的“杰作”是如何产生的?

非洲的北部是世界上最大的不毛之地撒哈拉大沙漠。然而,绘制于 1502

年的复弥王海图却赫然标明那里是一块肥沃的绿洲。现代科学证实,公元前

4000 年左右,撒哈拉的确气候湿润,河流密布,森林茂盛。是谁把 5000 多

年前的撒哈拉信息准确而完善地告诉给 16 世纪的绘图者了呢?

南美洲喀喀湖畔的高原上,有一片古城废墟。废墟中有一座用整块红色

砂岩凿成的巨大神像,神像上刻着一幅完整的星空图和上面的符号文字。天

文考古学家发现星空图描绘的乃是 2.7 万年前的古代星空,其精确程度无可

挑剔。符号文字记叙的是深奥的天文知识,这些知识甚至足够现代人类使用。

当年的土著人真的具备如此高超的水平吗?

这类怪事并非上述几例,多得几乎可以随手撷拾。因为没有充分的理由

来解释,以现代科技而自居的地球人常常面对自己的神奇的祖先而汗颜、而

尴尬。

迎着远古的挑战,人们在思索:究竟是辉煌的古代文明由于某种原因突

然中断、毁灭、消失了?还是宇宙间存在着比地球文明高胜一等的智慧生命,


是他们来过地球留下了万千我们目前尚读不懂的暗示?

据天文学家测算,整个宇宙可能有 1000 亿个星系,每个星系里又都包含

着几十亿乃至上百亿个星体。就按每个星系只有一个星体上有智慧生命这样

保守的估算,那么宇宙间起码应有 1000 亿个以上的星球生活着形形色色的外

星人。这倒印证了希腊哲学家米特洛多・希奥斯林的一句名言:“广阔的田

野不可能只生长麦穗。同样,广阔无垠的宇宙也不可能只 有一个住人的世

界。”

然而,浩浩苍穹,我们上哪去寻找人类的伙伴呢?

人类向深空的探测,首先是从月球开始的。1959 年 1 月 2 日,前苏联发

射“月球”1 号探测器,首次飞越月球。它是一个直径约 1 米的球形物体,

重约 147 千克。前苏联在 12 年间一共发射 24 个月球探测器,其中 1959 年 9

月 12 日发射的月球 2 号是世界上第一个击中月球表面的人造物体。美国从

1966 年开始一共发射了 7 个“徘徊者”号探测器,进行了登月前的实地考察,

1969 年 7 月美国“阿波罗”11 号飞船登上月球,身临其境地搞清了月亮没有

显著的磁场,也没有辐射带,没有空气也没有生物,只是月球的岩石土壤里

蕴含着丰富的矿藏。

1961 年 2 月 12 日前苏联“金星”1 号探测器发射上天,开始对浓云密雾

包围的金星进行探测,至 1983 年,一共发射 16 个金星探测器。美国则紧步

前苏联的后尘,从 1962 年至 1973 年共发射了 10 个“水手号”金星探测器:

1978 年 5 月至 8 月,又发射了 2 个“先锋”号金星探测器;1989 年 5 月,“阿

特兰蒂斯”号航天飞机又把一个“麦哲伦”号探测器送上了金星轨道。这些

考察,测得金星表面温度为 470℃,气压为 90 个大气压(9 兆帕),大气密

度是地球的 100 倍,金星表面覆盖着褐色砂土,岩石结构光滑的层状板块,

金星上没有风,周围有着厚厚的二氧化碳大气层。金星与地球物理参数相似,

只是没有水,它上面不可能存在生命。

火星是在日地之间位于地球外侧的近邻。它围绕太阳旋转。每 2 年零 2

个月接近一次地球。自 1878 年意大利天文学家通过望远镜观测发现火星上有

运河以来,便有人推测火星上可能有生命存在,甚至会有高等的智慧生物的

遗迹。因此,人们把火星生命之谜作为宇宙探测的一个重要任务。1962 年 11

月 1 日,前苏联首先向火星发射了“火星”1 号探测器,揭开了探测火星奥

秘的序幕。至 1974 年 8 月 9 日,一共有 7 个火星探测器飞近火星考察,只有

“火星”3 号和 6 号两个探测器到达火星,但通信很快中断,未能获得满意

的探测成果。1988 年 7 月 7 日和 12 日,前苏联又相继发射“福波斯”1 号和

2 号两个火星及其卫星的探测器,继续恢复对火星的考察。美国从 1964 年开

始,先后发射“水手”号和“海盗”号两种探测器,开展了对火星的考察活

动,特别是 1975 年 8 月 20 日启程的“海盗”1 号和 1976 年 6 月 19 日升空

的“海盗”2 号,均在火星上软着陆成功,它们分别在火星上工作了 6 年和 3

年。 1992 年 9 月 25 日,美国用“大力神” 3 型载火箭发射了一个火星“观

察者”号探测器,对火星进行了考察,但是 1993 年 8 月 21 日,它却突然与

地面失去联系,神秘地失踪了。

根据 30 多年来人类对火星的探测,科学家已基本肯定火星是一个没有高

级生命的世界,流传甚广的“火星人”根本不存在。但火星上有没有与地球

不同的其他形式的生命,则还是一个没有解开的谜团。

1977 年 8 月和 9 月,美国发射了一对孪生星际探测器“旅行者”2 号和


1 号,出发到太阳系各大行星周游考察。1979 年 3 月和 7 月,这两个探测器

飞临木星,获得木星的清晰照片,发现木星的 3 颗新卫星,并探测到木星的

光环。1980 年 11 月和 1981 年 8 月,又先后考察了“土星”,新发现“土星”

的 6 颗卫星和成千上万条美丽的光环。1985 年飞过天王星考察后,于 1989

年到达海王星附近探险。1990 年 2 月 13 日“旅行者” 1 号探测器拍摄到世

界上第一张太阳系的全家福照片。

除这一探测器外,美国还于 1972 年 3 月和 1973 年 4 月派出一对地球特

使“先驱者”10 号和 11 号,在考察了太阳系各大行星之后,现已抵达太阳

系的边缘,打算飞到太阳系外去寻觅地外文明。“先驱者”10 号和 11 号携

带有一张地球名片,它是一块镀金铝牌,上面刻有表示人类存在的标记,以

便终有一天与外星人相遇时,使他们能够得知地球上早有人类存在的情况。

“旅行者”1 号和 2 号则携带有一套地球之声唱片。“这是一件来自遥远的

小小星球的礼物,它是我们的声音、科学、形象、音乐、思想和感情的缩影。

我们正在努力使我们的时代幸存下来,使你们能了解我们的生活情况。我们

斯望有朝一日解决我们面临的问题,以便加入到银河系的文明大家庭。这个

地球之声是为了在这个辽阔而令人敬畏的宇宙中寄予我们的希望、我们的决

心和我们对遥远世界的良好祝愿。”这是由“旅行者”号星际探测器捎给“外

星人”的地球之声唱片中的电文。唱片正面还录制了地球自然界声音、世界

古今名曲和各种问候语,其中包括中国的古典名曲《流水》和中国普通话、

广东话、闽南话问候语;唱片背面录制了 115 张反映地球人类文明和科学进

步的图片,其中包括中国的八达岭长城和中国人举行家宴的两幅照片。它们

正在茫茫宇宙寻访地外智慧生物的踪迹。

自从航天技术兴起,人类就没有停止过向深空探测的追求。美国的航天

飞机于 1989 年成功施放了探测金星的“麦哲伦”号探测器和探测木星的“伽

利略”号探测器。后者经过 6 年的飞行后,已向木星飞近,对这颗太阳系内

最大的行星进行为期两年的探测,它是有史以来对太阳系内行星外层大气进

行的首次实地探测。1990 年美国又在太空施放了世界上最大的“哈勃”号空

间望远镜和“尤利西斯”号太阳探测器。后者第一次拍摄到太阳系磁场的结

构图片,从这张图片中可以看出,太阳系的螺线形磁场从太阳经金星一直延

伸到地球轨道。欧洲空间局和美国共同研制的“太阳和日光层观测台”于 1995

年 12 月 2 日踏上征途,开始对神秘的日核直至太阳周围灼热的大气层及更远

范围进行耗资几亿美元的探测。在此之前,欧洲独自研制的红外空间观测器

于 11 月 16 日先期到达九霄云外,这一耗资 8.5 亿美元的“天皇巨星”将进

行有史以来对宇宙放射源最大规模的研究,能测量 100 公里以外冰的温度,

主要用于在红外波段上对太阳系直到遥远的银河外星系进行观测,是详尽了

解和探索宇宙奥秘的利器。这些空间探测器已经获得了许多令人振奋的数

据,发现了许多新的宇宙现象,对揭示宇宙空间的真像具有重要价值。

虽然地球人历尽艰辛至今仍未找到天外的朋友,但这也没什么值得悲观

的,它起码可以证明,我们的文明世界在茫茫宇宙中是唯一的!了解了这一

点,地球人对于自身价值的认识以及对于保护地球的意识将会有一个巨大的

飞跃。

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