书城科普读物为了地球领导权——人造卫星
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第17章 丈量大地的灵魂——测量卫星(2)

地球科学家和海洋学家只是大概知道地球重力图的样子,常常梦想着能够拥有一张十分精确、动态、能监视诸如洋流和极地冰川融化现象的重力图。美国得克萨斯州大学设计的“优雅”卫星由两颗卫星互相配合,通过重力的变化,实时得出测量观察结果。“优雅”卫星的研究人员很骄傲:“优雅”能感觉到羽毛掉在空气里的重力。怎样感觉羽毛掉在空气里的重力呢?“优雅”卫星重432千克,成双成对地沿太阳同步轨道运行。前面一颗与后面一颗相距200千米。重力的微小变化将首先影响到前面的一颗卫星,例如把它略微拉向地球,马上稍微偏离或远离身后的伙伴。卫星上的微波测距仪以极高的精确度监测两颗卫星之间的距离。卫星每天向地面站报告5次。每30天就能扫描到地球足够多的面积,从而绘制出一幅完整的地球重力图。科学家说:这个结果令人吃惊。它将使许多学科发生重大变化。

“优雅”卫星愿意迎接最艰难的挑战:从信号中区分出各种不同的物质。“优雅”卫星具有空前的准确度,能够观察江河、盆地、地下、地下水、洋流和南北极冰块的变化,以及大海底部压力、海平面上升和地心引力。

一提起秘鲁,人们就想起印加帝国。印加帝国是人类文明史上的一个奇迹。印加人在没有文字,甚至没有发明轮子的情况下,在南美建立起辉煌一时的帝国,拥有“黄金之国”的盛誉。虽然,印加帝国在西班牙殖民者的征服下灰飞湮灭,却留下了许多难以想象的历史奇迹。

在那奇迹盛开的地方——秘鲁,人们赞赏印加帝国的古城废墟、悬崖峭壁上的马丘比丘,庄严、肃穆、雄伟的帕恰卡马克遗址,神秘的纳斯卡地画,世界最高的淡水湖的的喀喀湖,世界上最长的河流亚马孙河,动物的天堂帕拉卡斯自然保护区。被历史和时间淹没的地下,考古专家知道还有更伟大的遗迹。它在哪儿呢?

在秘鲁西部的热带沙漠——卡华驰沙漠下面埋藏着很多古代建筑遗迹,但是古迹的泥土和阳光自然晒干的泥土在外观上很难区别。飞机高空摄影也无法确定古迹的准确位置和形状。

在卫星的眼里,几乎没有什么秘密。科学家们对卫星提供的图像和数据进行分析后,区分出各种不同的物质,兴奋得像阿基米德一样激动地大喊:“尤里卡!尤里卡!”。人们终于在碎石和土层下面发现了好几座大小不等的金字塔、神庙和广场,甚至能看到很多秘鲁木雕上镌刻的几何线条和动植物图形。

现在的考古越来越简单了。图像显示:大金字塔的方形基座长约100米、宽91.4米,有4个梯形的侧面,7级台阶。土质金字塔的外形,很像墨西哥玛雅人的太阳金字塔和月亮金字塔。科学家们终于得到了一个占地9000平方米的金字塔的详细清晰图像,并立即对金字塔进行虚拟复原,将逝去的风貌展现在世人面前。卡华驰遗址附近还有40个土堆。那都是印加帝国的遗迹吗?

“谷科”地球重力卫星

地球重力场学科很冷门,但很重要。地球重力场是一种物理场,分布于地球内部、表面及其周围的空间。科研人员研究地球重力场,可以发现地球内部质量、密度的分布和变化,应用于大地测量、地球物理学、地球动力学等。

地球重力场随纬度变化而变化。一枚洲际导弹的飞行弹道主要决定于地球重力场。弹道专家根据地球重力的分布,设计一条精准的弹道。如果不了解地球重力场数据,就会错误计算弹道,再好的洲际导弹也打不准目标。

地球重力场不仅只随纬度变化,也会随高度变化。当一颗卫星发射升空,还未进入太空的那段时间,会受到地球重力的影响。重力场的误差会造成加速度的误差,很快会累积成速度误差,卫星的飞行轨迹将会偏离。在卫星发射中,需要研究计算地球重力场数据,保证卫星飞行在一条精确的轨道上。

重力无处不在。人类生活在地球上,每时每刻都受到地球重力场的作用。没有地球重力场,人就不能站立、奔跑,就会飞向太空。失重或者超重也是地球重力场的一种表现形式。科学家梦寐以求地制造失重或者超重的环境。如人们可以在失重的环境下合成精细的药品,制造精度极高的零件,定向培养各种植物、种子。

为了进行精确的测量,就必须知道一个标准的基准面。2006年,欧洲空间局为了描绘一个数字化的地球,了解地球以及人类活动对地球产生的影响,地球重力卫星诞生了。它绝不像其他卫星,是像飞船一样的卫星。欧洲人要告诉人们卫星还可以这样飞。它的全名是地球重力场与海洋环流探测卫星,而欧洲空间局更喜欢称它为:会飞的“伽利略”。

地球重力卫星美艳惊人。卫星专家说:“我们让它有了生命,它简直是一件艺术品,真舍不得让它飞上太空。”它有一个八角形的修长身材,长5米,宽1米,

重约1.1吨。为了保持极高的探测精度,地球重力卫星外壳用碳纤维制造,防止微小的热胀冷缩现象,能容忍高达160℃、低至-170℃的空间温度;同时必须保持彻底的稳定和刚度,内部不能有任何活动部件。

地球重力卫星造型奇特,是欧洲第一颗离子发动机卫星。它有两个机翼和两个对称的尾翼,星体全身布满了太阳能贴片。太阳能帆板的电力供科研仪器使用。每个机翼都安装了一个S频段通信天线和两个GPS天线,实现向下全面覆盖地球。

卫星尾部的离子发动机是一种先进、稳定、安全的火箭发动机,必要时为卫星提供动力。蓝色的火焰喷射时,发出空灵的声音,推动卫星飞翔。虽然离子推进器比较“省油”,燃料用完后无法添加,所以卫星的设计寿命才2年。

地球重力卫星飞行在离地球270千米、倾角96.7°的太阳同步轨道上,几乎擦着地球表面飞行。在越低的轨道上飞行,受到重力的影响就越大,就越能探测地球的重力场。在阳光的照射下,卫星一会儿发出蓝宝石一样迷人的光泽,一会儿像金龙鱼一般变幻出艳丽的色彩。

地球重力卫星透着一股灵气。它是世界上最先进、最昂贵的地球观测卫星,人称卫星中的“法拉利”。它有最高的分辨率与精度,绘制的地球立体地图、获得的地球重力场和海洋环流的精确数据,大量应用于气候学、动力海洋学、地球物理学、大地测量及定位。

精准的秘密。卫星飞行会产生振动,而最微小的振动,也会给重力探测造成致命误差。有什么办法能解决振动呢?办法当然有!把所有探测仪器都装进防振的重力梯度仪里。它能摸准地球的脉搏。

给地球量体形。2009年3月17日,卫星中的美女——地球重力卫星在俄罗斯普列谢茨克发射场发射升空。地球重力卫星要给地球订立新的标准,将基准面测定得更加精确,精度达到误差1~2厘米。人们将有一个新的基准面,世界各地的海拔高度都将被重新定义。

青岛天文台有一座石屋。屋内埋着一颗圆形玛瑙。这颗玛瑙意义非常重大。它的平面上的点就是“中国国家水准原点”。中国任何地方的海拔高度,都是以这个点为基点开始计算的。地球重力卫星给地球订立新标准,中国国家水准原点会改变吗?珠穆朗玛峰的高度会改变吗?地球到月球的距离会改变吗?

“测绘星-2B”卫星

印度与巴基斯坦是邻邦,它们有时会成为仇敌。第二次世界大战后,印度与巴基斯坦曾发生过3次战争。

1947年10月,因为克什米尔地区的归属问题引发第一次印巴战争,印度略占上风。克什米尔由查谟和克什米尔邦组成。克什米尔位于南亚次大陆的最西北部,面积约为21万平方千米,人口约为500万。克什米尔地处亚洲心脏,分别与俄罗斯、中国、阿富汗、印度和巴基斯坦接壤,战略地位极为重要。印度一直认为位于中国新疆与西藏间的近3.8万平方千米的阿克赛钦高原也属于克什米尔,属于印度领土。20世纪60年代,中印曾为此而战。

1965年4月,印巴因克什米尔爆发第二次战争,印度又占上风。巴基斯坦是个很奇特的国家。巴基斯坦地理上分为东巴与西巴,中间隔着整个印度,距离2000多千米。1971年12月3日,印巴因为东巴独立问题爆发第三次战争。印度胜利,孟加拉国独立,巴基斯坦损兵折将10万。

12月7日,巴基斯坦潜艇“翰果”号潜伏到印度西海岸第乌军港西南大约60千米的海域。印度海军发现了“翰果”号的秘密活动。12月8日,印度海军西部舰队的第14护卫舰中队“库可里”号和“吉尔潘”号从孟买港出发。两艘反潜护卫舰是英国制造的老式反潜护卫舰,只能探测、测量、攻击几百米范围内的潜艇,各载有官兵260多人。巴基斯坦海军的“翰果”号潜艇,由法国制造,是当时世界上最现代化的常规潜艇。当时,印度海军没有专业的大型反潜作战飞机可用,只能靠战舰自己侦察,猎杀潜艇。

潜艇在哪儿?几架“海王”直升机在南部搜索;两艘护卫舰在北部探测。12月8日19时45分,巴海军“翰果”号正潜伏在水下40米深处,突然,声呐系统发现两艘护卫舰的到来。探测系统落后的印度护卫舰正在拉网搜索,竟没有发现敌人就潜伏在脚下。

19时57分,“翰果”号艇长塔斯尼姆命令发射第一枚鱼雷。在距第乌港大约74千米处,鱼雷从“吉尔潘”号护卫舰旁边窜过,没有命中目标。潜艇将3枚鱼雷瞄准“库可里”号,测量系统精确地计算方位、距离、角度和速度。一切准备完毕。发射!真主保佑!1枚鱼雷正巧击中“库可里”号的弹药库,引起大爆炸。

“吉尔潘”号迅速反应,对潜艇发起攻击。由于不知道潜艇的准确方位,没有精确的测量系统,只能向潜艇大概位置投掷深水炸弹。深水炸弹一枚又一枚抛向海中,潜艇被震得东倒西歪。“库可里”号在不到两分钟的时间里沉没,共有18名军官和176名水兵葬身海底,76人被救生还。

高高的个子,颇有将军风度的45岁的“库可里”号舰长穆拉,曾在英国海军受训,是位反潜专家。当反潜护卫舰快要沉没时,军官们将救生衣递给舰长让他逃生,舰长却把救生衣扔给士兵,并把两名上尉推出了战舰。穆拉说:你们先走!不要为我担心。上尉们开始游远,回头看见了震撼的一幕:舰长嘴里叼着一支雪茄,手抓战舰栏杆,昂首挺胸与战舰一起沉没。

当时,印度海军已经将巴基斯坦的海军主力几乎消灭。“库可里”号是印度第一艘被巴基斯坦潜艇击沉的战舰。印度军舰居然在自己国家海域里被巴基斯坦潜艇击沉,震动了整个印度。《印度快报》说:这是印度海军战舰最大的一次伤亡事件。印度海军认为,当天是有史以来最悲伤的一天。如果印度拥有先进的探测、测量装备,没等巴潜艇进攻就击沉它了。

印度海军恨得咬牙切齿,驱逐舰、护卫舰以及反潜飞机立即出动,在整个海域展开全力追杀。潜艇每次上浮换气,印军巡逻机就会很快发现,但随后赶来的印军战舰却很难再找到潜艇。3天的追杀,印度战舰总共投掷了156枚深水炸弹,但没有伤到“翰果”号一根毫毛。

潜艇到底在哪儿呢?“翰果”号潜艇已安然回国。官兵们受到英雄般的欢迎。塔斯尼姆艇长英勇机智,后来晋升为海军中将。2004年,他曾作为友好使者访问印度。“库卡里”号舰长穆拉被追认为印度英雄,一座大理石雕像位于印度海军大学里。

战争中,印度深感科技就是力量,精确才能成功。未来战争一定在太空打响,50多年来,印度一直在抢占太空制高点。印度希望下一次战争不仅在地面上战胜对手,在太空也可以战胜对手。

2010年7月12日,印度空间研究组织在萨迪什·达万航天中心“一箭五星”发射成功。“一箭五星”中的“测绘星-2B”卫星格外引人瞩目。这颗卫星称为“测绘卫星”,但从结构、仪器、功能上看不仅是纯正的测地卫星,还能成为间谍卫星。它运行在高630千米、倾角97.9°的太阳同步极地轨道上,轨道周期97.4分钟,重访时间4天,穿越赤道时间为每天的9时30分。

“测绘星-2B”卫星呈六角形,重694千克,卫星平台2.5米×2.4米,4片太阳能帆板电功率930瓦,设计寿命5年。卫星星体采用碳纤维复合材料,姿态和轨道控制系统采用三轴稳定系统,指向精度为±0.05°,跟踪精度为0.01°。卫星装载了几种先进仪器:2轴单镜相机,碳纤维增强塑料电光学结构,重量很轻的大型反射镜,固态记录仪,高转矩反作用轮,高性能传感器等。

地球资源卫星

世界上最长的河流叫亚马孙河。亚马孙河发源自安第斯山脉,流至大西洋,一路蜿蜒6992千米。亚马孙河流域面积大约705万平方千米,约占南美洲巴西国土面积的60%。这里原始森林密布、野兽出没、人迹罕至。《探索》栏目称它为“深不可测的亚马孙河”。《国家地理》、《探索》、《动物星球》和《冒险》等栏目常年派遣科学家在这里拍摄科考节目。

“先生们、女士们:亚马孙河流域调查是世界上最大的陆地调查计划。欢迎参加!”

“总裁先生,如果要进行人工勘测,可能需几千人工作100年以上,耗资百亿美元。这么长的时间、这么大的投资,我们有能力解开亚马孙河之谜吗?”

“亚马孙河杀手很多。那里到处是狼蛛、吸血蝙蝠、电鳗、吸血鬼鱼,还有攻击性很强的公牛鲨以及成群的鳄鱼。疟疾、登革热、狂犬病是我们的天敌。怎么样保证我们的安全?”

“总裁先生,我们可能被水虎鱼吃掉、在急流中淹死,甚至遭食人部落袭击。当我们遭到原始食人部落的袭击,很可能被活生生地吃掉!我们是劝他皈依基督呢,还是大喊: 总裁先生,救命!”

长期以来,亚马孙河流域的资源状况一直是个谜。20世纪90年代,人们没有费太大的劲,就对世界第一大河流域的地形地貌、水源、土壤植被、森林、动物、矿藏等资源了如指掌了,并且发现了一条上千千米长的大支流。是谁帮了这个大忙呢?