空间天文观测航天器
空间天文观测航天器[1]（vehicles for space astronomical observation ）
把观测仪器送到离地面几百公里高度以上的宇宙空间进行天文观测的航天工具。空间天文观测﹐又称为大气外观测。虽然人们在卫星上天以前﹐已开始利用飞机﹑气球﹑火箭进行探测。但是它们有很大的局限性。飞机飞行的高度约10～25公里﹐使红外观测得到改善﹐但要接收高能的短波辐射仍无能为力。气球的飞行高度虽比飞机高﹐但气球上面的大气对天文观测仍有影响。火箭又有观测时间短暂的弱点。利用航天器进行天文观测﹐兼有高度高和观测时间长的优点。航天器的高度一般都在几百公里以上﹐从而可以避开地球大气和地磁场的影响。航天器的工作寿命一般为几个月至几年。利用航天器进行空间天文观测﹐不但可以观测太阳系天体所有波长的电磁辐射﹐而且还可观测到不同能量的粒子辐射。对于恒星﹐其观测波长仅受星际气体吸收的限制﹔而对于月球﹑行星和行星际空间﹐则可作直接采样或逼近观测。
一个完整的空间天文探测系统包括航天器﹑运载火箭和地面支援设备三大部分。航天器是装载科学仪器﹑执行探测任务的主要部分。进行空间天文观测的航天器必须具有控制自身姿态变化的能力﹐具有精确的定向精度﹐以完成证认天体﹑确定辐射空间分布和辐射源位置的任务。为了进行复杂的科学考察﹐航天器还必须具备大规模数据贮存和快速传输的能力。近年来世界各国相继发射了大量航天器。为了执行各种特定的使命﹐还发射了一系列考察卫星﹑行星和行星际的航天器﹐构成不同的观测系列。
天文观测卫星系列 目前﹐使用得最多的空间天文观测器是天文卫星。根据观测对象和任务的不同﹐天文卫星可分为太阳观测卫星和非太阳探测天文卫星。有些卫星兼有太阳观测和非太阳探测的性能。表1
太阳观测卫星 从空间观测太阳﹐主要是利用地球轨道太阳观测卫星﹑某些深空探测器和天空实验室上的阿波罗望远镜装置。此外﹐许多地球物理探测卫星﹐例如﹐轨道地球物理台(OGO)系列﹐也有太阳观测实验项目。二十世纪六十年代初期﹐美国相继开始发射两个持续整个太阳活动周的太阳观测卫星系列──太阳辐射监测卫星(SOLRaD)轨道太阳观测台 (OSO)系列。苏联的太阳观测卫星﹐除“宇宙号”系列中的某些卫星以及苏联和东欧国家合作的“国际宇宙”系列中的一些卫星外﹐主要包括在“预报号”系列中。“预报号”和行星际监测站 (IMP)系列分别为苏联和美国用来作为研究日地关系﹐考察太阳风﹑行星际磁场﹑地球磁层以及行星际物质等特性的行星际监测站。此外﹐欧洲空间局先后发射了研究太阳和辐射的国际辐射研究(IRIS)卫星﹐以非太阳探测为主﹑太阳观测为辅的“特德”-1A(TD-1A)卫星﹐并与美国合作发射了“国际日地关系探险者”(ISEE)。西德与美国合作发射了“太阳神”(Helios)卫星。“太阳神号”到达离太阳约 0.3天文单位处﹐进入日心轨道﹐是目前最接近太阳的深空太阳观测器。天空实验室是多用途的实验性载人轨道空间站﹐它携带的阿波罗毒狄钥杉猢p紫外和 X射线等波段对太阳进行高分辨率的电视和照相观测。
非太阳探测天文卫星 非太阳探测天文卫星﹐分别以某一波段或某几个波段巡视天空辐射源﹐测定其方向﹑强度和辐射谱特徵﹐观测银河系和河外天体。美国的非太阳探测卫星主要有轨道天文台 (OAO)﹑射电天文探险者(RAE)﹑小型天文卫星(SAS)和高能天文台(HEAO)。其他国家和组织也已发射一些非太阳的天文卫星﹐其中较主要的有﹐欧洲空间局的“特德”-1A(TD-1A)卫星﹑宇宙线观测卫星-B(COS-B)﹐荷兰和美国联合发射的荷兰天文卫星(ANS)﹐英国的“羚羊”5号(Ariel-5)卫星﹐法国的紫外天体分析卫星(AURA)﹐法苏合作的“信号” 3号(Signe-3)卫星﹐苏联的“宇宙”215号卫星等。
月球﹑行星和行星际的探测器系列 航天器飞出地球后就可成为对月球﹑行星和太阳系其他天体以及行星际空间进行直接采样或逼近观测的探测器。表2
月球探测器 自1959年苏联发射飞向月球的第一枚月球火箭──“月球”1号以来﹐一些国家已发射了各种月球探测器以不同方式(逼近飞行或硬著陆﹑轨道环行﹑软著陆﹑取回样品﹑载人登月飞行等)﹐通过拍照﹐自动测量﹑采样分析﹑实地考察﹐对月球及其附近空间进行了详细考察。美国先后发射了“徘徊者”﹑“月球轨道环行器”﹑“月球勘测者”和“阿波罗”等四种月球探测系列。“徘徊者”7～9号较为成功地完成了任务。五枚月球轨道环行器3﹑5﹑6号分别在月球上实现软著陆。阿波罗月球探测是美国最庞大的月球探测计画。苏联的月球探测计画主要是“月球号”系列。“月球”1～3号为初级阶段﹐目的是飞向月球﹐实现硬著陆﹔“月球”4～14 号为中级阶段﹐试验在月球软著陆技术﹐绕月飞行考察月球空间﹐并研究月球土壤﹔“月球”15号以后为高级阶段﹐发展成月球自动科学站。“月球”16号实现不载人的自动挖取月球岩石样品并返回地球。“月球”17号和“月球”21号各携带一辆月行车﹐软著陆后﹐月行车由地面站操纵﹐在月面上自动行驶考察。
行星和行星际的探测器 已发射的行星和行星际的探测器系列有美国的“先驱者”﹑“水手”﹑“海盗”﹑“旅行者”和苏联的“金星号”﹑“火星号”和“探测器”。
它们分别飞向金星﹑火星﹑水星﹑木星和土星﹐以逼近飞行或在行星表面软著陆方式﹐通过拍照和自动测量﹐研究行星表面﹑行星大气以及地球到这些行星之间的行星际物质。此外﹐行星际监测站和“预报号”系列测量了地球周围的行星际空间。向更遥远的外行星的飞行﹐由于飞行时间长和飞船离太阳越来越远﹐无法利用太阳能供电﹐必须设计特殊的航天器。
载人轨道空间站 随著空间技术的发展﹐现已发射实验性的载人轨道空间站──天空实验室。它可进行广泛的科学实验和应用研究﹐除生物医学﹑地球资源勘测和综合性实验外﹐也担负空间天文观测的任务。未来的轨道空间站﹐将利用航天飞机承担把人员和仪器设备运送到空间站去并在空间站进行维修的任务。
参考书目
祝君译﹕《宇宙飞船﹑宇宙探测器﹑人造地球卫星》﹐科学出版社﹐北京﹐1973。(H. Pfaffe und P.Stache﹐Raumschiffe Raumsonden Erdsatelliten﹐VEB Verlag fr Verkehrswesen﹐Berlin﹐1970.)