从“天宫”星旅看太空资源和平开发战略(一)
摘要:21世纪是人类和平探索与开发利用外层空间的新世纪。在科学技术突飞猛进、全球化趋势日益明显的新时期,为了解决人类共同面临的生存和发展问题,需要更加广泛和深入的航天国际合作,加强航天国际合作已成为世界航天国家的必然选择。2011年9月29日我国成功发射“天宫一号”卫星,“天宫一号”是中国发展载人航天能力中的“适应、稳健的一步”,它极富象征意义,是中国与其它国家共商全球航天问题的关键性举动。本文从《月球协定》到美国奥巴马政府的《国家安全空间战略》进行了战略分析,对我国太空探索、国际太空事业合作以及全人类的太空和平事业将产生积极地推动意义。 关键词:天宫星旅、月球协定、太空资源、和平战略
自人类诞生起,浩淼的星空一直是人类敬畏和向往之地,太空中闪烁着的点点繁星视乎在呼唤着我们前往。虽然人类已经将自己的活动疆域拓展到了外太空,但登陆火星这颗美丽的行星邻居似乎依然是我们遥远而旖旎的梦想。不过,无所畏惧的地球人却已经悄悄吹响了太空文明的集结号,你听到了吗?21世纪是人类和平探索与开发利用外层空间的新世纪。在科学技术突飞猛进、全球化趋势日益明显的新时期,为了解决人类共同面临的生存和发展问题,需要更加广泛和深入的航天国际合作,加强航天国际合作已成为世界航天国家的必然选择。可以预料,在国际载人航天合作大潮的推动下,世界载人航天事业必将蓬勃兴盛地发展下去。“握手”太空的轨迹,身后一片辉煌,前方定会遍地灿烂。2011年9月29日我国成功发射“天宫一号”卫星,“天宫一号”是中国发展载人航天能力中的“适应、稳健的一步”,它极富象征意义,是中国与其它国家共商全球航天问题的关键性举动。著名哲学家康德曾说:“世界上只有两样东西是值得我们深深景仰的,一个是我们头上的灿烂星空,另一个是我们内心的崇高道德法则。”确实如此,千百年来,灿烂的星空一直是人们无限最求的一个梦想。为了实现这个梦想,人类创造过奇迹,开创辉煌,当然,更沉淀出了一种精神——航天探索精神。这种精神不仅体现在一代代航天功臣和英雄身上,亦演绎成一句句脍炙人口的经典话语。“地球是人类的摇篮,但是人类不会永远生活在摇篮里。”“人类不断地争取着生存世界和空间,起初小心翼翼地穿出大气层,然后就是征服整个 太阳系、银河系……” 一、灿烂星河中的“天宫”漫步 “天宫一号”这个名字使我们大都数人都会联想到中国古代的四大名著之一《西游记》里的孙悟空大闹天宫。此外,“天宫”是中华民族对太空的通俗叫法,也符合中国航天探索未知 宇宙,晓得宇宙奥秘的精神。因此,以“天宫一号”为目标飞行器命名,应该会很好得得到自己国人的共鸣。这个飞行器实际上就是空间实验站的雏型。从“神七”到“神十”,是为了检验航天员太空实验的能力和对接空间实验站的技术成熟度。此后就是载人航天工程的第三步——实现建立太空实验站并进行料理。届时将会交替发射载人飞船和货运飞船。天宫一号的学名叫“目标飞行器”,因为,其后发射的几艘神舟飞船将与它进行对接,完善航空器交汇对接技术。用专业人士的话说,“天宫一号”既是一个空间交会对接的目标飞行器,又是一个简易的空间实验室,中国准备利用这个平台,要进行空间实验室的有关技术试验。天宫一号空间实验室长约9米、最大直径3.35米、重量约8.5吨,采用两舱结构,分别是实验舱和资源舱。实验舱本体分为前锥段、圆柱段和后锥段;密封的前锥段和柱段为航天员短期驻留提供了在轨生活工作空间,可容纳3名航天员生活;后部非密封的后锥段安装再生生保设备;在前锥段前部还装有空间交会对接设备。资源舱则包括发动机和电源装置等,外部安置太阳翼,用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。天宫一号目标飞行器将使用折叠式的5片太阳能电池板,这是中国中低轨道航天器最复杂的太阳翼设计。 首先,天宫一号要完成交会对接任务。中国载人航天发展采取了三步走的发展战略,从神舟一号到神舟六号,实现了载人飞船把航天员安全地送上天又安全地返回地面,这是第一步的发展战略;第二步要解决出舱活动和交会对接技术;第三步是建造中国的空间站。在第二步当中,神舟七号已经实现了出舱活动,实现了技术突破,而交会对接就是要解决空间站建造时最关键也是最不可逾越的技术。未来的空间站建造是多舱段组合在一起的,交会对接技术是最关键的一项技术,也是重要的技术基础。其次,天宫一号目标飞行器是我国首次研制发射的低轨道长寿命空间飞行器。它的特点不同于载人飞船,载人飞船是天地往返运输工具。天宫一号主要用于一定规模的空间科学试验,同时完成交会对接任务,为航天员提供驻留的工作和生活条件。可以说,天宫一号也是未来空间实验室的雏形。再次,天宫一号目标飞行器采用了多项的新技术。这些新技术主要采用在空间技术方面,也是为将来空间站的建造和试验做先期的技术验证。最后,天宫一号目标飞行器是目前我国研制的最大的载人航天器。在这个最大的载人航天器中,我们做了多项人性化的设计,为航天员提供的工作和生活空间有15立方米,有锻炼和娱乐设施。航天员可以实现与地面之间可视的电话通信,也可以从事个人娱乐活动。天宫一号目标飞行器作为交会对接的目标,与飞船配合完成空间的交会对接任务。实现飞船和天宫一号目标飞行器对接完成后的组合体的控制和管理。神舟八号和天宫一号实现空中的交会对接后,两个飞行器合成一个飞行器,要实现能源、信息、热环境、姿态、轨道控制等的整体控制和管理,这项任务由天宫一号承担。实现航天员的在轨驻留、生活和工作,为航天员提供在组合体内工作生活所需的基本条件。进行空间技术试验,为未来空间站的建造进行先期的技术验证。 进入21世纪以来,欧洲、日本、中国、印度、美国、俄罗斯、英国、德国和韩国纷纷开始制定或实施太空探索计划,在全球掀起新一轮太空探索热,并呈现出许多与以往不同的新特点。继日本、中国在2007年先后发射了月球探测卫星之后,2008年,印度和美国也将发射月球探测卫星,从而使全球月球探测再掀热潮。据报载,我国已有数家单位分别研制成功了月球车和火星车。有的月球车还在2003年中国国际空间技术展览会上登台亮相,使广大观众以为这就是我国未来要登月的月球车。另据我国月球探测工程首席科学家称,目前我国正在研究、研制月球车的单位已有10多家。“小荷才露尖尖角,早有蜻蜓立上头。”我国月球探测工程的“绕、落、回”三步曲,刚开始第一步研制月球轨道器。第二步用月球车在月面巡视探测正在规划之中,在月球车的研制任务尚未确定的情况下,国内就有众多单位自发地投入开发,这是十分可喜的现象。这表明,研究开发月球车的高新技术倍受青睐,月球探测深得人心,也是我国的航天事业日益受到社会各界关心和支持的象征。我国已开始实施月球探测工程。国际上有一个外空条约叫《月球协定》,这个协定对国际太空资源的和平开发将产生重要的战略影响。 二、《月球协定》轻拂烟雨城廓 《月球协定》的正式名称为《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》,于1979年12月5日由联合国大会通过,1979年12月18日开放签字,1984年7月11日生效。截至2000年6月,只有澳大利亚、奥地利、智利、墨西哥、摩洛哥、荷兰、巴基斯坦、菲律宾和乌拉圭等9国批准了《月球协定》;另有法国、危地马拉、印度、秘鲁和罗马尼亚等5国签署了协定,但未批准。世界上大多数国家尚未批准或加入。我国只批准了《外空条约》、《营救协定》、《责任公约》和《登记公约》4个外空条约,但也没有签署《月球协定》。《月球协定》共有21条,其主要内容是确定了探索和利用月球的3项基本原则:(1)月球应专用于和平目的,禁止各种军事利用;(2)自由探索与国际合作;(3)月球及其自然资源为人类共同的继承财产。这些原则对于世界各国探索和利用月球的活动具有普遍的指导意义和规范作用,但世界上大多数国家,特别是空间大国未批准或加入,不是缔约国。协定对非缔约国没有法律上的约束力。 从《月球协定》看,我国开展月球探测有以下几点意义。月球探测将在国际上避一步树立我国为和平目的探索、开发和利用外层空间和月球的形象。《月球协定》第三条第一款规定:“月球应供全体缔约国专为和平目的而加以利用。”尽管((月球协定》对非缔约国无法律约束力,但它毕竟是联合国大会通过的五部重要的国际空间法之一,具有指导意义和规范作用。“专为和平目的探索和利用外空与月球”已成为国际公认的准则与时代发展的潮流。我国在外空活动领域中一向高举“和平探索与利用”的旗帜,坚决主张和积极支持外空非武器化;在国际裁军谈判会议上,倡导讨论和缔结防止外空武器化和外空军备竞赛的国际条约。我国探月一期工程一环月探测的目标是:获得月球表面的三维图像;探测月球表面可利用元素的种类、含量及分布;测量月壤厚度和探测地月空间环境。这些目标均属科学性质,完全符合“月球协定》“专用于和平目的”的规定。我国实施探月工程将进一步显示中国和平发展,及为人类探索与和平利用外空和月球做出新的努力。 月球探测为我国未来参与国际月球资源开发与分享,及维护月球权益创造条件。《月球协定》第十一条规定:“月球及其自然资源均为全体人类共同的继承财产。”“月球不得由国家依据主权要求,通过利用或占领,或以其他任何方法据为己有。”“月球的表面、表面下层或其任何部分以及其中的自然资源,均不应成为任何国家、政府间或非政府国际组织、国家组织或非政府实体以及任何自然人的财产。在月球表面或表面下层,包括与月球表面或表面下层相连接的构造物在内,安置人员、外空运载器、装备设施、站所和装置,不应视为对月球或其任何领域的表面或表面下层取得所有权。”一些空间大国之所以未签署《月球条约》,重要原因之一是他们不愿接受“月球及其自然资源是全体人类的共同继承财产”这一规定。对((月球协定》的条文也存在不同的理解。有人认为,所谓“全体人类的共同继承财产”只意味着月球及其自然资源对全人类开放,月球是全人类活动的范围,除此以外,不具有任何进一步的意义。还有人认为,作为人类共同继承财产的月球自然资源是指“原位”的,一旦开采出来,就应属于开采者所拥有。《月球协定》还规定:“一俟月球自然资源的开发即将可行时,建立指导此种开发的国际制度。”这一条款表明,一旦到了月球有开发价值时,将会另行制定开发月球的国际制度。那时候,谁有开发能力,谁就有发言权;谁的开发能力大,谁的发言权就大。《月球协定》第十一条还规定:“所有缔约国应公平分享这些资源所带来的惠益,而且应当对发展中国家的利益和需要,以及各个直接或间接对探索月球做出贡献的国家所作的努力,给予特别的照顾。”规定中虽有“对发展中国家的利益和需要,给予特别的照顾”的文字,但实际上很难落实。利益大小总是与参与国对开发月球所作贡献的大小成比例。国际事务的历史和现实证明,“发展是硬道理”,“实力胜于雄辩”。我国开展月球探测,可为未来开发月球资源奠定必要的物质技术基础,一旦时机成熟,我国就能直接或间接地参与国际月球资源开发活动。只有这样,我国才能在将来制定国际月球开发制度中拥有发言权,才能分享和维护我国有关月球的利益和需要。 月球探测将为我国在月球太空制高点上占有一席之地做准备。《月球协定》第三条规定: “在月球上使用武力或以武力相威胁,或从事任何其他敌对行为或以敌对行为相威胁概在禁止之列。利用月球对地球、月球、宇宙飞行器、宇宙飞行器或人造外空物体的人员实施任何此类行为或从事任何此类威胁,也应同样禁止。”“缔约各国不得在环绕月球的轨道上以及在飞向或飞绕月球的轨道上,放置载有核武器或任何其他种类的大规模毁灭性武器的物体,或在月球上或月球内放置或使用此类武器。”“禁止在月球上建立军事基地、军事装置及防御工事,试验任何类型的武器及举行军事演习。但不禁止为科学研究或为任何其他和平目的而使用军事人员;也不禁止使用为和平探索和利用月球所必要的任何装备或设备.《月球条约》对月球非军事化的规定,比《外空条约》彻底、严格和具体。问题是《月球协定》能否得到全面遵守,特别是能否为拥有军事空间力量的大国所遵守。拥有空间军事实力的大国至今未批准该协定,这些条款对他们没有法律上的约束力,并不能禁止他们将月球用于军事目的。空间大国都批准并遵守的((外空条约》只禁止在外空放置核武器和大规模毁灭性武器,对常规武器及军事装置未加限制。事实上,美国正在积极发展太空武器,力图控制太空,以实现其40多年前就提出的“谁能控制太空,谁就能控制地球”的野心。月球是天赐的、无偿的太空制高点,其正面始终对着地球,虽然离地球远了一点,但仍是一个高度稳定的太空平台,存在着潜在的军事用途。美国已公开宣称,把“国家安全”作为其重返月球的战略目标之一。 历史的经验值得注意,一旦空间大国实现了月球的军事利用,譬如说,在月球上设置了能威胁地球的军事装置以后,它就可能采取“只许州官放火,不许百姓点灯”的双重标准,回过头来,以参加并执行《月球协定》或“防扩散”为借口,阻止或限制其他国家发展月球的军事应用。因此控制与反控制太空的斗争将不可避免。面对这种态势,我国应保持清醒的认识,作好两手准备:一方面要继续坚持和平利用外空和月球,反对外空武器化,反对月球军事化;另一方面,也不能甘于受制,要居安思危,有备无患。开展月球探测将为我国未来在月球太空制高点上占有一席之地做准备,为反控制太空增添一份力量。 三、咫尺天涯的太空资源在眼前追寻 在太空人阿姆斯特朗登上月球静海区域之前,即到1969年7月20日为止,已经进行了45次无人探月飞行,其中美国为26次,前苏联为19次。阿波罗号开始登月后至1976年前苏联又进行13次无人探月飞行。有擦过月球而成为绕日人造行星的,也有成为月球的人造卫星的,有硬着陆的,也有软着陆的。软着陆可把象征国家的标记射上月球,留做纪念。由于月球的自转周期与公转周期相等,天文学家在地面上无法对其背面进行观测,因此前苏联在火箭击中月球之后,接着就在第一颗人造卫星上天二周年发射了月球3号飞行器,把月球背面的照片传回地球。这无疑也是太空活动初期的壮举之一,使人类开阔了眼界,获得新知。无人月球探测器对99%以上的月面都拍摄了图像,个别地区和岩石还拍摄了立体图。科学家们终于能够绘制出月球全球的详细地图。飞行器上的各种传感器以及软着陆于月球正背两面的自动探测器对近月辐射环境、磁场、引力变化、月面热辐射、月面反射率、月面土壤密度、月面物质的放射性等进行了测量;对月面物质进行了化学分析;用铲子对月面进行自动挖掘。初期的对月探测证实月球表面无空气无水无生物。发现月球在近地点或受到其他外力时引发有类似地震的月震发生。科学家还利用探月飞行器在月食条件下拍摄地球的照片;利用在月面着陆的仪器探测地球上的人造光;在月面试验测定方位;在月球上进行着陆后再次起飞的试验;前苏联还在月面进行光遥测设备试验;把一个机器人送上月面工作了11天;用旋转和冲击方法进行钻探;把月球土壤样品带回地球等。美国在20世纪610年代对月球更多的探测,显然是为阿波罗载人登月计划进行充分的准备。在当时的冷战年代,探月的成就更多地被看做军备技术竞赛的输赢,为霸权和扩张野心服务,甚至盖过了科学技术上的进步意义。对月发射自然对火箭技术,特别是对火箭的推力和瞄准精度提出了更高的要求。对月球的逼近观测、软着陆等则需要更好的自动化和控制技术。各种探月轨道的设计和实施也促进了太空动力学和计算机软硬件的发展。远距离跟踪测轨、信号图像传输在当时乃是需要克服的主要技术难关,解决好有助于为进一步深空探测积累经验、搭“跳板”或建站。 实现载人登月被很多人誉为20世纪人类最伟大的活动不无道理。月球是人类首次登上的另一个天体,是迄今为止依靠人类自己的力量能够踏上的惟一星球,也是人类今后对浩瀚的宇宙进行永无止境的实地踏勘所迈出的第一步。登月梦想的得以实现,乃是人类智慧的结晶,是人类几千年文明的一个突出体现,也是人类科学技术发挥巨大力量、展示无穷潜力的有力佐证。30万人和400亿美元的巨大人力物力投入,也是世界史上宏伟工程中所少有的世纪壮举。计划执行中还创造了大工程的先进管理方法——系统工程,带动了工程技术和管理的发展。阿波罗计划一共进行了11次飞行。其中有6次是载人登月飞行,在1969~1972年间有12名太空人登上过月球,拍摄的电影胶片总长度达12 km。太空人从月球取回了2000多份岩石和土壤标本,总重量达382 kg。太空人还乘坐过4辆月球车在月面上巡视探测,查看早先发射至月球的无人飞行器“勘察者3号”,并在月面安装自动探测仪器。 月球探测不仅揭开了月球背面的秘密,而且依靠在月面上安放的激光反射器,使得地月间距离的测量精度提高到23 cm,发现月球在接近地球时有类似地震的月震发生。尤其是阿波罗计划的绕月和登月探测以及对大量月球标本的分析研究,提供了有关月球起源演化及其地质构造的珍贵信息。研究表明月球的年龄至少有45亿年。关于月球的最早来源,科学家之间仍有不同的看法,主要有4种理论解释:其一是月球作为一个独立的天体与地球一起形成;其二,月球是在地球形成的初期从地球母体“撕裂”出去的;其三,月球在其他地方形成之后被地球引力所捕获;其四是地球与另一火星大小的天体之间的碰撞所形成。现有的探测结果对最末一种理论较为有利,但远未定论。根据碰撞理论,约在45亿年前,一颗火星大小的石质行星与早期的地球相撞,汽化了的碎片在地球附近形成类似于土星光环那样的云状物质绕地而转。这些主要由碰撞星石质部分形成的物质很快聚积而成单一的天体,即月球。物质的快速聚集所释放的热量使刚成型的月球处于熔化的岩浆状态。当矿物质在岩浆中开始结晶时,密度较低的富铝矿物上浮形成约70 km厚的月壳,而高密度的富铁矿质下沉至岩浆底部晶化形成月幔。大约在45~44亿年前,月球最终分层为月壳、月幔,也许还有一个不大的月核。而月幔构成了月球的绝大部分质量。月球形成的头几百万年间,留下的遗迹极少。 初期的月球温度很高,岩浆仍不断地渗透人固化的月壳.估计这个过程持续了约3亿年。因为活动异常的激烈,造成了极为复杂的、由各不同种类的矿质构成的月壳。今天在月球表层的角砾岩等岩石中可找到含有各种矿质碎屑的复杂结构,在遥感资料中还发现露出月面的各种岩床,如大环形山中间的尖峰等。约在43亿年前开始有部分熔化的月幔岩浆像火山爆发那样流出在月面上,这个过程大约持续到30亿年前,在地球上可看到的月面上较暗的区域,早期的天文学家称之为海,估计就是在这个时期形成的。在此期间小行星等天体碎片的撞击,使其表面留下了许多大小不等的环形山,在较深的地方留下了许多的破碎的岩石。虽然月面上类似火山的活动可能一直延续到约10亿年前,但自30亿年前到今天,月球上看来并没有发生过剧烈的火山活动。月面的主要变化是由于大量微流星(直径小于1 rain)的碰撞、吸积,太阳和恒星各种辐射的照射,以及频次不很多的大流星体的轰撞。当然,近年来影响月面的还有人类的探月飞行器和登月的太空人。长年累月的流星物质积聚使月球表面岩床上面覆盖了一层杂乱无序的尘埃、细小的碎片和乱石块,厚度约为数米,被称为月球的风化层或土壤。由于月面土壤直接曝晒在宇宙线辐射和太阳风粒子之下,因而使月面尘粒体内沉积了以氢为主的气体分子。这也是保留了太阳输出物长达30亿年的历史记录。适度的加温(约高于700%)可从月球土壤中回收这些来自太阳的气体。对未来永久性的月球基地来说,是火箭燃料和生命维持系统所需的宝贵资源。当代的月球虽然仍偶尔遭受着流星体的轰击以及由地球潮汐力引发的轻微月震,总的说它是一个不活动的稳定天体。即使人类已经对月球进行了如此多的探测研究,但仍跟几乎所有的太空探测一样,新产生的问题比已回答的问题要多得多,对月球的起源和演化问题的了解仍是极为粗浅的。对月球探测研究的兴趣,不只是它的迷人之处,从太空学的角度来看,它是2l世纪人类太空活动的主要目标之一。现在世界各太空大国都在制订探月和重返月球的宏伟计划。月球无疑将是人类建立永久性地外基地的无可争辩的首选星球。上世纪90年代以来再次掀起的探月高潮是开始为此进行必要的前期准备。最突出的是1998年1月6日美国发射的“月球勘探者号”飞行器,发射几天后进入了100 km高度的月心极轨,对月球表面进行了一年多的地质化学探测研究。有效载荷有5项:多普勒重力仪,y射线光谱仪,磁强计/电子反射计,中子谱仪和a粒子谱仪。对来自月壳上层的中子能量的分析证实了月球土壤中含有大量的氢,主要集中在月球的南北极区,表明这些区域可能沉积着大量的水冰。估计它是由冰冻的彗星带上月球的。由于月球两极区域长期照不到太阳,温度很低,得以保存至今。如属实必将进一步鼓舞和促进人类在月球建立永久性基地的太空活动,可谓20世纪对2l世纪人类重返月球的最好献礼。日本于1999年发射的“月球一A”探测器还将在月球的正、背两面穿透进月壳深处,以探测月球的内部构造。 人类的太空活动从幻想开始,经历漫长的道路,至今已成为全球政治、军事、经济以及普通人日常生活中不可缺少的组成部分。太空学的形成和发展有利于全人类。人们在高兴地看到它为各国经济的发展、生活质量的提高所起作用的同时,也不能不忧虑地注意到它的另一侧面。太空科技一开始就成为军备竞赛和冷战的工具。军事需求大大促进了太空学的发展,而太空学的发展又使航天手段成为战争行动中日益重要的有力工具。近地空间已经成为现代立体战争的重要基地。航天大国始终把掌握“制天权”看做是军事战略的要点,他们对从太空获取情报的手段、攻击型的太空武器、卫星的攻防手段、光和粒子的高能射束武器以及天基信息系统等高新技术的发展始终没有放松。如果人们在憧憬未来的时候忽视了人类太空活动中这危险的一面,那么,随着太空科技的不断发展,给世界带来的也许将是巨大的灾难。太空活动不是孤立的事件,它与人类社会有着紧密的关系。它的发展规模和步伐受到了社会政治、军事、经济,以及自然因素、人为因素、领导人的决策决心等诸多因素的影响。这会使它的发展道路变得更加崎岖,但人类和平利用太空的事业及太空学的发展是一定不会停止不前的。? 随着全球太空资源开发热潮的进一步高涨和未来太空作战趋势的加剧,地球外层空间正逐步变成新的军事斗争领地。在这种新的军事斗争形式中,空间目标监视系统起着基础性和关键性作用。空间目标监视系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪,确定可能对航天系统构成威胁的航天器的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性;对目标特性数据进行归类和分发。空间目标主要指卫星,包括工作的卫星和不工作的卫星,同时也包括各种空间碎片,如进入空间轨道的助推火箭、保护罩和其他物体,还包括进入地球外层空间的各种宇宙飞行物,如彗星和小行星。空间目标监视具有重要的军事价值,不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力,还可以预测空间物体的轨道,对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击进行告警等。 目前最先进的空间目标监视系统还是冷战时期美苏两国为监视敌方导弹进攻及侦察卫星而建造的地基跟踪系统。在两大系统中共有50多部雷达及各种光学和光电探测器,每天平均进行15万次观测,以保持对约1万个太空物体的跟踪。它们能探测到低轨道上10cm大小和地球同步轨道上1m大小的碎片。在美国,最先进的超级计算机也投入到了对太空垃圾的监视当中。超级计算机拥有超强的处理能力,它能用复杂的运算技术对太空监视系统拍下的照片进行处理,大大提高照片的质量,帮助科学家们判断太空垃圾的类型和危害程度。我国也启动了“空间碎片研究行动计划”,预计到2015年,我国将初步具备观测空间碎片的能力,并建立空间碎片动态数据库。此外,中科院南京天文仪器研制中心研制出一种精度高、光力强的太空垃圾探测望远镜,它将大大提高我国针对太空垃圾和人造卫星观测的精度。 传统的空间目标监视多采用地基光学望远镜、雷达探测器及无线电信号探测器组成的监视网,对空间目标进行探测和跟踪。这种方式的优点是技术成熟、投资成本低,能够对空间目标进行有效搜索和跟踪,但易受气象、地理位置和时间限制。为了提高空间目标监视能力,美国、加拿大等国都开展了建立天基空间目标监视系统的计划。天基空间目标监视系统的优点是不受地理位置和气象条件限制,探测效果好,且战时生存能力强,但造价高,星上信息处理能力有限,功率也无法和地基监视系统相比。天基空间目标监视系统是未来进行空间目标探测和跟踪的重要发展方向。地基空间目标监视系统发展现状 目前,美国和俄罗斯都建立了较完善的也基空间目标监视与跟踪系统。美国对空间目标的监视与跟踪主要是由“空间探测和跟睐系统”(SPADATs)中的观测设备来完成。比外,还采用了导弹核打击预警系统的设备、美国国防部的航天测控系统、美国和其他国家民用科研机构的无线电技术综合设施等。“空间探测和跟踪系统”本身包括空军的“空间跟踪”(SPACTRACK)系统和海军的“空间监视(SPASUR)系统。“空间跟踪”系统的用途是监视航天目标被送入轨道和在轨配置的过程,它包括6个雷达站和4个光学电子台站,对位于地球同步轨道和大椭圆轨道上的航天目标实施观测。来自这些台站的数据用于航天器轨道参数的计算,为空间防御武器提供目标指示以及采取措施保护美国的军用航天系统。“空间监视”系统的目的是在新的航天器通过狭窄的垂直屏障波束时,发现它们并预先测定其轨道参数。这个狭窄的垂直屏障波束是由部署在美国领土上的9个雷达站(3个用于发射、6个用于接收)形成的。该系统能保证对轨道倾角在30。~1 50。范围内的航天器的搜索。一般情况下,航天目标都是在发射后的第1个轨道圈上被发现,而在发现后经过l~3h才能计算出它们的初始轨道参数。 组成美国空间监视网的各种探测器,依据其性质和隶属关系的不同,可以分为3大类。第1类属于美国国防部,专门用于空间监视的探测器,称为“专用空间探测器”,主要包括贝克·纳恩相机和“地基光电深空空间监视系统”(GEODSS)等光电探测器、“海军空间监视”(NAVSPASUR)系统和AN/FPS一85相控阵雷达等雷达探测器;第2类属于美国国防部,主要任务不是用于空间监视,但可以用来担负空间监视任务的探测器,如弹道导弹预警雷达和情报收集雷达等,称为“兼用空间探测器”;第3类属于其他机构,主要任务不是空间监视,但有可以用于空间监视的探测器,在其不执行主要任务时,能用来提供空间监视数据,如靶场雷达和用于科学研究的光电探测器等,称为“可用空间探测器”。美国的这3大类探测器共同组成了一个遍布全球的空间目标监视网。从所用的探测器来说,美国的空间探测与跟踪系统主要由相控阵雷达(包括无线电系统)和光电探测器两大类探测器组成。这两种探测器各有优缺点,相互补充,构成完整的空间监视体系,探测距离超过36000km,对同一空间目标重复监视的时间间隔为5天。为了监视与跟踪宇宙空间环境,俄罗斯在其武装力量中也建立了“宇宙空间监视系统”,其中包括宇宙空间监视中心。“宇宙空间监视系统”不间断地搜索宇宙空间,发现和跟踪各种军用航天器,测定卫星的轨道参数,并通过宇宙空间监视中心向俄罗斯武装力量各军种、军区发送原始信息通报(包括卫星类型、编号与国籍,通报卫星第1圈的轨道参数以及由于摄动弓l起的每圈轨道的参数变化等),供实施空间攻防对抗使用。俄罗斯在利用光电望远镜进行空间目标监视方面水平很高,某些方面超过了美国 “天窗”系统是俄罗斯航天部队典型的有源地面光电空间监视跟踪系统,位于塔吉克斯坦境内的山区中,属于俄罗斯战略预警系统不可缺少的辅助支援手段。这种地基预警系统跟天基预警系统相比虽然小型、廉价,但能有效填补深空监视网的空白。该系统装备10台光学望远镜,每台重达36t,一般仅在晚上工作。每架望远镜根据所观察目标的高度来校正“目力”,短距望远镜跟踪200~1000km高度的军事目标,包括美国的光学侦察卫星KH—11和KH一12等;普通光学望远镜可以观察到地球上空2×104kin的卫星,例如隶属于美国国防部的GPs卫星;远距望远镜能使3.6×1 0~4×1 0km地球同步卫星轨道上的“间谍”原形毕露。“天窗”同时也监视太空垃圾,如空间试验站、火箭推进器的残骸,以及从火箭外壳剥落的一些油漆碎片。总之,透过“天窗”能观测到经过俄罗斯上空的所有人造卫星,光学望远镜会把收集到的各种信息汇集到中央控制计算机里。计算机能自动剔除无用信息,只把捕获的人造航天器的信号储存起来,然后计算出航天器准确的坐标和轨迹,确定它的功能,再将数据和图形发至航天部队司令部。 相比而言,美国的地基监视系统计算太空目标的坐标更为精确,但俄罗斯相应系统所接收的信息流量更大,可以监视更多空间目标。为此,美国采取规模战术,即除直接在太空建立空间观测系统外,还在新墨西哥州、夏威夷群岛、葡萄牙、韩国、西班牙等地设立了光电观测站,以弥补系统性能上的不足。地基光学探测器实际上就是用望远镜收集空间物体反射的光。象所有的望远镜一样,它们的使用是受限制的。例如,它们不能跟踪在地球阴影里的物体,除非这些物体自己发光。云、雾、大气污染、城市的辉光或满月时的辉光,都可能降低光学探测器的观测能力,甚至使之不能进行观测。被跟踪物体的大小及其与地球的距离大小,也是限制光学探测器能力的因素。雷达探测器不受气象、光照等条件约束,但所需功率高,造价昂贵,因此一般只用来监视中低轨空间目标。美国的深空空间跟踪系统利用灵敏的、高精确的、18.3m抛物面天线,探测和跟踪由卫星无线电信标机发射的s波段无线电信号,能够在短时间里跟踪许多卫星,但不能探测和跟踪空间碎片或完全不工作的卫星。为了克服地基系统的各种缺点,美国等航天大国开始计划和部署天基空间目标监视系统。
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