人造衛(wèi)星

鄭文光

月亮為什么不掉下來呢？

提起月亮，小學(xué)生都知道：月亮是地球的衛(wèi)星，繞著地球轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一周就是陰歷一個(gè)月……。

可是，有沒有人想到過這一個(gè)問題：月亮?xí)粫?huì)掉下來呢？

地球有很頑強(qiáng)的吸引力。它像一根無形的鏈索一樣，緊緊拴住地面上的一切物體。要抗拒這股強(qiáng)大的力量是不容易的。地球的這種吸引力是一切物體都具有的。因而，把它叫作“萬有引力”。

物體的質(zhì)量愈大，它對別的物體的吸引力也愈大。很顯然，在地球上，別的物體的吸引力是無法與地球的吸引力相抗擊的。這也說明了人為什么不會(huì)被一輛汽車或一張桌子吸走，面部牢牢地點(diǎn)在地面上。

別光是羨慕盤旋在天空上的蒼鷹！它是費(fèi)了巨大的勞動(dòng)，姑且依靠了空氣浮力才能夠飛行的。

當(dāng)然，離開地球愈遠(yuǎn)，所受到的地球引力便愈小。但是，從理論上來說，要到無窮遠(yuǎn)的空間，地球引力才等于零。這就是說，地球引力沒有“鞭長莫及”的地方。即使遠(yuǎn)離地球三十八五四千公里的月亮，也受到地球的引力。甚至月亮受到的地球引力有多大，也可以計(jì)算出來。

根據(jù)牛頓的“萬有引力定律”，引力與兩物體的距離的平方成反比。月亮和地球中心的距離正好是我們地面的物體和地球中心距離的六十一倍。那么，月亮所受到的地球引力，應(yīng)當(dāng)是我們所受到的地球引力的三千七百二十一（六十一的平方）分之一。誠然，大是不大的。可引力總是存在呀。月亮?xí)粫?huì)掉下來呢？

讓我們來看這樣一幅圖。

假定沒有地球，月亮無疑是應(yīng)該直線地向1的方向運(yùn)動(dòng)的?？墒牵瑫r(shí)地球引力卻把它扯向2處，于是，月亮便不是走向1而是走向3。

走到3處的月亮，還有繼續(xù)往前走向4的趨勢，可是地球引力仍然不放松它，把它扯向5，于是月亮便又走向6。月亮就這樣沿著3—6—9……這條曲線走下去，在空間畫出一個(gè)圓圈。

你瞧，地球引力哪一刻放松過月亮呢？只要稍一放松、只要有一瞬間沒有地球引力，月亮馬上就會(huì)給甩出去，我們的地球就失去自己的旅伴了。

可是，地球引力雖然使月亮甩不出去，為什么不會(huì)使月亮落到地面上呢？因?yàn)樵铝磷约涸谶\(yùn)動(dòng)著，它有一定的速度，這不能不影響到地球引力對它的作用。

因此，月亮所以成為地球的衛(wèi)星、并不是偶然的。任何一件物休，只要處在月亮的位置上，保持著每秒一公里的速度（這就是月亮運(yùn)動(dòng)的速度），它就會(huì)成為繞地球團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)個(gè)不停的衛(wèi)星。不管它是一個(gè)月亮、一個(gè)人、一顆炮彈、一塊石頭，都行。

在這里要記住的是，距離地球三十八萬四千公里，速度每秒一公里，這兩個(gè)數(shù)字之間有嚴(yán)格的關(guān)系。月亮運(yùn)動(dòng)速度只要快百分之五十，就會(huì)毫無留戀地遺棄了地球，向宇宙空間揚(yáng)長而去；而如果慢一點(diǎn)點(diǎn)呢，不管它愿不愿意，就會(huì)像一個(gè)癟了的氣球一樣，落到地面上來。

把人造衛(wèi)星射向天空

從月亮的例子裹，說明了什么呢？

說明了：只要有一定的速度，就能夠抵抗地球的引力。

這所謂“一定的速度”，是要看跟地球距離的遠(yuǎn)近而說的。離地球愈近，地球的吸引力愈大，這“一定的速度”就得跟著大。

如果說，離開地面三十八萬四千公里的月亮，只消每秒一公里的速度就夠使它成為地球的衛(wèi)星的話，那末，在離地面四百公里的高空，就得有每秒七·七公里的速度，才能成為一個(gè)老在繞地球轉(zhuǎn)、永不下落的衛(wèi)星。

如果能夠在四百公里高空處，“放”上一個(gè)人造衛(wèi)星，該多么好??！在這樣高的地方，空氣已經(jīng)是那樣稀薄，對任何東西都不會(huì)有什么阻抗了。只消把一個(gè)什么東西射到四百公里高空，并讓它有每秒七·七公里的速度，這就是一個(gè)人造衛(wèi)星了。不管這東西是桌子、板凳、籃球、炮彈，全行。

可是，你試試讓一個(gè)東西有每秒七·七公里的速度看！

噴氣式飛機(jī)的速度現(xiàn)在還不到每秒鐘五百公尺；炮彈，大約是每秒鐘一公里上下；現(xiàn)代的高空火箭，可以達(dá)到每秒二·二五公里。

這距離人造衛(wèi)星的速度要求正是很遠(yuǎn)的。

前些時(shí)，報(bào)紙上發(fā)表了蘇聯(lián)科學(xué)家波克羅夫斯基的談話。他提到，一九四四年他在實(shí)驗(yàn)室中得到近每秒鐘二十公里的速度；而在一九五二年，有些美國科學(xué)家又在實(shí)驗(yàn)室中得到過每秒九十公里的速度。這應(yīng)當(dāng)是科學(xué)技術(shù)上了不起的成就，盡管是在實(shí)驗(yàn)室里，這么高的速度也是不容易得到的。然而問題還在于把實(shí)驗(yàn)室的成果搬到應(yīng)用中去。

過去六十年來——從星際航行科學(xué)的奠基者、人造衛(wèi)星的最初設(shè)計(jì)者齊奧爾科夫斯基以來，一直把提高速度的希望寄語在液體燃料火箭上?；鸺幕驹硎沁@樣的：一個(gè)圓筒筒，四面是密閑的，只是尾巴開一個(gè)噴口。圓筒里面放上火藥，火藥燃燒的時(shí)候，生成大量的氣體，從尾巴處的噴口噴出去，整個(gè)火箭就由于向后噴出的氣體的反作用而向前推進(jìn)。液體燃料火箭是用汽油、酒精、液體氫等作燃料，來代替火藥的。當(dāng)儲(chǔ)藏在燃料倉的液體燃料被唧筒抽到燃燒室的時(shí)候，遇上了從另一燃料倉抽出來的氧化劑（液體氧、近氧化氫、硝酸等），就發(fā)生化合作用、產(chǎn)生高溫和大量氣體。這樣，就會(huì)發(fā)出比火藥火箭更大的推力。

六十年來，多少科學(xué)家苦心孤指地研究，怎樣來提高液體燃料火箭的速度??！辛勤勞動(dòng)畢竟不是白費(fèi)的，液體燃料火箭較之地球上任何其他交通工具都快得多。一九四九年，液體燃料火箭升高到離地面四百公里的高空，速度達(dá)到每秒二·二五公里。坐落這樣的火箭旅行，只消一個(gè)鐘頭就能從北京趕到拉薩。

然而，盡管液體燃料火箭在地球上是多么顯赫的“神行太保”要擔(dān)任人造衛(wèi)星這職務(wù)，卻還是不夠資格的。

新的、強(qiáng)有力的能源出現(xiàn)了，這就是原子能。

原子爆炸可以產(chǎn)生巨大的力量。只要想法子讓原子爆炸指向一定的方向，就可以獲得高速度。

讓上升到四百公里的火箭，在高空發(fā)生一次原子爆炸吧。在大氣稀薄的高空中，爆炸會(huì)更加強(qiáng)有力。于是，跟籃球差不多大的一個(gè)金屬球就會(huì)拋出去，以每秒七·七公里的速度繞地球轉(zhuǎn)。人造衛(wèi)星就出現(xiàn)了。

于是，在地球上，將會(huì)看到一顆亮星，從南方天空升上來，迅速地橫過天空，向北方落下去；過了不久，又從南方升起來。人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)一周，只消九十三分鐘。并且它通近地球的南極和北極。這樣，可以在很短的時(shí)間內(nèi)看到整個(gè)地球的各個(gè)部分。

這是一顆任何星圖、星表上沒有記載的星星。它剛剛由地球上的人們“造”出來，“放”到天上去。它跟恒星、行星不同的，就是它只不過是一個(gè)小金屬球，只靠反射太陽光才能為地球上的人們看見。

可是，對于我們，這顆新的、剛剛誕生的星星，是多么有用??！在四百公里高空，空氣密度有多大呢？溫度有多高呢？太陽輻射有多強(qiáng)呢？都可以從現(xiàn)測這顆人造衛(wèi)星的亮度和運(yùn)動(dòng)而知道。

等到將來，可以不用爆炸方法，而創(chuàng)造出強(qiáng)有力的原子能發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，就能送裝有自動(dòng)記錄儀器和無線電發(fā)報(bào)機(jī)的人造衛(wèi)星到天上去。對高空的情況就會(huì)有更詳細(xì)的了解了。

年復(fù)一年，人造衛(wèi)星將愈飛愈遠(yuǎn)。把人造衛(wèi)星“放”到離地球幾千公里的地方，那兒，已經(jīng)完全脫離地球大氣層，進(jìn)入真正的宇宙空間了。那兒的一切，跟地面上又是多么不相像啊！人類會(huì)感到自己進(jìn)入一個(gè)完全陌生的世界。

把人的活動(dòng)推展到宇宙空間去

人造衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)將是愈來愈復(fù)雜的。

幾十萬年來，人類被萬有引力吸在地面上。氣球、飛機(jī)都是實(shí)現(xiàn)人類飛離地面的愿望的工具，靠落空氣的浮力，人類曾經(jīng)升上二十二公里的高空?？墒牵钱吘怪皇菚簳r(shí)的?。∪丝傁氚炎约旱幕顒?dòng)向宇宙伸展得更遠(yuǎn)、更持久。

人造衛(wèi)星會(huì)讓人長時(shí)間停留在空間中。

要建造能夠乘人的人造衛(wèi)星，比起一個(gè)只裝有儀器和機(jī)器的金屬球來，是更加復(fù)雜了。要用原子能發(fā)動(dòng)機(jī)，可是又要防御原子核反應(yīng)所生的射線對人體的傷害。要達(dá)到足夠的速度，可是又不能把速度增加得很快——太大的加速度人體是吃不消的。載了人，同時(shí)就得載人生活的必需品：氧氣、水、糧食，還得有合適的氣壓和溫度。

解決了這些問題以后，人就可以離開地面，長期地邀游在高空了。坐在人造衛(wèi)星中，風(fēng)馳電掣地飛過去，該是多么愜意啊。然而，……還有很多不怎么愜意的事情在等著我們。

頭一件是沒有重力。重力就是地球的吸引力，可是在人造衛(wèi)星上，地球吸引力已經(jīng)被人造衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力平衡了。在人造衛(wèi)星上，一切東西都沒有了重量。只要你頓一頓腳，就會(huì)飛起來，像皮球一樣撞到壁上，又撞回去，只有把自己結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地捆在椅子上才行。長時(shí)期沒有重力的生活對人的身體有什么影晌呢？我們是不知道的，在地面上也無法進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)。而未來的星阮旅行家們，卻得對付這個(gè)問題。

有些科學(xué)家建議讓人造衛(wèi)星自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了離心力，在人造衛(wèi)星上頭朝里腳朝外站著的人就會(huì)感到有股向外甩的力量把他拖向“地板”上，從而產(chǎn)生重力的感覺。這樣的“人造重力”甚至比地球上的天然重心好，因?yàn)樗梢砸揽孔赞D(zhuǎn)的快慢來調(diào)節(jié)，你想教自己的體重有多重都行！

在四百公里高空的人造衛(wèi)星上，太陽輻射也是較強(qiáng)烈的，而且太陽輻射中還包含有大量的紫外射線。這跟地面上是不相同的。大部分紫外射線早在高空就被空氣吸收掉，只有少數(shù)能落到地面上。少量的紫外線能殺減細(xì)菌，幫助人體抵抗疾?。欢罅康淖贤馍渚€卻會(huì)引起人體的嚴(yán)重灼傷。防御紫外線，這是人造衛(wèi)星的重要任務(wù)，解決了這任務(wù)，同樣也幫助了未來的星際旅行家跟紫外射線的斗爭。

人造衛(wèi)星另一個(gè)敵人是宇宙射線。有時(shí)候，在海洋底部、在深深的礦坑中也發(fā)現(xiàn)了這來自宇宙空間的神秘質(zhì)點(diǎn)的蹤影。請想像一下吧，這些質(zhì)點(diǎn)能像槍彈一樣，貫穿整個(gè)地球大氣層，那末，在空氣稀薄的高空中它該是多么強(qiáng)烈??！強(qiáng)烈的宇宙線會(huì)不會(huì)損害到人體機(jī)能呢？怎樣防御呢？人造衛(wèi)星也必需解決這個(gè)問題。

人造衛(wèi)星還要抵抗奔馳在宇宙空間中的流星體的

襲擊。這些流浪在太陽系中的大大小小的石塊或鐵塊，每天竟有五噸落到地面上！可是，由于地球大氣層的陰礙，絕大多數(shù)的流星體在八十公里的高空就化為灰盡，只有少數(shù)大的流星才能落到地面上。在四百公里高空流星體是很兇狠的敵人。只消十克重的一顆小流星體就能把一公尺厚的鋼甲擊穿。為了預(yù)防人造衛(wèi)星被砸破，可以把它分隔為許多小房間。砸破了一間，就不致影響全面。而如果遇到特別大的、重達(dá)數(shù)十噸以至上千噸的大流星體或成群結(jié)隊(duì)地飛行的流星群呢，就得研究它們的軌道，預(yù)測它們的到來，設(shè)法躲過去。

人造衛(wèi)星是要跟許多敵人作斗爭的——還有一些敵人我們現(xiàn)在連知都不知道。未來的科學(xué)，正是要從這一斗爭過程當(dāng)中成長起來的。人生活在人造衛(wèi)星上，就可以更清楚地了解宇宙空間的性質(zhì)，這是未來的星際旅行所必須知道的。了解了今天對于我們還是很陌生的宇宙空間，人們才能夠堅(jiān)定地跨出地球去。

未來的人造衛(wèi)星

讓我們再往前走，走到更遙遠(yuǎn)的未來去。未來的人造衛(wèi)星將是一整座建筑物，一個(gè)綜合的科學(xué)研究所。

建筑物的主要部分將是各種各樣的實(shí)驗(yàn)室。即使人造衛(wèi)星能夠自轉(zhuǎn)，在自轉(zhuǎn)軸的位置上、仍然是沒有重力的。這是地球上難以得到的條件，許多物理實(shí)驗(yàn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)都可以在這沒有重力的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

強(qiáng)烈的太陽輻射也可以利用在實(shí)驗(yàn)室中。把陽光集中到一點(diǎn)上，可以得到攝氏幾千度的高溫；而只要一擋掉陽光，溫度馬上又會(huì)落到攝氏零下二百多度。這樣的高溫和低溫，尤其是從高溫到低溫的迅速變化，地球上都是很難獲得的，因而，在這樣的溫度下物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)怎樣，我們還如道得很少。

真空也是發(fā)展物理學(xué)的一個(gè)重要條件。在地球上，抽氣機(jī)所造成的真空實(shí)際上是不夠“空”的。可是這里呢，一越出大氣層外，就是廣袤的、天然的真空空間。有許多物理學(xué)試驗(yàn)就能夠在宇宙空間的高度真空中進(jìn)行。

你瞧，人類不是白白地離開溫暖的家——地球，到這茫茫太空中的小島上來的。像物理學(xué)和化學(xué)這樣基本的科學(xué)，到了這新的環(huán)境中也要獲得飛躍的發(fā)展。到現(xiàn)在為止，人類的全部科學(xué)知識(shí)差不多都是地球上發(fā)生的和以地球上的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)觀測到的自然現(xiàn)象的總結(jié)，只有在人類登上人造衛(wèi)星以后，科學(xué)知識(shí)的來源才發(fā)生根本的變化。

更不用說天文學(xué)了。這本來就是研究宇宙的科學(xué)，在地面上，隔著濃厚的大氣層，星光射來要受到不少妨礙。人造衛(wèi)星建立在高層大氣之上，無論什么時(shí)候，天都是黑黝黝的，永遠(yuǎn)沒有云霧，永遠(yuǎn)可以看見亮晶晶的星辰，而且看來更明亮、光芒更穩(wěn)定了。太陽表面的許多現(xiàn)象，例如日珥、日冕等，在人造衛(wèi)星上，終年可以觀測，不像在地面上只有日食時(shí)才能看見，接受星際空間射來的無線電波，現(xiàn)在也是研究天體的一種方法，這些無線電波也受不到大氣層的干擾了，它們會(huì)順從地告訴我們天體的秘密。天文學(xué)將要在人造衛(wèi)星上開辟新的紀(jì)元。

甚至對生物學(xué)和生理學(xué)，人造衛(wèi)星也是一個(gè)珍貴的基地。想想看，在宇宙空間的這個(gè)小島上，建立起綠草如茵的植物園。重力小，陽光充足，空氣、水份、溫度都可以調(diào)節(jié)，生長在地球上已十幾萬萬年的植物會(huì)出現(xiàn)一些完全新的變種，這是可以預(yù)期的吧。我們的米丘林學(xué)者來到人造衛(wèi)星上，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己面前正是無限廣闊的天地。對動(dòng)物以至對人本身的生理過程的研究也要在人造衛(wèi)星上進(jìn)行。無疑的，在生活條件與地面向然不同的宇宙空間，人的生理機(jī)能是要發(fā)生某些重大交出的。

人造衛(wèi)星的建造是建立在高度發(fā)展的工程技術(shù)上的。例如，要煉成質(zhì)輕、堅(jiān)硬、能抵抗打擊和能耐高熱的金屬，要設(shè)計(jì)強(qiáng)有力的原子能發(fā)動(dòng)機(jī)，要發(fā)展自動(dòng)控制技術(shù)，要研究如何利用太陽能……人造衛(wèi)星的建立，會(huì)帶來科學(xué)技術(shù)上根本的變革。

我們還要說一說人造衛(wèi)星怎樣研究地球。是的，遠(yuǎn)離四百公里去研究地球，會(huì)比在地面上實(shí)地勘測有無可比擬的方便。比方說，南極冰原，大沙漠、大森林，災(zāi)地勘測是困難的，卻可以在人造衛(wèi)星上“居高臨下”地觀測；海洋中的洋流，高空大氣的環(huán)流、氣旋的運(yùn)行，這也是地球上的氣象臺(tái)和海洋觀測站難以研究的，就讓人造衛(wèi)星去研究吧！

這就是未來的人造衛(wèi)星——它改變了全部科學(xué)的面貌，它替人類對自然界的認(rèn)識(shí)開闊了寬廣的道路。

而且，人造衛(wèi)星還開辟了人類飛向宇宙空間的道路。偉大的星際航行學(xué)的奠基者齊奧爾科夫斯基說過：“人不會(huì)永遠(yuǎn)停留在地球上，而要去探索世界和空間，最初是小心翼翼地越出大氣層的界限，然后便去征服太陽附近的整個(gè)空間。”

將來，飛向月亮的宇宙航船，會(huì)在地球外面找到自巳的站臺(tái)——人造衛(wèi)星，可以在這個(gè)站臺(tái)上“歇一歇”，加燃料。人造衛(wèi)星已經(jīng)有了每秒七。七公里的速度，從這里出發(fā)的火箭船，只消再增加每秒三.四公里的速度，就可以說離地球了。