太空問答？

什么是衛(wèi)星的地球同步轉(zhuǎn)移軌道？

所謂地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO），是近地點(diǎn)在1000公里以下、遠(yuǎn)地點(diǎn)為地球同步軌道高度（36000公里高）的軌道，一般發(fā)射地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星都是借助這個(gè)軌道的。衛(wèi)星被送得越高需要的能量越大，如果先進(jìn)入高度較低的地球同步轉(zhuǎn)移軌道的近地點(diǎn)，并且水平飛行速度比較快，等它沿著橢圓軌道來(lái)到遠(yuǎn)地點(diǎn)（速度也越來(lái)越慢），再進(jìn)行加速，達(dá)到在地球同步軌道高度（36000公里高）處圍著地球圓周運(yùn)動(dòng)的速度，就進(jìn)入了地球同步軌道飛行。實(shí)際當(dāng)中這比直接運(yùn)送衛(wèi)星到地球同步軌道高度所需要的燃料要節(jié)省得多。我們國(guó)家常用長(zhǎng)征3號(hào)甲系列火箭發(fā)射進(jìn)入地球同步轉(zhuǎn)移軌道的衛(wèi)星。

火星車帶那么多光學(xué)攝像頭干什么？

當(dāng)1997年美國(guó)宇航局的“火星探路者號(hào)”（Mars Pathfinder）降落火星時(shí)，僅僅帶有5架攝像機(jī)，但已經(jīng)為我們打開了看向火星的眼界；隨著太空搭載相機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，美國(guó)計(jì)劃在2020年發(fā)射的“火星2020”（“Mars 2020”）擁有著更多、更犀利的“眼睛”：它將搭載多達(dá)23個(gè)高清精密攝像頭。這些“眼睛”支持全景，可工作在極端天氣中，直接應(yīng)用于氣候研究以及輔助科學(xué)儀器進(jìn)行分析。

這些攝像頭的主要任務(wù)為：觀測(cè)探測(cè)器所處位置整體的地貌、地質(zhì)過程和地質(zhì)記錄（如礦物學(xué)、紋理、結(jié)構(gòu)和地層）等；評(píng)估當(dāng)前的大氣和天文的環(huán)境和事件，以及與之相關(guān)地表與大氣相互作用的過程；為探測(cè)器的導(dǎo)航、通訊、取樣、提取和貯藏以及其他探測(cè)活動(dòng)提供支持。

地面怎么與飛行到月球背面的嫦娥四號(hào)通信？

最近我國(guó)嫦娥工程最新的探測(cè)器——嫦娥四號(hào)降落月球背面。其實(shí)，早在大半年之前我國(guó)就已經(jīng)發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的中繼衛(wèi)星。當(dāng)嫦娥四號(hào)到達(dá)月球背面時(shí)，地面與它的通訊都要經(jīng)過這顆中繼衛(wèi)星。

所謂的“中繼星”意思是“通訊中繼衛(wèi)星”，是通信衛(wèi)星的一種，顧名思義，主要用于數(shù)據(jù)傳輸?！谤o橋”飛行在地月引力平衡的“拉格朗日L2點(diǎn)”位置。這個(gè)位置處在地月連線的月球背面，距離月球6.5萬(wàn)公里，距離地球38.4萬(wàn)+6.5萬(wàn)=44.9萬(wàn)公里。在L2點(diǎn)的衛(wèi)星消耗很少的燃料即可長(zhǎng)期駐留。地面通過佳木斯深空站的66米天線向“鵲橋”發(fā)射無(wú)線電波信號(hào)，經(jīng)過它的轉(zhuǎn)接，就能聯(lián)絡(luò)到位于月球背面的嫦娥四號(hào)。

衛(wèi)星怎么用激光雷達(dá)測(cè)地形？

衛(wèi)星在宇宙中也可以測(cè)量地球（乃至其他星球）的地形，利用的是搭載的激光雷達(dá)，例如美國(guó)宇航局2018年發(fā)射的“冰、云和陸地高程”2號(hào)衛(wèi)星（ICESat-2衛(wèi)星）。其實(shí)除了測(cè)量地表三維信息，它還可以用來(lái)測(cè)量海冰變化、測(cè)量植被冠層高度用以估計(jì)全球生物總量。

激光雷達(dá)對(duì)地面地形的高度探測(cè)，原理是測(cè)量自己發(fā)射的激光脈沖從發(fā)射到地面發(fā)射、再到衛(wèi)星雷達(dá)接收，其間的時(shí)間間隔T，計(jì)算激光在該時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)過距離的一半，即為星載雷達(dá)（衛(wèi)星）到地面的距離H，以真空中光速c計(jì)算的話，也就是：H=1/2（cT）。衛(wèi)星在天上本身可以用GPS精準(zhǔn)定位，再配合星載相機(jī)和陀螺儀等設(shè)備，也可以精確確定激光束的方位，這樣精確確定了激光束在地面的投影點(diǎn)后，激光束所經(jīng)過之處的地形圖也就繪制而成。

什么是探空火箭？

“探空火箭”的“探空”（sounding）來(lái)源于航海術(shù)語(yǔ)“to sound”，意思就是“去測(cè)量”（sound本意是聽）。二戰(zhàn)之后，以V2火箭為代表的火箭的各種發(fā)射試驗(yàn)為了“物盡其用”，往往攜帶各種科學(xué)儀器，既是火箭的工程發(fā)射嘗試，又是高空探測(cè)。如圖所示，火箭發(fā)射后打開科學(xué)儀器，進(jìn)行起飛和降落路徑上的空間物理參量的科學(xué)探測(cè)，將探測(cè)結(jié)果以無(wú)線電方式發(fā)送回地面或隨后進(jìn)行回收。中國(guó)航天最先發(fā)射的空間探測(cè)飛行器也是探空火箭。

探空火箭最大的意義就在于，探測(cè)氣球飛行高度基本低于40公里，而衛(wèi)星軌道高度基本高于160公里，在這之間的大氣區(qū)域，氣球上不去、衛(wèi)星下不來(lái)，用火箭進(jìn)行實(shí)地探測(cè)，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的探測(cè)方法。

從宇宙返回的航天器用什么材料抵抗高溫？

根據(jù)計(jì)算，從宇宙返回的航天器，從高空下降到達(dá)離地面60～70公里時(shí)往往還有20倍聲速，對(duì)應(yīng)的溫度可以高達(dá)上萬(wàn)度，必須采取措施來(lái)避免其燒毀。通常航天器表面會(huì)采用兩種材料：燒蝕材料、隔熱瓦（絕緣材料）材料。

航天器隔熱層涂的“燒蝕材料”通常汽化熱大、熱容量大、絕熱性好、向外界輻射熱量的功能強(qiáng)，所以在溫度升高時(shí)先汽化吸收大量熱量隨后帶走熱量，保證隔熱層里面溫度不會(huì)太高。阿波羅飛船是比較早用到這種技術(shù)的。我們的神舟系列飛船也同樣采用這種方法。

而隔熱瓦應(yīng)用了多樣的絕熱原理，常見的有多孔材料、熱反射材料和真空材料等，它們像我們裝修時(shí)候的瓷磚一樣，一塊一塊貼在航天器上，留出熱脹冷縮的縫隙。這些材料導(dǎo)熱系數(shù)小，能耐得住高溫，還要在高溫下能貼得住航天器表面，例如特殊的二氧化硅瓦。美國(guó)航天飛機(jī)采用的是這種技術(shù)。

為什么要設(shè)計(jì)返回式衛(wèi)星？

返回式衛(wèi)星，顧名思義，就是發(fā)射到太空中執(zhí)行完任務(wù)，還能返回地面的衛(wèi)星。1975年11月26日，中國(guó)的第一顆返回式衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，完成預(yù)定任務(wù)后于11月29日成功返回。

能夠從太空返回的人類航天器固然是宇宙飛船等載人航天科技中必不可少的一環(huán)，但在其設(shè)計(jì)初期也不是“無(wú)所事事”。航天科技的早期拍照技術(shù)遠(yuǎn)不如現(xiàn)在，需要利用底片，返回式衛(wèi)星最初用作軍事偵察及國(guó)土普查用途，它在天上拍的照片必需帶回來(lái)地面進(jìn)行沖洗和分析，不管是讓整個(gè)衛(wèi)星回來(lái)還是只送回來(lái)回收筒，這都需要有設(shè)備從太空返回地球?，F(xiàn)在隨著數(shù)碼照相、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€(gè)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)可以直接從太空傳送到地面，返回式衛(wèi)星主要變成進(jìn)行需要回收實(shí)驗(yàn)品的空間試驗(yàn)室。例如，2016年發(fā)射的實(shí)踐十號(hào)是中國(guó)第25顆返回式衛(wèi)星，它攜帶了多種太空實(shí)驗(yàn)上天。