空间技术与我们的生活

空间技术与我们的生活宇宙太空蕴藏着取之不尽的资源，期待着人们去开发利用。人类渴望获得的许多宝贵资源，可望在宇宙空间得到满足。开发和利用宇宙空间的技术，叫做空间技术，又称太空技术和航天技术，它包括航天运输技术、航天器技术、航天应用技术等。航天技术发展始于20世纪50年代，近半个世纪以来取得了很大成就，近年来开始走向产业化。现今，空间技术不仅被广泛应用于军事、经济等各个领域，而且已深入到人民生活中的各个方面。可以说空间技术与人们的日常生活密不可分，航天活动已成为地球上大部分人生活中的重要组成部分，它的发展极大地提高了人民的日常生活质量。卫星通信在我们的生活中，每个人都自觉或不自觉地享用着卫星通信广播的成果，如电视、广播、电话、传真、医疗、教育等方面。它是所有航天应用中最普遍、最广泛的，并已成为人民生活中不可缺少的一部分。卫星通信是利用通信卫星作为中继站实现地球上各点之间的通信，是目前远距离通信中最先进的一种手段。它包括卫星固定通信、卫星电视广播（包括电视、音频广播、多媒体等）、卫星移动通信和卫星互联网接人等领域。整个通信系统由空间部分的通信卫星和地面部分的卫星测控站与卫星通信地球站组成。其具有传输距离远、覆盖面宽、通信容量大、机动灵活、组网方便、通信质量高、不受地理限制等优点，特别是其多址灵活性和可移动通信的优点是其他通信方式所不能替代的。由于卫星通信的这些优点，世界各国都在加速发展卫星通信，它所能提供的有关信息传递的业务已达100多项。特别是卫星固定通信，全世界已有200多个国家和地区依靠大约200多颗在轨的同步轨道通信卫星进行80%的洲际通信、100%的国际电视转播和部分国内或区域通信业务，形成了产值很大的国际卫星通信广播市场。在这方面，中国80年代和90年代发射了多颗通信卫星，提高了卫星通信的能力。中国建有数十座大中型卫星通信地球站，连接世界180多个国家和地区的国际卫星通信话路达2.7万多条。中国已建成国内卫星公众通信网，国内卫星通信话路达7万多条，初步解决了边远地区的通信问题。卫星通信的发展，使人民的文化生活更加丰富。比如：学生可以通过卫星电视和卫星音频线路，听老师讲课并与老师交流，就如同在教室里上课一样。医生可以通过卫星通信线路得到伤员、病人的资料（超声波图像、X光片等静止或动态图像），也可传输手术现场的动态图像，进行会诊、拟订手术方案，使伤员、病人得到及时救治。目前，航天大国都建立了各自的卫星广播系统。电视直播、远程教育、远程医疗等业务正迅速发展。中国也已建成了覆盖全球的卫星电视广播系统和覆盖全国的卫星电视教育系统，并在已经建成的卫星直播试验平台上，建立了教育卫星宽带多媒体传输网络，面向全国开展远程教育和信息技术的综合服务。现今，中国通过“没有围墙的大学”一一远程教育网——培养了大学毕业生200多万人，现有1600多万人在校学习。另外，中国卫星远程医疗服务也已进入应用阶段。“金卫”卫星远程医疗系统于1997年开通，覆盖了全国20多个省市的100多家医院，会聚了雄厚的医疗资源。所有这些，为中国节省培训费和医疗费用几十亿元，社会效益极为突出。对于一些经济落后、交通不便、通信不发达地区，卫星通信尤为重要。中国实施了“村村通”计划，使边远山区的1.6亿人民能够接收电视新闻、得到教育（扫盲）和及时的医疗救治，特别是在科技普及方面，这个计划起到了很大的作用，已有2000多万农民收看过农村实用技术节目，得到广大农民的认可。另外，在西部大开发战略中，卫星通信将起到不可替代的作用。中国的西部地广人稀，经济发展落后。由于气候原因，其自然灾害频发，有线传输电路极易中断，而且投入大、成本高、周期长，若利用卫星通信，可以更好地解决西部发展问题。卫星移动通信使用户可在任何地方完成移动点与移动点或移动点与固定点之间进行信息交换，它不仅能够提供话音、数据、传真和短信息服务，还可提供高速数据接人业务，并将向航空领域机上乘客提供宽带因特网、E-mail、寻呼、IP电话等业务。Inmarsat的卫星移动通信终端广泛地应用于不同的场合。最近又推出Inmarsat-4多媒体移动通信终端，使用户在地球任何地方，都可以使用它获得一条移动的高速通信信道，实现全天候、无缝隙的电话、传真、Internet浏览、E—mail、LAN网、64kbit/s高速数据、视频图像的通信要求。该系统还可实现无线卫星网与有线公众网的双向通信，适用于野外探险、科学考察，是目前理想的多媒体办公设备。目前，各种卫星通信网传输网互连互通，成为地面业务传输网不可缺少的补充和延伸，并与地面通信网一起联合组成全球无缝覆盖的海陆空天立体通信网。作为公用通信网的补充，VSAT卫星通信业务取得了迅速的发展（目前广泛应用于公众电话、新闻、股票证券交易、银行、海关、民航、石油、商业和经贸等方面），国内进行VSAT服务经营的单位有34个，服务小站用户15000个，其中双向小站用户超过6300个；建立了金融、证券、期货、煤炭、海关、铁路、计委、气象、地震、烟草、交通、石油、水利、民航、电力、卫生和新闻等几十个部门的约120个专用卫星通信网。卫星通信无处不在。为满足跨国用户的需求，还建立了VSAT国际专线业务，开通了约150条专线。在本世纪，将用卫星通信线路架设信息高速公路，建成世界上高速、大容量的自动化信息网络。在不久的将来，卫星移动通信、卫星电视广播的市场将不断扩大，将深深地融人人民的生活之中。特别是卫星互联网宽带接人和多媒体移动通信业务的蓬勃发展，将使卫星通信与人民的生活联系得更加紧密。卫星遥感卫星遥感指的是从太空观察地球，它在人们的生活中起着非常重要的作用，与人们的生活密不可分。当您出行前，一般都要看看天气预报，它依赖气象卫星提供信息；渔民根据卫星遥感可以知道鱼群在何处，以避免盲目地捕鱼；农民可以根据卫星遥感信息判断土地的墒情，选择最好的时机种田 卫星遥感是利用卫星的各种遥感器获取地物目标辐射和反射的多种谱段的电磁波信息，并将这些信息送回地面处理应用。遥感卫星的地面设备主要包括接收、处理和解译由卫星获取的各种图像和数据。卫星遥感将人类认识地球、研究地球的视点从地面、低空扩展到太空，通过对地球高视点、宽视域和连续性的观测，人类对自己所居住的地球及其周围环境有了更全面、更清晰、更深刻的认识；其主要应用领域为：气象、资源、测绘、海洋、环境和灾害监视。其应用的社会、经济效益非常可观。世界上现有十几颗气象卫星，已构成全球观测网。120多个国家建立了1000多个气象卫星数据接收利用服务站，昼夜不停地监视全球大气与环境的变化，改善天气预报准确程度，实现了中期天气预报。气象卫星投入使用以来，每年发生的热带风暴和台风，无一漏报，有效监测暴雨的发生、形成，对洪涝等灾害的发生作出及时预报，大大减少了人员的伤亡和财产损失。中国发射了“风云”气象系列卫星，卫星数据在中国天气预报和气象研究、国土资源调查、农业规划和作物估产、环境监测与保护、灾害监测与救援等方面发挥了重要作用。目前，中国已建立了国家级的气象预报系统，沙尘暴监测预警系统，旱涝灾害监测预警系统，荒漠化监测系统，森林、草原灾害监测系统，全国土地动态遥感监测系统，全国农情遥感速报监测系统等业务化运行系统。2001年9月，中国在南宁组建了第一个省级“国家卫星气象中心遥感应用试验基地”，主要进行短时短期预报、短期天气预测、自然灾害实时动态监测等方面的遥感试验研究与应用，农业气候及相关自然、生态资源的遥感综合调查和农作物长势等植被、生态相关环境变化的遥感监测。30多年来，世界上已发射了多种类型地球资源卫星。典型的有美国的“陆地”卫星、法国的SPOT卫星、前苏联的“自然号”卫星、欧洲的ERS卫星、中国和巴西合作的CBERS—1卫星等，为世界各国的经济建设和社会发展做出重要贡献。截至目前，中国资源卫星应用中心已接收存档资源卫星各类数据（可见光至热红外图像信息）近23万景，所接收的数据已覆盖中国国土的96%。用户已先后购买和协议订购了13000多景资源卫星数据产品，比国际同类卫星的数据产品在相同时间内的分发量大了10倍以上。两年来，资源卫星数据产品在农业、水利、生态建设、环境保护、可持续发展、资源调查等领域的应用，在国民经济建设中发挥了重大作用，产生了较好的社会、经济效益，为政府部门的决策提供了依据，也为相关行业的发展提供了有效信息。海洋拥有丰富的资源和广阔的空间，随着社会的发展，开发和利用海洋对人类生存发展息息相关，是人类未来生存可持续发展的需要。卫星遥感技术可对海洋进行全方位、立体的观测，并且已广泛得到应用。卫星遥感能监测海冰的生消分布，保障海上石油勘探开采、航海和海港建设安全；监测海温和洋流，帮助渔民正确确定渔场和远洋船只选择航道；用于海岸带资源调查等。1986年，我国山东青岛渔业公司利用气象卫星的海温资料，结合渔民的经验，确定渔场位置，提高了捕鱼的产量。为了开发海洋，2002年5月中国研制的首颗海洋卫星“海洋一号”发射成功，其数据产品将在海洋生物资源开发利用、河口海湾及航道监测与治理、海洋污染监测与防治、海岸带监测及全球环境变化研究与资源开发服务中起到重要作用。据有关专家预测，若“海洋一号”卫星使用寿命能够达到两年，其投入与产出之比约为1：6〜1：11。卫星遥感在环境灾害监测预报方面也发挥其优势，减少了人们的损失。1987年大兴安岭的火灾中，中国通过灾区的卫星遥感图像，来制定受灾等级图；火灾过后，又通过卫星遥感图像测量过火面积及资源损失程度，为灾后天然更新和人工造林提供了依据。中国正在准备建立环境与灾害监测预报小卫星星座系统，近期主要建成由光学卫星和雷达卫星组成的星座。该星座系统能够迅速、准确地获取环境和灾害信息，及时、全面掌握自然灾害和环境污染的发生、发展和演变过程，为防灾、抗灾、救灾，遏制环境污染和生态破坏，保护我们赖以生存的环境提供科学决策依据，保障国民经济和社会持续稳定发展。人类只有一个地球，工业化社会的发展，生产力的提高，使人类加速开发和消耗极为有限的地球资源。地球资源的存储量在迅速地减少，与此同时，引起了极为严重的环境恶化、生态危机等社会问题。资源肆意开发与生态环境恶化成为挛生兄弟，人类必须解决人与自然的平衡问题，否则人类将面临大灾难。因此可持续发展战略引起世界各国的高度重视。自然资源开发和利用与生态平衡、环境保护是相互联系的大系统工程，要从宏观高度合理规划，各类遥感卫星的宏观观测能力可以为此作出贡献。各种资源的合理利用，大气环境质量的改善，沙漠化的成因、防治等等，都将依赖于卫星的监测研究。卫星导航定位卫星导航定位就是采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术。在经常塞车的城市，可以利用车载电视显示各路段的交通情况，以便司机选择最佳路段行使；还可以通过GPS定位系统，选择最近路段行使。可以说导航定位技术与人们的生活有十分密切的关系。卫星导航定位技术的应用，可以使铁路、公路、海洋、航空的运输更加高效、安全、可靠性更高。目前应用最广泛的是美国的GPS全球导航定位系统。它由24颗卫星组成，具有全天候、高精度、实时传输等性能，可在全球导航与定位，精度达到米级。2000年，中国建成了由2颗卫星组成的区域性“北斗”导航试验卫星系统。该系统是中国自行研制的第一代区域性卫星导航定位通信系统：它能够在任何时间、任何地点，为用户确定所在的地理经纬度，全天候、全天时提供卫星导航信息服务。该系统是世界上继美国和俄罗斯之后，第三个实用星基定位导航系统。我们可以利用通信导航技术，进行车辆船只的调度，运行路线的选择。这方面的应用已获得巨大经济效益和社会效益，促进了智能交通的发展。利用卫星导航定位技术可以为人民的生命财产安全和社会治安作出贡献。它应用卫星定位技术，进行目标追踪和紧急救援，如在探险、搜救、交通事故、警用通讯等方面，带有紧急救援呼叫器的人就可以通过卫星系统呼救。附近的警察接到信号就可以迅速地赶到事发地点救援。物流业的管理、牧群的管理、老人和小孩的照顾、罪犯的管理、小区和工地的安全都可以利用卫星系统来实现。GPS用户机正在向寻人机、引路仪、记时器、紧急报警、急救报警和医疗救助等消费品方向发展，形成了相当规模的产业群体，成为空间应用首先进入大规模产业化发展的领域之一。据专家预测，GPS消费产品将成为今后5—10年内会有爆发性增长的市场。其他方面卫星在宇宙太空飞行，它的周围环境是高真空、微重力、强辐射以及丰富的太阳能等，这种特殊的环境本身就是极为宝贵的资源。利用太阳能资源可以太空发电。太空中还有极为丰富的矿物资源，月球岩土中含有地壳里的全部化学元素和约60种矿藏，其中包括地球上极为缺乏的同位素氦一3,它是核聚变反应堆理想的燃料，能够解决地球的能源危机。利用微重力环境可以制造出地面无法做到的材料和生物制品。当前，中国在空间微重力和强辐射的应用方面成绩突出的是航天育种。航天育种，即利用在空间的微重力、综合宇宙射线、重粒子、高真空、大交变磁场作用下，诱发作物自身染色体产生缺变、突变、重组、易位、重排等变化，可增速种子变异的原理，将植物、农作物种子装在试管或布袋里，固定在返回式卫星或飞船的返回舱内，返地后进行地面种植繁育，进而选育优良品种的方法。利用中国返回式卫星从1987年以来已进行过多次飞行试验，试验品种很多。其中部分变异大的品种，在地面繁殖后代，不仅植株明显增高增粗、果型增大，产量比原来普遍增长10%—20%，而且品质大为提高，作物也更加强健，对病虫害的抗逆性特别强。空间技术及人类社会的发展，使太空旅游并非遥不可及，随着时间的推移，技术的进步，人类要实现太空旅游是完全可行的。人类进行太空旅游，希望扩展自己的视野，这是历史发展的必然结果。展望未来，卫星产业将大大扩展。预计到2010年，全球卫星产业规模将超过2000亿美元/年，其中卫星应用产业占70%以上。卫星通信将在移动通信、直接广播、宽带接人等开辟新市场，未来5年，全球市场规模600亿美元/年。卫星遥感信息利用，除了资源调查外，将扩展向地球环境监测、自然灾害预报、建造数字地球以及提供各种数字地图。卫星导航除了交通工具导航定位外，对各种目标的监控系统将得到广泛应用，未来5年，全球市场规模约300亿美元/年。应强调指出，卫星导航定位(GPS)、地球信息系统(GIS)、卫星遥感(RS)和卫星通信之间的融合(3S+C)，将为卫星应用开辟崭新的方向，各种不同组合功能的新业务和新型用户终端产品将会不断涌现，服务于大众。未来15年，空间环境资源的开发和利用，也将步入产业化阶段，包括太空农业、太空生物制品业、太空材料工业等。所有以上航天应用的发展都将促进航天产业及其规模的快速增长。由此可见，利用空间技术，提高人民生活水平的前景是美好的。40多年来，中国航天技术得到了快速的发展，取得了很大的成绩。近年来，注意力已转移到空间应用上。实践告诉我们，只有把空间应用水平提高并形成规模，才能让空间应用实现产业化，真正影响日常生活，带动国民经济，满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步的广泛需求，进一步增强综合国力。从“航天白皮书”中可以看出，未来中国航天将有更大的发展并拉动一个巨大的市场，在卫星遥感、卫星通信、卫星导航定位、航天育种等方面将有很大的发展潜力。但是要清楚地认识到：中国航天产业与世界先进国家相比还有差距，发展空间很大。要根据国情国力，选择有限目标，重点突破。要重视利用空间技术，改善人民生活质量。应加强空间技术发展的步伐，加强空间技术的应用研究及产业化工作，为中国经济建设贡献力量。航天活动是一个大系统工程，航天工程的特点是高投入、高风险、高效益。一个航天系统的建成，既可服务于本国人民也可服务于世界各个国家。我们提倡航天活动用于和平目的，支持世界各国联合发展空间技术、开发空间资源，为造福全人类而努力奋斗。卡西尼探测器耗资33亿美元，2003年的两个火星车也花费了8亿美元。目前，月球探测也被纳入多国的科学计划。发展空间技术，需要耗费大量的人力物力，更需要耗费大量的资金，而且，风险很大，稍有不慎，就会酿成灾难。许多人对此很不理解，不知道这样大把大把地把钱往天上扔，究竟有什么意义？其实只要我们观察一下周围，就会发现空间技术几乎无处不在。它实现了人类几千年的梦想，给我们带来了巨大的好处和便利。千里眼和顺风耳古人梦想着千里眼和顺风耳，希望了解远处的信息，空间技术为我们实现了这个梦想。当一个地方举行体育比赛的时候，可以通过摄像机摄录下来比赛场面，通讯卫星会把它传送到各个电视台，我们就可以坐在家里观看遥远地区的体育比赛现场了，这就是千里眼。当你用手机跟远处的朋友交谈的时候，也不要忘了，这也是通讯卫星给我们带来的便利，通讯卫星就是今天的顺风耳。与通讯卫星具有相似功能的是导航卫星，目前广泛使用的导航卫星是就是全球定位系统（GPS）。它由空间、控制和用户终端三大部分组成，空间部分由24颗卫星组成，均匀地分布在六个轨道平面上。不论在地球上哪个角落，只要持有接收机，都可以同时接到4个导航卫星的信号，从而给自己精确定位。利用它，可以为飞机导航，还可以为导弹的发射提供制导。这种技术过去主要应用在军事上，现在已经开始为民服务。汽车被盗是一件很令人烦恼的事情，当汽车装有这种系统之后，就不怕被盗了，车内的报警系统就会自动向卫星发出报警信号，地面控制中心在10秒种就可以追踪到汽车的位置，然后驱动车内的装置，使汽车陷入瘫痪。其实导航卫星的用途多得不可胜数，它已经广泛地渗入到我们生活的各个部分，它们的作用也类似于千里眼和顺风耳。新工业实验室在地球轨道上运行的航天器，处于一种微重力环境中，那里高真空、高洁净、没有沉浮和对流。这样的环境可以用来生产一些地面上无法完成的生产工艺。比如合成药物，太空制药的速度是地面上的几百倍，而成本仅是地面上的几十分之一。不仅是合成制药，这样的环境还可以炼制电子工业需要的紧缺原料，这些材料如果在地面上制造需要花费很高的成本。俄罗斯“和平号”空间站上就建立了一个工艺实验室和生产车间，美国也利用“天空实验室”空间站和航天飞机进行多项试验，在地面上难以生产的两微米左右的乳胶球在航天飞机上就可以生产出来。这样的工厂还可以设在卫星里，利用航天飞机把这样的卫星工厂释放到地球轨道上，几个月后，再由航天飞机回收。当然，这仅仅是太空工厂的初级阶段，但是，它们生产的物品已经有很多走进了我们的生活。天气预报早知道当我们准备出游的时候，总是想提前知道未来的天气状况，为了实现这个目的，人们在北半球设立了800个地面气象观测站，日夜不停地收集气象资料。这样的设施耗费了大量的人力物力，但是它的工作效率并不高。随着工业生产和军事斗争的需要，人类对天气预报越来越重视。为了获得更加准确的天气预报，人们把气象观测站安置到气球上，再让这些气球飞到空中。气球的高度毕竟是有限的，于是人们就想到了发射气象卫星，让它们在太空中工作。气象卫星观测范围大、观测时间长，可以昼夜不停地进行观测。它绕地球一圈所收集的气象资料，比地球上所有观测站一昼夜所收集的100倍还多。从理论上来说，只需在地球静止轨道上均匀分布三颗卫星，就可以向地面发回整个地球的气象信息。它们可以观测全球的云层、雪层和冰层的分布，基本可以满足全球气象需要。灾害早知道科学家发现，地球表面的温度异常与地震的发生有很大的关系，一般来说，增温区与周围正常背景的温度相差2-6度，将会有不正常的情况发生。1990年9月，第11届亚运会开幕前夕，我国科学家通过卫星热红外图像对比，预报近期将会有3-4级小地震。果然，在亚运会开幕式上午，距离亚运村十多公里的沙河发生了4级地震。这使各国运动员感到了紧张，于是，国家地震局根据卫星热红外图像观测，再次发布消息说:近期北京地区没有中级地震。准确的预报，为开好亚运会起到了稳定人心的作用。对地震进行预报，这只是灾害预报的一小部分。利用卫星遥感技术，结合各种自然灾害的实际应用模型，可以提前对各种自然灾害的发生作出预测。从而最大限度地减轻自然灾害所造成的损失。比如利用旱情遥感动态监测系统，可为农业生产管理、合理灌溉等提供科学依据，促进农业的可持续发展。我国是自然灾害频繁且严重的国家，每年因灾害所造成的损失高达上千亿元人民币。对重大灾害进行动态监测和灾情评估，减轻自然灾害所造成的损失是遥感技术应用的重要领域。生命科学的前沿阵地未来人类要实现星际远行，就要进行有关生命科学的各项研究，只有在发展载人航天技术的过程中不断摸索，等我们拥有了足够的经验和基础，才可以实现远距离的星际航行。在载人航天器发射之前，人们一直不明白，生命是否能在太空存活，为了达到这个目的，最早的宇航员都是动物。现在已经证明，在太空环境下，人类是可以生存的，这对我们理解生命和宇宙的关系具有重大意义。太空的微重力会对各种生命产生奇妙影响，科学家研究动物在太空中的生活习性，像蜘蛛结网、鹌鹑蛋孵化、田螺生长都是他们的研究课题。对这些问题的研究，加深了科学家对生物工程的理解，并开发利用了多项可造福人类的技术。现代农业试验田太空中处于失重状态，那里没有空气，充满了各种宇宙射线，植物种子在这样的环境中会产生很大的变化，把这些种子带回地球之后，就会产生各种遗传变异，从而缩短地面育种周期，提高育种效率。我国航天育种研究始于1987年，目前太空诱变表现最好的是水稻。太空水稻一支稻穗能结200粒，而普通水稻只能结50粒，达到了高产的目的。江西、广西、浙江和福建均有航天育种育出的常规或杂交水稻新品种通过省级审定并大面积推广。太空小麦麦秆低矮，可以有效地抵御大风，而且还能早熟。太空青椒皮脆，肉厚，味美，个头很大，三个就有一斤，太空黄瓜长势旺盛，能抗病虫害，长度超过半米。地矿资源探测的火眼金睛现在有许多大型公司从事卫星勘探任务，它