人造卫星

郑文光

月亮为什么不掉下来呢？

提起月亮，小学生都知道：月亮是地球的卫星，绕着地球转，每转一周就是阴历一个月……。

可是，有没有人想到过这一个问题：月亮会不会掉下来呢？

地球有很顽强的吸引力。它像一根无形的链索一样，紧紧拴住地面上的一切物体。要抗拒这股强大的力量是不容易的。地球的这种吸引力是一切物体都具有的。因而，把它叫作“万有引力”。

物体的质量愈大，它对别的物体的吸引力也愈大。很显然，在地球上，别的物体的吸引力是无法与地球的吸引力相抗击的。这也说明了人为什么不会被一辆汽车或一张桌子吸走，面部牢牢地点在地面上。

别光是羡慕盘旋在天空上的苍鹰！它是费了巨大的劳动，姑且依靠了空气浮力才能够飞行的。

当然，离开地球愈远，所受到的地球引力便愈小。但是，从理论上来说，要到无穷远的空间，地球引力才等于零。这就是说，地球引力没有“鞭长莫及”的地方。即使远离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，也可以计算出来。

根据牛顿的“万有引力定律”，引力与两物体的距离的平方成反比。月亮和地球中心的距离正好是我们地面的物体和地球中心距离的六十一倍。那么，月亮所受到的地球引力，应当是我们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。诚然，大是不大的。可引力总是存在呀。月亮会不会掉下来呢？

让我们来看这样一幅图。

假定没有地球，月亮无疑是应该直线地向1的方向运动的。可是，同时地球引力却把它扯向2处，于是，月亮便不是走向1而是走向3。

走到3处的月亮，还有继续往前走向4的趋势，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。月亮就这样沿着3—6—9……这条曲线走下去，在空间画出一个圆圈。

你瞧，地球引力哪一刻放松过月亮呢？只要稍一放松、只要有一瞬间没有地球引力，月亮马上就会给甩出去，我们的地球就失去自己的旅伴了。

可是，地球引力虽然使月亮甩不出去，为什么不会使月亮落到地面上呢？因为月亮自己在运动着，它有一定的速度，这不能不影响到地球引力对它的作用。

因此，月亮所以成为地球的卫星、并不是偶然的。任何一件物休，只要处在月亮的位置上，保持着每秒一公里的速度（这就是月亮运动的速度），它就会成为绕地球团团转个不停的卫星。不管它是一个月亮、一个人、一颗炮弹、一块石头，都行。

在这里要记住的是，距离地球三十八万四千公里，速度每秒一公里，这两个数字之间有严格的关系。月亮运动速度只要快百分之五十，就会毫无留恋地遗弃了地球，向宇宙空间扬长而去；而如果慢一点点呢，不管它愿不愿意，就会像一个瘪了的气球一样，落到地面上来。

把人造卫星射向天空

从月亮的例子裹，说明了什么呢？

说明了：只要有一定的速度，就能够抵抗地球的引力。

这所谓“一定的速度”，是要看跟地球距离的远近而说的。离地球愈近，地球的吸引力愈大，这“一定的速度”就得跟着大。

如果说，离开地面三十八万四千公里的月亮，只消每秒一公里的速度就够使它成为地球的卫星的话，那末，在离地面四百公里的高空，就得有每秒七·七公里的速度，才能成为一个老在绕地球转、永不下落的卫星。

如果能够在四百公里高空处，“放”上一个人造卫星，该多么好啊！在这样高的地方，空气已经是那样稀薄，对任何东西都不会有什么阻抗了。只消把一个什么东西射到四百公里高空，并让它有每秒七·七公里的速度，这就是一个人造卫星了。不管这东西是桌子、板凳、篮球、炮弹，全行。

可是，你试试让一个东西有每秒七·七公里的速度看！

喷气式飞机的速度现在还不到每秒钟五百公尺；炮弹，大约是每秒钟一公里上下；现代的高空火箭，可以达到每秒二·二五公里。

这距离人造卫星的速度要求正是很远的。

前些时，报纸上发表了苏联科学家波克罗夫斯基的谈话。他提到，一九四四年他在实验室中得到近每秒钟二十公里的速度；而在一九五二年，有些美国科学家又在实验室中得到过每秒九十公里的速度。这应当是科学技术上了不起的成就，尽管是在实验室里，这么高的速度也是不容易得到的。然而问题还在于把实验室的成果搬到应用中去。

过去六十年来——从星际航行科学的奠基者、人造卫星的最初设计者齐奥尔科夫斯基以来，一直把提高速度的希望寄语在液体燃料火箭上。火箭的基本原理是这样的：一个圆筒筒，四面是密闲的，只是尾巴开一个喷口。圆筒里面放上火药，火药燃烧的时候，生成大量的气体，从尾巴处的喷口喷出去，整个火箭就由于向后喷出的气体的反作用而向前推进。液体燃料火箭是用汽油、酒精、液体氢等作燃料，来代替火药的。当储藏在燃料仓的液体燃料被唧筒抽到燃烧室的时候，遇上了从另一燃料仓抽出来的氧化剂（液体氧、近氧化氢、硝酸等），就发生化合作用、产生高温和大量气体。这样，就会发出比火药火箭更大的推力。

六十年来，多少科学家苦心孤指地研究，怎样来提高液体燃料火箭的速度啊！辛勤劳动毕竟不是白费的，液体燃料火箭较之地球上任何其他交通工具都快得多。一九四九年，液体燃料火箭升高到离地面四百公里的高空，速度达到每秒二·二五公里。坐落这样的火箭旅行，只消一个钟头就能从北京赶到拉萨。

然而，尽管液体燃料火箭在地球上是多么显赫的“神行太保”要担任人造卫星这职务，却还是不够资格的。

新的、强有力的能源出现了，这就是原子能。

原子爆炸可以产生巨大的力量。只要想法子让原子爆炸指向一定的方向，就可以获得高速度。

让上升到四百公里的火箭，在高空发生一次原子爆炸吧。在大气稀薄的高空中，爆炸会更加强有力。于是，跟篮球差不多大的一个金属球就会抛出去，以每秒七·七公里的速度绕地球转。人造卫星就出现了。

于是，在地球上，将会看到一颗亮星，从南方天空升上来，迅速地横过天空，向北方落下去；过了不久，又从南方升起来。人造卫星绕地球转一周，只消九十三分钟。并且它通近地球的南极和北极。这样，可以在很短的时间内看到整个地球的各个部分。

这是一颗任何星图、星表上没有记载的星星。它刚刚由地球上的人们“造”出来，“放”到天上去。它跟恒星、行星不同的，就是它只不过是一个小金属球，只靠反射太阳光才能为地球上的人们看见。

可是，对于我们，这颗新的、刚刚诞生的星星，是多么有用啊！在四百公里高空，空气密度有多大呢？温度有多高呢？太阳辐射有多强呢？都可以从现测这颗人造卫星的亮度和运动而知道。

等到将来，可以不用爆炸方法，而创造出强有力的原子能发动机的时候，就能送装有自动记录仪器和无线电发报机的人造卫星到天上去。对高空的情况就会有更详细的了解了。

年复一年，人造卫星将愈飞愈远。把人造卫星“放”到离地球几千公里的地方，那儿，已经完全脱离地球大气层，进入真正的宇宙空间了。那儿的一切，跟地面上又是多么不相像啊！人类会感到自己进入一个完全陌生的世界。

把人的活动推展到宇宙空间去

人造卫星的结构将是愈来愈复杂的。

几十万年来，人类被万有引力吸在地面上。气球、飞机都是实现人类飞离地面的愿望的工具，靠落空气的浮力，人类曾经升上二十二公里的高空。可是，那毕竟只是暂时的啊！人总想把自己的活动向宇宙伸展得更远、更持久。

人造卫星会让人长时间停留在空间中。

要建造能够乘人的人造卫星，比起一个只装有仪器和机器的金属球来，是更加复杂了。要用原子能发动机，可是又要防御原子核反应所生的射线对人体的伤害。要达到足够的速度，可是又不能把速度增加得很快——太大的加速度人体是吃不消的。载了人，同时就得载人生活的必需品：氧气、水、粮食，还得有合适的气压和温度。

解决了这些问题以后，人就可以离开地面，长期地邀游在高空了。坐在人造卫星中，风驰电掣地飞过去，该是多么惬意啊。然而，……还有很多不怎么惬意的事情在等着我们。

头一件是没有重力。重力就是地球的吸引力，可是在人造卫星上，地球吸引力已经被人造卫星圆周运动产生的离心力平衡了。在人造卫星上，一切东西都没有了重量。只要你顿一顿脚，就会飞起来，像皮球一样撞到壁上，又撞回去，只有把自己结结实实地捆在椅子上才行。长时期没有重力的生活对人的身体有什么影晌呢？我们是不知道的，在地面上也无法进行这项试验。而未来的星阮旅行家们，却得对付这个问题。

有些科学家建议让人造卫星自转，自转产生了离心力，在人造卫星上头朝里脚朝外站着的人就会感到有股向外甩的力量把他拖向“地板”上，从而产生重力的感觉。这样的“人造重力”甚至比地球上的天然重心好，因为它可以依靠自转的快慢来调节，你想教自己的体重有多重都行！

在四百公里高空的人造卫星上，太阳辐射也是较强烈的，而且太阳辐射中还包含有大量的紫外射线。这跟地面上是不相同的。大部分紫外射线早在高空就被空气吸收掉，只有少数能落到地面上。少量的紫外线能杀减细菌，帮助人体抵抗疾病；而大量的紫外射线却会引起人体的严重灼伤。防御紫外线，这是人造卫星的重要任务，解决了这任务，同样也帮助了未来的星际旅行家跟紫外射线的斗争。

人造卫星另一个敌人是宇宙射线。有时候，在海洋底部、在深深的矿坑中也发现了这来自宇宙空间的神秘质点的踪影。请想像一下吧，这些质点能像枪弹一样，贯穿整个地球大气层，那末，在空气稀薄的高空中它该是多么强烈啊！强烈的宇宙线会不会损害到人体机能呢？怎样防御呢？人造卫星也必需解决这个问题。

人造卫星还要抵抗奔驰在宇宙空间中的流星体的

袭击。这些流浪在太阳系中的大大小小的石块或铁块，每天竟有五吨落到地面上！可是，由于地球大气层的阴碍，绝大多数的流星体在八十公里的高空就化为灰尽，只有少数大的流星才能落到地面上。在四百公里高空流星体是很凶狠的敌人。只消十克重的一颗小流星体就能把一公尺厚的钢甲击穿。为了预防人造卫星被砸破，可以把它分隔为许多小房间。砸破了一间，就不致影响全面。而如果遇到特别大的、重达数十吨以至上千吨的大流星体或成群结队地飞行的流星群呢，就得研究它们的轨道，预测它们的到来，设法躲过去。

人造卫星是要跟许多敌人作斗争的——还有一些敌人我们现在连知都不知道。未来的科学，正是要从这一斗争过程当中成长起来的。人生活在人造卫星上，就可以更清楚地了解宇宙空间的性质，这是未来的星际旅行所必须知道的。了解了今天对于我们还是很陌生的宇宙空间，人们才能够坚定地跨出地球去。

未来的人造卫星

让我们再往前走，走到更遥远的未来去。未来的人造卫星将是一整座建筑物，一个综合的科学研究所。

建筑物的主要部分将是各种各样的实验室。即使人造卫星能够自转，在自转轴的位置上、仍然是没有重力的。这是地球上难以得到的条件，许多物理实验和化学实验都可以在这没有重力的实验室中进行。

强烈的太阳辐射也可以利用在实验室中。把阳光集中到一点上，可以得到摄氏几千度的高温；而只要一挡掉阳光，温度马上又会落到摄氏零下二百多度。这样的高温和低温，尤其是从高温到低温的迅速变化，地球上都是很难获得的，因而，在这样的温度下物质的物理化学性质怎样，我们还如道得很少。

真空也是发展物理学的一个重要条件。在地球上，抽气机所造成的真空实际上是不够“空”的。可是这里呢，一越出大气层外，就是广袤的、天然的真空空间。有许多物理学试验就能够在宇宙空间的高度真空中进行。

你瞧，人类不是白白地离开温暖的家——地球，到这茫茫太空中的小岛上来的。像物理学和化学这样基本的科学，到了这新的环境中也要获得飞跃的发展。到现在为止，人类的全部科学知识差不多都是地球上发生的和以地球上的经验为依据观测到的自然现象的总结，只有在人类登上人造卫星以后，科学知识的来源才发生根本的变化。

更不用说天文学了。这本来就是研究宇宙的科学，在地面上，隔着浓厚的大气层，星光射来要受到不少妨碍。人造卫星建立在高层大气之上，无论什么时候，天都是黑黝黝的，永远没有云雾，永远可以看见亮晶晶的星辰，而且看来更明亮、光芒更稳定了。太阳表面的许多现象，例如日珥、日冕等，在人造卫星上，终年可以观测，不像在地面上只有日食时才能看见，接受星际空间射来的无线电波，现在也是研究天体的一种方法，这些无线电波也受不到大气层的干扰了，它们会顺从地告诉我们天体的秘密。天文学将要在人造卫星上开辟新的纪元。

甚至对生物学和生理学，人造卫星也是一个珍贵的基地。想想看，在宇宙空间的这个小岛上，建立起绿草如茵的植物园。重力小，阳光充足，空气、水份、温度都可以调节，生长在地球上已十几万万年的植物会出现一些完全新的变种，这是可以预期的吧。我们的米丘林学者来到人造卫星上，会发现自己面前正是无限广阔的天地。对动物以至对人本身的生理过程的研究也要在人造卫星上进行。无疑的，在生活条件与地面向然不同的宇宙空间，人的生理机能是要发生某些重大交出的。

人造卫星的建造是建立在高度发展的工程技术上的。例如，要炼成质轻、坚硬、能抵抗打击和能耐高热的金属，要设计强有力的原子能发动机，要发展自动控制技术，要研究如何利用太阳能……人造卫星的建立，会带来科学技术上根本的变革。

我们还要说一说人造卫星怎样研究地球。是的，远离四百公里去研究地球，会比在地面上实地勘测有无可比拟的方便。比方说，南极冰原，大沙漠、大森林，灾地勘测是困难的，却可以在人造卫星上“居高临下”地观测；海洋中的洋流，高空大气的环流、气旋的运行，这也是地球上的气象台和海洋观测站难以研究的，就让人造卫星去研究吧！

这就是未来的人造卫星——它改变了全部科学的面貌，它替人类对自然界的认识开阔了宽广的道路。

而且，人造卫星还开辟了人类飞向宇宙空间的道路。伟大的星际航行学的奠基者齐奥尔科夫斯基说过：“人不会永远停留在地球上，而要去探索世界和空间，最初是小心翼翼地越出大气层的界限，然后便去征服太阳附近的整个空间。”

将来，飞向月亮的宇宙航船，会在地球外面找到自巳的站台——人造卫星，可以在这个站台上“歇一歇”，加燃料。人造卫星已经有了每秒七。七公里的速度，从这里出发的火箭船，只消再增加每秒三.四公里的速度，就可以说离地球了。