当卫星发射时,巨大的运载火箭脱离发射台,缓慢地垂直向上升起,以减少空气摩擦所造成的功率损耗。当达到计算的高度(从几公里到2000 ~ 3000公里)便逐渐改变方向,转向接近水平的航向,并增加速度。在早已选好的轨道点上,关闭发动机,宇宙探测器便脱离运载火箭开始独自飞行。随后它的轨道形状、轨道在空间的位置,都取决于它脱离火箭时那一点上的速度大小和方向。因而,如果速度超过每秒约8公里的第一宇宙速度,速度的方向近似于水平方向,那么宇宙探测器将沿着封闭轨道环绕地球飞行,从而成为地球的人造卫星。在太阳系中就出现了一个新的天体。
17世纪初,德国数学家和天文学家开普勒分析了丹麦天文学家第谷(Tycho Brahe,1546 ~ 1601年)对行星运动的多年观测结果,确认任何一颗行星沿椭圆轨道绕太阳运行,而太阳处于椭圆焦点之一的位置上,并且天体的中心位在轨道面上,行星的向经在相等的时间间隔内扫过相等的面积。
环绕地球飞行的卫星,其运动规律也是这样。它的轨道速度不断在变化:卫星愈远离地球,轨道速度愈小。因此,卫星通过扁得很厉害的轨道的遥远的那一段,所花的时间要长得多。比方说,“轨道号”系列中的“闪电号”卫星,发射到远地点为40,000公里,近地点为460 ~ 630公里的轨道上。它的公转周期为12小时,在这段时间内,在苏联的领土上有8 ~ 10个小时能看到它。卫星可以转播电视节目和交换城市间的电话。
当然,也可以把卫星发射到更加扁的轨道上去,那么,在绕地球一周的时间内,卫星工作的时间会更长。但是,当它在远离约10万公里时,无线电讯号到达卫星和返回所需的时间约1秒半。在这样的语句间歇下,进行电话交谈会是很困难的。因此,在选择轨道参数时,要使卫星在一天内能绕地球两圈,并在同一时间出现在它服务的区域内。譬如,在苏联每隔8小时先后发射到不同轨道上的三颗卫星,就能保证国内任何观测站的全昼夜联系。
苏联处于高纬度地带,在它上空工作的卫星的轨道倾角(轨道面和赤道面的交角),应当相应地是很大的。如“闪电号”卫星的轨道倾角是62.8 ~ 65.5°。
还有另一种选择轨道倾角的意见:火箭还未发射,并立在火箭发射场上时,它是随着转动着的地球表面一道运动的:在赤道上,速度约每秒2.5公里;愈接近两极,速度愈慢。由于惯性的缘故,无论是对于起飞了的火箭,还是卫星都能保持着这一速度。就像一个人从行进中的电车的踏板上跳出一样,由于惯性,而保持电车的速度,跑过了某段距离,从而克服了惯性。如果在卫星脱离时,把这个速度加到火箭速度上去,那么就不得不把火箭的速度加快到脱离地球引力所需的最小速度,比如说到每秒7 ~ 8公里而不是9.5公里。这是非常有利的,因为燃料将需要更少,而有效负载可能更多。
为此,卫星轨道的倾角应当接近其发射点的地理纬度。这样,在哈萨克斯坦发射的“联盟号”宇宙站的轨道倾角是61.5 ~ 51.8°。
仿佛卫星无论飞得多高,空气的摩擦仍然存在着:卫星逐渐地沿着螺旋线一圈圈地下降,并且在150 ~ 160公里的高度上离开轨道,转到弹道轨道上,在稠密的大气层中燃烧。因此,卫星在轨道上的生存时间,决定于它远离地球的程度(见表)。
把卫星送到非常扁的轨道上,比方像“闪电号”卫星,也不是一下子实现的。利用巡航发动机把处于近日点高度的中间的运行轨道上的卫星,送到非常扁的轨道上去。而修正轨道参数(倾角和公转周期),则依靠卫星上的另一个小功率的辅助发动机。
[Hayкa u жuзнь,1981年第10期]
怎样处理危害人类的放射性废料
近来,美国和西欧民众举行了许多大规模的抗议集会,反对建立核电站。然而,目前世界的趋势是,朝着建立数量更多的、规模更大的核电站的方向发展。仅在美国现在就有多达两百个核电站和原子反应堆正在运转,而且还在建设中的这类工厂也不下两百五十个。人们设想,到本世纪末,全世界的原子反应堆将超过一千个、据估计,到那时原子能发电厂能满足全世界电力需要量的一半。这是光明的一面;另一面则是相当阴暗的,对全世界原子科学家们说来,这是一个严重挑战,即怎样百分之百安全地处理好日益增多的具有高度放射性的核废料。人们无需强调,在核能利用的各个阶段(从供反应堆和武器用的铀矿砂的开采和提炼到工业、医学和农业方面放射性同位素的利用),气体的、液体的和固体的核废料又如何流滔滔不绝地奔流。到目前为止,反应堆利用核燃料过程中的裂变产物,是放射性废料的最大来源。这个问题十分严重,这可根据下述情阮来加以判断:如果一切按目前的计划进行,光是英国的核电站反应堆每年将产生的放射性物质,跟当年美国向广岛扔下的十万吨级原子弹散落的放射性尘埃一样多。
无可否认的是,放射性废料的处理是非常花钱的事,放射性物质的危害使得废料处理起来着实困难。它不像其他废料那样能被轻而易举地抛弃在空中或倾泻到水里。就我们所知,放射性现象对一切生命都有害,并且还会影响后代,伤害生殖细胞,因为这些细胞对放射性特别敏感。这些影响是累积起来的,即使在一段时间内,放射性的剂量很小,但是最终能引起严重伤害。放射性既看不见也觉察不出来,除非其量特别大。
到目前为止,全部放射性废料中仅有一小部分装进密封的容器里——而容器本身也被封闭在混凝土容器里——被藏进深海里。但是发现这种措施不够安全,因为人们担心,由于容器的一种或另一种渗漏,放射性物质可能通过海水和鱼而进入人体。虽然在原子能及其核废料的主要生产者——美国正在全力以赴地进行研究,以便发明在地球表面以下许多公里处安全倾倒核废料的较好措施,但是迄今想出的措施都不能令人满意,甚至连为达到这一目的所必要的安全条件都不能令人满意,更不用说降低费用问题了。尚待仔细审查的一个建议是要在空间某处储藏核废料。
澳大利亚处理放射性废料的办法
与此有关的令人鼓舞的情况是,现在澳大利亚有些科学家勇敢地接受了这个重大的挑战,并且发明了一种能储藏放射性废料达两千年至两亿年的办法。那些科学家说,在这漫长的时间内,放射性物质将会失去其一切放射性特征。毫无疑问,这种办法也是非常花钱的,但据说这种办法是现有一切办法中最最安全的。据澳大利亚地质研究所所长塔特 · 林伍德教授说,他们把四种天然矿的化合物熔解然后混合一起成功地生产了一种非常坚固的物体。那种物体一点也不溶解并且相当稳定。他们给这种物体命名为“sinrock”。现在科学家们把这种放射性废料制成岩石,而把这种岩石密封在镍制容器里。然后把这些密封的容器放进另一个用氧化镁和蛇纹岩制成的容器里。这蛇纹岩能够吸收地球表面下面的水微粒(如果有的话),并且还能够把sinrock封闭得更严密。现在,科学家们把这些完全封闭的容器放进三公里深的岩洞里。据估计,在这样的一个岩洞中,能够储存四百个容器。非常有趣的是,二十个这样的洞就足以储存发电能力为八百万千瓦的核电站在历时四十年里所积累的核废料。值得指出的是,法国已开始采用这种办法,而美国正在积极地检验这种办法是否切实可行。
印度的办法
虽然印度核废料的管理问题不大,但是印度在核研究和发展方面迅速迈进。它的雄心勃勃的核发电计划预定从现在的六十万千瓦,到2000年时增加到一千万千瓦。到那时,推进核发电的做法,将在不久的将来引起放射性废料处理的严重问题。为了从一开始就对付这种挑战,印度科学家们已经研制了两种重要办法。
印度巴巴原子研究中心发明的第一种办法,旨在以放射性废料来对付工业废料和城市里污水淤泥,从而达到一箭双雕的目的。现在,当拟议中的工业废料处理工厂变得行之有效时,印度将加入利用核技术达到上述目的的那些国家组成的俱乐部。值得指出的是,用核技术处理废料能产生最佳效果,而工厂操作者不冒任何危险。经过处理的核废料可以安全地倒进水里。此外,这种新技术利用核废料也是有利可图的。在这种废料中将被用来提供能源的同位素铯 - 137,—直特难处理。要花三十年时间才有一半的铯 - 137衰变。印度贾道普尔中央玻璃和陶瓷研究所发明了处理废料的第二种办法,目的是要把放射性废料转变成玻璃原料。这是因为玻璃有一种独特性质,即它能把一切放射性物质熔化为一种稳定的、耐热耐雨和耐放射性的稳固物体。它也能用廉价的原料来制造。于是这全部固体可埋藏在地下深处。印度巴巴原子研究中心现在正采用这种办法来处理它的放射性废料。
[雅明译自Link,1982年3月21日]
对质子衰变的探索
在印度南部科拉市附近的矿井里人们采集到了金,矿井深度为2,300米。在那儿,日本和印度科学家共同进行了一项试验。据称,在这种条件下,仪器不受宇宙射线的影响。而宇宙射线会使仪器的指数失真,从而使研究人员误入歧途。然而,宇宙射线无法穿透两公里厚的岩石层。
不久以前,人们还认为,质子和中子一样,是一种稳定的粒子,它们不会发生衰变。现代物理学的发展使人们对此表示怀疑。学者们在矿井里放置了一块一百吨重的巨型纯铁。据专家们预测,在一年内,质子应发生六次衰变,届时,仪器将把衰变过程记录下来。
[南路译自3нанue-cuлa,1982年4期]