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第24章 军事与航空航天科技(3)

激光主要应用在生活与军事两大方面。在生活中的应用有:医疗、机械工程、生物工程、化学工程、基因工程等领域都已广泛使用激光技术。在军事上的应用主要有:激光的侦察与测量,即利用激光的特性制造出激光的侦察与测量仪器,例如激光雷达、激光测距仪、激光卫星等;激光制导,即用来控制飞行器飞行方向,或引导武器击中目标的一种激光技术,激光制导与其他制导种类相比,具有结构简单、作战成本低、抗干扰性能好、命中精度高等优点;激光通信,即以激光为载体来传递信息的一种通信方式;激光武器,是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器,具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能,在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。激光武器分为战术激光武器和战略激光武器两种。它将是一种常规威慑力量。

激光作为武器,有很多独特的优点。首先,它可以用光速飞行,每秒30万千米,任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准,几乎就能立刻击中目标,用不着考虑提前量。另外,它可以在极小的面积上、极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量,还能很灵活地改变方向,没有任何放射性污染。

激光武器分为三类:一是致盲型。二是近距离战术型,可用来击落导弹和飞机。三是远距离战略型。这类激光武器的研制困难最大,但一旦成功,作用也最大,它可以反卫星、反洲际弹道导弹,成为最先进的防御武器。

但是激光武器也有缺点,它的缺点是不能全天候作战,受限于大雾、大雪、大雨等恶劣天气。

十一、望向星空的目光——天文望远镜

自古以来,人们就喜欢仰望天空。但古时候,人们只能用肉眼来观测星空,星星看上去只是一些闪烁的光点。人们看到了月亮与灰间的区域,就凭借想像创造了“嫦娥奔月”、“吴刚伐桂”及“玉兔捣药”等神话故事。中国和其他古老民族还记载他们看到了太阳上的黑斑——太阳黑子。但这样来观天毕竟有很大的局限性。直到伽利略发明人类历史上第一架天文望远镜,才结束了人类用肉眼观天的历史。

伽利略是意大利的一位物理学家、数学家和天文学家。他对人类的贡献之一就是发明了天文望远镜。但是,望远镜的原理却是荷兰眼镜匠李普希首先发现的。有一次,李普希在配制眼镜片的时候,偶然间把两个眼镜片排开一段距离,然后透过它们观察远处的物体,惊奇地发现远处的物体被拉近、放大了。这一发现立即引起了很多人的兴趣,并迅速在欧洲传开。

伽利略对李普希的发现产生了极大的兴趣。他拥有丰富的光学知识,很迅速地推导出了其中的原理。他想,如果采用合适的镜片,制造一种仪器,用来观测天空,那不是可以看到很远的星星,看清月亮的表面了吗?于是,伽利略马上着手制造这种仪器。

1609年,世界上第一架天文望远镜诞生了。这架由伽利略制造的折射望远镜的物镜直径是4.4厘米。镜筒前头那块玻璃透镜被称为物镜,当来自天体的光线射到物镜上时,光线会被折射并被透镜集中到一个点上,这个点就是焦点。天体的像在那里形成。在镜筒的另一端的透镜口径较小,被称为目镜。天体的像在目镜中被放大,供观测者观察。

伽利略首先用望远镜观测月亮,结果发现月亮并不像人们常说的那样。事实上,月球是一个崎岖多山的星球,而不是我们肉眼所见的洁白无瑕的外形。在它分别处在白昼和黑夜的两个半球之间的边界即明暗界限上,伽利略看到了一些灰斑。他认为这些灰斑是受阳光照耀的山顶,由于光照,产生明暗两面,明暗界限成为凹凸不平的形状。通过望远镜,伽利略还看到了处于低洼区域的灰色平原。伽利略不相信那里有水,但后来,这些灰色平原还是被称为“海”。

伽利略还特别注意到,与行星相比较,恒星在望远镜里只是一个光点,而没有呈现出明显的圆面,不管怎样放大,这些恒星在望远镜中仍然是一个微小的光点。造成这种现象的原因是所有的恒星都距离我们非常遥远。当伽利略用望远镜观测银河时,银河不再是如肉眼所见的那样,白茫茫一片,而是一些密密麻麻的恒星,这些恒星就像针尖般大小。由此可知,千千万万颗发光的恒星组成了银河。

1610年1月7日夜里,伽利略在观测木星时,发现它淡黄色的圆面附近有3颗小星星,这3颗小星星几乎在一条直线上,其中l颗在木星右边,两颗在左边。接连观察了多日,伽利略进一步发现木星旁边的小星星数目不定,有的时候是两颗,有的时候是4颗。又经过几个星期的观测,他断定木星有4颗卫星。到目前为止,人们共发现了18颗木星卫星。为了纪念伽利略的伟大发现,人们把他发现的那4颗木星卫星称为“伽利略卫星”。

发现木星卫星后,伽利略非常激动,这给了他一个最为直接的启发:木星系统好像是一个小型的太阳系。在这之前,伽利略就支持哥白尼的“日心说”,发现木星卫星后,他比以前更加相信哥白尼的学说了,特别是当他发现金星也有圆缺变化时,他进一步确信“日心说”是正确的。

伽利略的这些发明都是借助天文望远镜观测星空而得来的结果,他的这一发明让人类具备了“千里眼”,开启了天文学上的新纪元。

十二、从天而降的翅膀——降落伞

18世纪80年代,氢气球出现了,为人们探索升空道路提供了新工具,但氢气球常常发生爆炸等事故,威胁着升空者的安全。于是,聪明的人们不断探索,开始了对降落伞的研究。当加纳林从800米的高空被降落伞安全地送回地面时,人类就实现了从天而降的梦想。

传说我国上古时代,有个叫舜的人,幼年失去了母亲,父亲瞽叟娶了后妻并生了个儿子。此后,瞽叟偏爱后妻生的儿子而不喜欢舜,甚至想杀害舜。一天,瞽叟让舜去修粮仓。当舜爬到粮仓上时,瞽叟就放火烧粮仓,想烧死舜。粮仓的火势越来越猛,情急之下,舜将两顶斗笠牢牢抓在手上,然后像小鸟张翅一样,从粮仓上飘然而下。意外的是,他竟毫发无伤。尽管这只是一则传说故事,但它表明我国早在4000多年前,就对降落伞有过尝试了。

在我国的明朝时期,一些艺人创造了一个新的表演节目——跳伞。演员站在很高的塔台上,手握张开的特制雨伞往下跳,以博取观众喝彩。这种表演后来传到欧洲,被欧洲人改进,他们利用绸制的‘翅膀”,从教堂上、宫殿或塔上往下跳,进行杂技表演。

而试图凭借空气阻力使人从空中安全着陆的设想,首先是由意大利文艺复兴时代的巨匠达·芬奇加以具体化的。他设计了一种用布制成的四方尖顶天盖,人可以吊在下面从空中下降。这可以说是人类历史上初次尝试设计的降落伞。

第一个在空中利用降落伞的是法国飞船驾驶员布兰查德。1785年,他从停留在空中的气球上放下一个降落伞。降落伞吊着一只筐子,筐子里面放着一只狗。最后,狗顺利地着地。接着在1793年,他本人从气球上用降落伞下降,可是他在着地时摔坏了腿。这一年,他正式提出了从空中降落的报告。

当时的法国上流社会热衷于科学试验与探险活动,此时社会公众关注的热点是热气球升空试验。另外一个飞船驾驶员加纳林也做了类似于布兰查德的试验:让气球把人带到高空,再跳伞降落下来。他仿照当时阳伞制作了一把硕大的伞,用肋状物撑开,伞下系着一个小吊篮。他将站在吊篮里降下——因为他清楚地知道,在高空中自己会无力用手抓住这样的一顶大伞。

1797年10月22日,在巴黎的莱蒙公园上空,一只氢气球将加纳林带到了800米的高空。然后,加纳林一拉系在气球上的释放绳,他和降落伞便离开了气球,带着加纳林的吊篮缓缓下降。至少有数万人在场观看,为他欢呼喝彩,是这位英雄开创了人类从天而降的历史。

但是,此时在吊篮里的加纳林却没有半点成功的喜悦。由于降落伞中心没有排气孔,鼓足了的空气只能从伞侧逸出,这顶大伞被弄得晃来荡去,摇摆得很厉害。等这位首次跳伞的英雄落到地面时,他趴在吊篮口上呕吐不止,根本无法接受蜂拥而至的人群的祝贺。

19世纪时,跳伞几乎成了航空表演中一项不可缺少的节目。放飞气球时,气球下常带有一个吊架,降落伞松弛地系在吊架上,跳伞者被绑坐在吊架上。等气球升到高空以后,跳伞者便解开降落伞,跳下吊架。此时的降落伞已经改进,顶部开了导流孔,能够控制方向下落了,跳伞表演变得越来越自如和安全了。

十三、翱翔的“大鸟”——飞机的发明

在遥远的古代,人类就梦想着能像鸟五样在天空自由翱翔,为此人们付出了不懈的努力。今天,这个梦想已变成现实,人们可以驾驶飞机环游世界。这一梦想的实现首先归功于莱特兄弟。

莱特兄弟出生在美国俄亥俄州的达顿市。那时,已经出现了热气球、飞艇、滑翔机等飞行器。但这些飞行器都不易控制。

虽然莱特兄弟受到的教育不多,但他们具有一股百折不挠的精神。兄弟俩做了许多次试验,终于成功地制造出了一架滑翔机。这架滑翔机有两层翅膀,操纵时人俯卧在滑翔机上。他们看中了一块宽阔的沙滩地,把飞机放在一个小丘上,然后迎着风将飞机使劲用绳子拉起,滑翔机终于腾空而起。后来,他们重新制作了一架滑翔机。这架新飞机能够飞到180米高的空中,还可以在空中改变方向。莱特兄弟这时觉得必须有一个发动机,这样他们的滑翔机才能依靠动力,自由地飞上天空。但是莱特兄弟所要求的发动机没有人能够提供,他们只能自己动手制造。6个星期后,莱特兄弟造出了一台12马力的内燃机。然后,他们把内燃机装上了飞机,用链条与2个他们自己研制出来的螺旋桨相连。飞机长6.5米,双层机翼,机翼长12.3米。

1903年12月17日,莱特兄弟早早地来到海滩,准备开始试飞。俯卧在驾驶位置的是弟弟奥维尔。他在大家的注视下启动了发动机。一阵轰鸣声把海滩附近的飞鸟都吓跑了,飞机全身颤动着。奥维尔把油门加大,螺旋桨旋转地越来越快。一开始,飞机先是动了一下,接着开始慢慢移动。油门又加大了,飞行滑行速度也越来越快。突然,飞机一下子离开了地面,升到离地面约3米的高度。飞机向前飞行了30米左右后,安全平稳地着陆了。成功了!人们一边欢呼,一边互相拥抱,祝贺试飞成功。哥哥威尔伯接着也上了飞机,这次飞机飞了52米。兄弟俩轮换着一共飞了4次,第四次是威尔伯飞行的,飞机在空中飞了59秒,距离近260米。第二天,这个激动人心的消息成了报纸的头条新闻。莱特兄弟把这架飞机叫做“飞行者一号”,它直到今天还保存在华盛顿的斯密森航空博物馆内。

到了1905年,他们的飞机已经能够连续飞行30千米。1908年,莱特兄弟把他们的飞机带到了欧洲,他们的飞机在空中飞行了2个小时,这在欧洲成了轰动一时的新闻。

美国军界非常重视莱特兄弟的发明,军方开始研制军用飞机。其他国家也加紧研制飞机。1909年,在法国举行了首届国际航空大赛,最快的飞机每小时能飞76千米,飞行距离最远达186千米,飞行高度最高达155米。飞行正式进入了实用阶段,人类飞上天空的梦想真正成为了现实。

十四、射电望远镜

从17世纪科学家开始用天文望远镜观测太空后,木星的卫星等一系列重大的天文现象被发现,人类的眼睛因此可以更真实地接近太空。不过,太空中除了能够被一般望远镜看到的可见光外,还有它们看不见的电磁波在“穿梭往来”。为了分析这些“隐形者”,科学家发明了一种特殊的望远镜——射电望远镜。

射电天文学是通过探测天体的电波辐射研究天体的分支学科。20世纪30年代,美国科学家第一次用雷达天线接收到来自宇宙的脉冲电波,从此,开启了射电天文学的大门。射电天文学的主要观测工具是射电望远镜,这种望远镜与光学望远镜相比,它可以接收到后者看不到的穿过星际尘埃的天体辐射。射电天文学以无线电接收技术为手段,包罗了从太阳系到银河系中的各种对象,直到遥远的银河系以外的目标。

射电望远镜是指接收天体射电波段辐射的设备,它可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。射电望远镜由天线和接收系统两大部分组成。只有有了足够的灵敏度,射电望远镜才能将所研究的射电源的信号从邻近背景源中分辨出来,并进而观测其结构细节。射电望远镜的天线看起来就像一个仰面朝天的大‘碗”。通过转动,可以方便地指向天空的任一方向。一般来说,天线的直径越大,接收的射电波越多,而且分辨率也越大。

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