第一章

1神舟系列飞船发射大事记

1999年11月20日，我国第一艘宇宙飞船--“神舟”号在酒泉卫星发射中心由新型长征运载火箭发射升空，次日在内蒙古自治区中部地区成功着陆。

“神舟”号飞船发射试验首次采用了在技术厂房对飞船、火箭垂直总装与测试，整体垂直运输至发射场，进行远距离测试发射控制的新模式。我国在原有的航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网，也在这次发射试验中首次投入使用。飞船在轨运行期间，多个地面测控站和分布于公海的4艘“远望号”测量船对其进行了跟踪与测控，成功进行了一系列科学试验。

“神舟”二号飞船于2001年1月10日在酒泉卫星发射中心发射升空，在轨运行7天后成功返回地面。“神舟”二号是我国第一艘正样无人飞船，由轨道舱、返回舱和推进舱组成，飞船技术状态与载人飞船基本一致，并首次进行了微重力环境下的空间生命科学、空间材料、空间天文和物理等领域的实验。

2002年3月25日，酒泉卫星发射中心成功发射“神舟”三号飞船。飞船搭载了人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员呼吸和血液循环系统中的心跳、血压、耗氧及产生热量等多种太空生活的重要生理活动参数。飞船上安装了逃逸系统，若火箭发射和升空阶段出现意外故障，可确保航天员的生命安全。

“神舟”三号轨道舱在太空留轨运行了180多天，环绕地球飞行2821圈，成功进行了一系列空间科学实验，在低轨飞行器的轨道衰变规律、陨落分析、燃料最优分配、故障诊断和应急处理等方面的研究取得了重要突破，为将来把我国航天员送上太空打下了坚实的基础。

北京时间2002年12月30日零时40分，“神舟”四号无人飞船在酒泉卫星发射中心由长征二号F运载火箭发射升空。飞船已按计划进入预定轨道。

据中国载人航天工程有关负责人介绍，发射前，我国预备航天员曾进入飞船进行了实际体验。

2神舟号飞船为什么选在晚上发射

我国的“神舟”号飞船的发射时间基本上都是选择在凌晨和子夜。那么，神舟飞船为什么选择在夜晚发射呢？

据有关专家介绍，航天发射是一项极其复杂和庞大的系统工程，飞船发射时机的选择要考虑到各种各样可能影响到发射的因素，其中，气象因素往往是最关键最直接的决定性因素。在综合考虑判断的基础上，最终确定下来的一天中的某一个时间段会作为飞船发射的时机，这个时间段被称为“发射窗口”。

“神舟”号飞船的发射窗口之所以选择在夜晚而不是白天，最重要的原因是便于飞船发射升空时，地面的光学跟踪测量设备易于捕捉到跟踪目标。道理很简单，在漆黑的夜空中，喷射着火焰向太空飞行的载有飞船的火箭非常显眼和突出

3神舟号飞船为什么选在冬天发射

我国成功发射的“神舟”号飞船基本上都是在相对较为寒冷的季节发射升空的。那么，“神舟”号飞船为何选在冬季发射？

原来，航天发射是一项庞大的系统工程，飞船上天后，要由我国的航天测控网对飞船实施测控管理和回收。这个测控网由多个国内测控站、国外测控站和我国的四艘“远望”号远洋航天测量船组成。在对飞船实施测控的过程中，远望一号、二号、四号和三号远洋航天测量船同时分布在太平洋、印度洋和大西洋的指定海域，除了远望一号，其它三艘测量船的任务海域都在纬度相对较高的南半球。那里的海况在南半球的春夏季节要好一些，秋冬季节则极为恶劣，尤其是在冬季，不要说在海上执行航天测控任务，就是正常航行都难保安全。为此，“神舟”号飞船的发射要尽量避免安排在南半球的冬季

4飞船最佳发射窗口是怎样确定的

为什么要选择今日零时四十分发射“神舟”四号飞船？飞船发射时间是如何确定的？此间权威专家称，完成飞船飞行使命所允许的发射时间段即载人飞船的发射“窗口”，它可不是随便挑选的，而是根据飞船在轨运行时，太阳光照辐射、飞船姿态控制等要求，建立一个数学模型、输入相关数据，再经过精心计算推导而得出最佳发射时机。

专家介绍说，选择一个最佳发射“窗口”，必须考虑以下四个方面的因素：

--要保证飞船的太阳电池帆板有足够电源。飞船发射上天后，要保证各种仪器设备正常工作，需由太阳电池帆板供应充足的电源。太阳电池帆板在太空展开后，有一个起始位置，如果阳光垂直照射在帆板上，就会产生足够的电能；非直射状态下，太阳电池帆板效能就会降低。这就要求飞船在自主运行的七天内，太阳矢量与轨道面夹角在二十度范围以内。

--要考虑飞船控制系统（GNC）对发射“窗口”的要求。“神舟”四号飞船自主飞行阶段GNC分系统使用三个红外地球敏感器，由于地球温度比较高，安装在飞船上的地球敏感器的红外光线很容易发现并对准地球进行测量，但是如果有太阳光照射到红外镜头或视场，就会产生干扰，导致仪器出现故障。为保证红外地球敏感器的正常测量，需要避开太阳光的辐射影响并选择一个合适的角度。

--要保证飞船温控适度。飞船在太空运行会受太阳辐射影响，太阳照射面积的大小、角度不同，将使飞船吸收不同程度的热量，要保证飞船内环境温度适宜、保证一定的散热条件，也需要选择一个合适的角度。

--飞船有一定的姿态要求。飞船入轨后，有效载荷需要对地进行观测，这也需要选择一个合适的角度保证对地观测姿态。

飞船发射时机要同时满足上述四项要求，保证太阳、地球、飞船三者处于正确合适的位置，难度非常大：因为每一个季节、每一天的气象条件都不一样，可供选择的发射“窗口”极为有限。

据悉，“神舟”四号飞船发射前，中国载人航天发射场召开指挥部会议，经过认真讨论研究，确定此次最佳发射“窗口”为北京时间今日凌晨的零时四十分

5神舟四号飞船返回内幕

中国空间技术研究院主任设计师白明生在央视透露“神舟”四号飞船的着陆内幕。

景象：返回舱像个火球

主持人：“神舟”四号飞船的返回着陆过程是怎么样的呢？

白明生：飞船大致是在100公里左右高的新疆上空开始脱离原来的轨道，进入到大气层。由于飞船返回舱的速度非常快，跟大气产生摩擦，产生很大的热量，返回舱本身看着是一个火球，在地面上肉眼可以看见。大概在10000米左右的高空，飞船的降落伞打开，像飞行员跳伞似的降落到地面上。

温度：舱外舱内天壤之别

主持人：飞船进入到大气层，其表面温度可能会达到上千摄氏度。如果飞船里面有航天员的话，可能会是什么样的感受呢？

白明生：“神舟”四号飞船的返回舱已进行了防热设计，它里外有防热层，可以保证航天员在里面有一个比较舒适的温度，即使舱壁上是最高温度的时候，舱内的温度也仅在30摄氏度左右。

应变：酒泉还设了副着陆场

主持人：与前三艘“神舟”号飞船不一样的是，“神舟”四号飞船还有一个副着陆场在酒泉附近，副着陆场起什么作用呢？

白明生：主着陆场天气比较恶劣的时候，我们就可以提前给飞船发出指令，让它落到副着陆场。降落到主着陆场还是副着陆场？在它制动那一时刻已经决定了。为了保证咱们航天员的安全，我们设立了十几个应急着陆区。此外，我们还在海上、陆上设立若干个应急救生区。

担心：飞船落到海面咋办

主持人：飞船有可能会落到海面上，那么航天员能够在返回舱里活多久呢？

白明生：航天员落到海上以后，如果返回舱不开门，在一个封闭的空间情况下生存时间是24小时。但如果海上风浪比较小的话，航天员可以打开舱门，这样的话，就可以像小船一样，在海里面漂着，也是很安全的。海浪大的时候，可以把舱门关起来，这样可以节省它里面的一些消耗品，这样，生存时间就比较长。返回舱还有通气孔，航天员可根据海浪情况打开或关闭。而“神舟”三号上并没有此通气孔。据透露，此套通气系统主要将在“神五”上人后发挥作用。此外，返回舱本身还会发出无线信号，可以通过接收，知道它落在什么地方。

自豪：轨道舱我们最先进

主持人：在“神舟”四号飞船上，有哪些技术是中国领先于世界的？

白明生：首先说有一个轨道舱，轨道舱在完成载人飞行任务以后，要独立地作为一个卫星，在天上继续工作，可以执行一些对地观测，或者其它预定的任务，这个在国外是没有的。另外一方面，返回舱里面的空间和轨道舱里面的生活空间，比国外同类的飞船都要大一些，让航天员生活得更舒适。从系统上讲，可靠性设计方面，咱们是处于领先地位的。跟国外的同类飞船相比，咱们是更安全，更可靠的

6神奇的纳米管

不久前，我国科学家在一种功能材料上创造了一项世界纪录。这就是成功地制造出三毫米长的超长定向碳纳米管列车，长度列于世界之最。碳纳米管是一种奇异分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来“生长”。出的“超细管子”，细到5万根并排起来才有一根头发丝宽。这种又长又细的分子，人们给它取个计量单位“纳米”（百万分之一毫米）的名字，叫“纳米管”。尽管碳纳米管在理论上可长到几公里而不断，但人们已用多种方法制备的碳纳米管，最长也只有一二百微米。我国科学家另辟蹊径，创造性地制出了3毫米长的碳纳米管，把长度增加了上万倍。

碳纳米管有着不可思议的强度与韧性，重量却极轻，导电性极强，兼有金属和半导体的性能；把纳米管组合起来，比同体积的钢强度高100倍，重量却只有1/6。

一次，莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压下（相当于水下18000千米深的压力）做实验。不料，未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。于是，科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像低一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量。

更令人惊奇的是，最近美国、中国、法国和巴西科学用精密的电子显微镜测量纳米管在电流中出现的摆动频率时，发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化，从而发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。这种世界上最小的秤，为科学家区分病毒种类，发现新病毒作出了贡献。

在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁。在电子工业上、用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的1/10，用碳基分子电子装置取代电脑芯片，将引发计算机的新的革命。

7阿基米德“死光”之谜

罗马人侵略叙拉古，却发现对方士兵们手里只拿着镜子--然而，就在船要靠近西西里岛时，一道光柱从岸边射来，他们的船顿时烈焰升腾，罗马人成了太阳能“死光”最早的牺牲品。

几个世纪以来，学者们对古代伟大的科学家阿基米德，如何在公元前212年利用聚集的太阳能催毁罗马舰队，始终争论不休。有历史学家说，当时的人并不了解光学和镜子的知识，这只是一个传说。但是，不久前的一份研究表明，某些古代文明（包括阿基米德的文明在内），已经有了相当发达的光学知识，他们可以制造出望远镜，而且已经掌握了“燃烧镜”的使用。

肯塔基州的路易斯维尔大学科学哲学和历史学教授罗伯特·泰普尔说，他的研究表明，阿基米德的成功，意味着他是现代激光武器--如制导炸弹和导弹之父。

阿基米德大约出生于公元前280年，他以数学技能和能将其用于制造武器方面而著称，但他最为人知的，还是他在浴池中认识到，能用相同体积的水做替换，计算出黄金纯度后，一边大喊：“我找到它了，一边赤裸身体穿过叙拉古城。这就是浮力定律的发现。

泰普尔重译了详细描述古代文明与光学有关的文本，在今年5月出版的《透明的太阳》一书中，令人耳目一新的地描述了阿基米德利用镜子对付罗马人的过程。那些文本中最古老的是在那次围城300多年之后，由一位叫卢奇安的历史学家和一个名为伽仑的医学家写于公元2世纪的作品。他们利用了那次战斗后不久的文字资料。

泰普尔相信，这些学者读过现在已经丢失的阿基米德同时代人、希腊历史学家波利比阿的著作。他的遗作中对罗马崛起成为世纪主宰的描写，在当时最受崇拜。

对于泰普尔说，铁证来源于后来对阿基米德功绩的重新验证。第一次在6世纪拜占庭首都君士坦丁堡，它被敌舰围困，直到有几十人手持镜子，放火烧了敌舰，他们才算得救。现代科学家也重做了同样的试验。1973年，希腊科学家伊奥安尼斯·萨卡斯，决定来检验是否能用“燃烧镜”点燃一只船。他让60个水手排队站在码头上，拿着大镜子，把光线反射到150英尺开外的一只小船上，不到3分钟，船就着火了。

牛津大学物理学教授和光学专家保罗·尤尔特说，阿基米德利用当时可得的技术，未必能够把镜子造那么平滑。但大英博物馆保管员最近给一个从古代卡尔胡阿西利亚城出土的坡璃碎片重贴标签时，认识到他们先前以为是小玩意的东西，可能是一个用来矫正近视的精制凸镜。它制造于大约公元前800年，还在阿基米德诞生前大约600年!

8世界各地的怪坡

你想体验一下“上坡轻松、下坡费劲”的奇妙感觉吗？你想目睹一下“车往坡上滑、水往高处流”的奇异景观吗？那么，不妨到世界各地的“怪坡”去“潇洒走一回”，看看大自然的神奇造化。

辽宁“怪坡”

最早被发现的“怪坡”，位于辽宁省沈阳市新城子区清水台镇周家村东北方的寒坡岭。

1990年5月，一辆面包车途经此地，司机下车小歇；回来时发现熄火的面包车已自行从坡底“滑行”到了坡顶。

在这条长约90米、宽约15米、坡度为1.85度的“怪坡”上，坡道平坦，两边长满小草，并无任何异常现象。

但就在这“怪坡”上，汽车下坡必须加大油门，而上坡即使熄火也可到达坡顶；骑自行车，下坡要使劲蹬，上坡却要紧扣车闸；人行坡上，也是上去省力，下来费劲。

山东“怪坡”

济南市东南外环路也有一段“怪坡”，引来人们竞相探奇。

当时，有人驾车途经外环路省经济学院以南约1.5公里处一段下坡路时，驶过下坡的汽车一旦熄火，竟又慢慢地自动爬上了坡。

不少人闻讯赶来，目睹了同一现象：几辆汽车驶到坡底，车与车相距1.2米，熄火；结果，汽车均“倒行逆驶”，缓慢地爬上坡去。

西安“怪坡”

在西安秦始皇兵马俑博物馆东南方，1997年人们又发现了一个“怪坡”。

“怪坡”长约120米，是一段盘山公路的上坡段，汽车、摩托车、自行车到此，不用加力踩油门，都会自动地慢慢爬上去。

台湾“怪坡”

在台东县东河乡，有一个名叫“都兰”的旅游胜地，其最吸引游人处，便是“水往高处流”的奇景。“怪坡”旁有一股小山溪，溪水流到山脚下的农田，而靠近山脚旁的另一股溪水，不往下流，偏偏反其道而行之，向山坡上流去，观者无不称奇。

发生在华夏大地的“怪坡”奇异现象，以其不可思议的神奇力量成为人们探奇的“热土”。饶有兴趣的是，类似“上坡轻松、下坡费劲”的“怪坡”，在世界各国亦已发现多处。

乌拉圭“怪坡”

南美乌拉圭的巴纳角地区，可以说是“怪坡”的“聚焦点”，汽车只要一开进这一地区，便怪事丛生。最令人惊奇的要数汽车一旦抛锚，一种不知从何而来的神力，会把汽车推出几十米远。

韩国“怪坡”

韩国的济州岛，在天马牧场附近的516国道，有一段“怪坡”，汽车到此，熄火并置于空档，却见汽车又向坡上滑行。

美国“怪坡”

美国犹他州，有一个被人们称为“重力之山”的奇特山坡，有一条直线距离为500米左右，坡度很大的斜坡道，也是闻名全球的“怪坡”。驱车到此，将车停下，松开制动器，就会发现，汽车像是被一种无形的力量拉着似地、缓慢地向山坡上爬去。

世界怪坡之谜引起了科学家们的关注，多次进行科学实验。结果表明：在“怪坡”上，越是质量大的物体，越是容易发生自行上坡的奇异现象。如此“怪坡”效应，自然使游客、探险家和科学工作者产生了浓厚的兴趣，先后提出了“重力异常”、“视差错觉”、“磁场效应”、“四维交错”、“黑暗物质”和“飞碟作用”、“鬼怪作祟”、“失重现象”、“黑暗物质的强大万有引力”和“UFO的神秘力量”……各种解释，众说纷纭，却难以使人信服。“怪坡”，依然成为人们竞相前往探奇的“旅游谜地”。

9地球绕太阳转是白天转得快还是黑夜转得快

我们什么时候绕太阳转得更快一些：在白昼还是在黑夜

巴黎的报纸有一次曾经刊出一则广告，里面说每个人只要花25生丁钱，就可以得到又经济又没有丝毫困惫痛苦的旅行方法。果然就有一些轻率的人按址寄了25生丁钱去。这些人每人得到一封回信，内容是这样的：

先生，请您安静地躺在您的床上，并且请您记牢：我们的地球是在旋转着的。在巴黎的纬度--49度--上，您每昼夜要跑25000公里以上。假如您喜欢看看沿路美好的景致，就请您打开窗帘，尽情地欣赏星空的美丽吧。

这位先生终于被人用欺诈的罪名告到法院。他听完判决，付出所判的罚金之后，据说曾经用演剧的姿态站了起来，郑重地复述了伽利略的话：

“可是，无论如何它确实是在转着的呀！”

这位被告在一定意义上是正确的，因为地球上的居民不只绕着地轮在“旅行”，同时还给地球带着用更大的速度绕着太阳转。我们的地球带着它的全数居民在空间每秒移动30公里，同时还要绕地轴旋转。

这里可以提出一个有趣的问题：我们--住在地球上的人--究竟在什么时候绕太阳转得更快一些：在白昼还是在黑夜？

这个问题很容易引起误会，地球的一面如果是在白昼，那么它的另一面就必然是在黑夜，那么，这个问题的提出究竟有什么意义呢？恐怕是毫无意义的吧。

然而这儿要问的并不是整个地球在什么时候转得比较快，而是问，我们--地球上的居民--在众星之间的移动究竟在什么时候要更快一些。这样一个问题是不能够认为毫无意义的。我们在太阳系里是在进行两种运动的：绕太阳公转，同时还绕地轮自转。这两种运动可以加到一起，但是结果并不始终相同，要看我们的位置在地球的白昼或黑夜的一面来决定。请注意图3，你就可以明白在午夜的时候，地球的自转速度要和它的公转前进速度相加，但是在正午时候刚刚相反，地球的自转速度要从它的公转前进速度里减去。这样看来，我们在太阳系里的移动，午夜要比正午更快些。

赤道上的每一点，每一秒大约要跑半公里，因此，在赤道地带，正午跟午夜速度的差数竟达到每秒钟整整1公里。而一个懂几何学的人也会不难算出，在列宁格勒（它是在纬度60度上），这个差数却只有一半：列宁格勒的居民，午夜在太阳系里每秒所跑的路，比他们在正午跑的多半公里。

10气象、资源卫星通常在什么轨道上

它们通常运行在太阳同步轨道上。那么什么是太阳同步轨道？这种轨道又有什么好处？

太阳同步轨道的理论定义是：轨道平面进动方向与地球公转方向大致相同，进动角速率等于地球公转平均角速率（0.9856度/日或360度/年）的人造地球卫星轨道。其实，说简单一点，就是能保证卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空的轨道。因为，我们知道，卫星运行的周期是由的处的轨道决定的，因此，这样的轨道是可以确定的。

选择太阳同步轨道，能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区，这当然便于我们获得最好的太阳光条件，从而得到高质量的地面目标图像，这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。

茫茫星空，有心人会发现，有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置，奇怪吗？其实一点也不奇怪，因为它们处在地球同步轨道上。所谓地球同步轨道，就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期（23小时56分4秒）相同。也许有人会说，那么如果走得速度快慢不一，那得到的时间不也就不同了吗。其实，按照天体运行规律，每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此，不用担心会出现时间上的不一致性。那么，地球同步轨道有什么用呢？设想一下，如果我们想每天监视地球上的同一个地方，我们的卫星该放在哪儿？当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯，它处于高轨地区，常用的静止轨道卫星无法覆盖，如果想实现卫星通信，地球同步轨道是再好的选择。事实上，俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的。

11显微镜的发展史

R.虎克在17世纪中期制做的复式显微镜。

19世纪中期的显微镜。

20世纪初期的显微镜。

带自动照相机的光学显微镜。

装有场发射枪的扫描电子显微镜。

超高压透射电子显微镜。

12美国的导弹防御计划是怎样的

美国的弹道导弹防御计划（BMD）由国防部弹道导弹防御组织负责管理、指挥和实施。BMD计划主要集中三个领域：战区导弹防御（TMD）、国家导弹防御（NMD）和先进的弹道导弹防御技术。

TMD用来保护美国部署在世界各地的部队、美国的盟国和朋友。TMD系统必须能随部队快速部署和调动。由于TMD所面临的威胁受导弹射程和威力左右，所以任何单一的系统都不可能完成整个TMD任务。为此，国防部采取了一种称之为“系统族”的方式，可以成功地击退战区导弹的威胁。

这种系统族方法采用低层和高层两种防御系统，从而确保综深防御。低层防御系统拦截大气层内飞行高度相对较低的目标；高层防御系统拦截大气层外和更远距离的导弹。