什么是衛(wèi)星的地球同步轉(zhuǎn)移軌道？

所謂地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO），是近地點在1000公里以下、遠(yuǎn)地點為地球同步軌道高度（36000公里高）的軌道，一般發(fā)射地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星都是借助這個軌道的。衛(wèi)星被送得越高需要的能量越大，如果先進入高度較低的地球同步轉(zhuǎn)移軌道的近地點，并且水平飛行速度比較快，等它沿著橢圓軌道來到遠(yuǎn)地點（速度也越來越慢），再進行加速，達到在地球同步軌道高度（36000公里高）處圍著地球圓周運動的速度，就進入了地球同步軌道飛行。實際當(dāng)中這比直接運送衛(wèi)星到地球同步軌道高度所需要的燃料要節(jié)省得多。我們國家常用長征3號甲系列火箭發(fā)射進入地球同步轉(zhuǎn)移軌道的衛(wèi)星。

火星車帶那么多光學(xué)攝像頭干什么？

當(dāng)1997年美國宇航局的“火星探路者號”（Mars Pathfinder）降落火星時，僅僅帶有5架攝像機，但已經(jīng)為我們打開了看向火星的眼界；隨著太空搭載相機技術(shù)的不斷發(fā)展，美國計劃在2020年發(fā)射的“火星2020”（“Mars 2020”）擁有著更多、更犀利的“眼睛”：它將搭載多達23個高清精密攝像頭。這些“眼睛”支持全景，可工作在極端天氣中，直接應(yīng)用于氣候研究以及輔助科學(xué)儀器進行分析。

這些攝像頭的主要任務(wù)為：觀測探測器所處位置整體的地貌、地質(zhì)過程和地質(zhì)記錄（如礦物學(xué)、紋理、結(jié)構(gòu)和地層）等；評估當(dāng)前的大氣和天文的環(huán)境和事件，以及與之相關(guān)地表與大氣相互作用的過程；為探測器的導(dǎo)航、通訊、取樣、提取和貯藏以及其他探測活動提供支持。

地面怎么與飛行到月球背面的嫦娥四號通信？

最近我國嫦娥工程最新的探測器——嫦娥四號降落月球背面。其實，早在大半年之前我國就已經(jīng)發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的中繼衛(wèi)星。當(dāng)嫦娥四號到達月球背面時，地面與它的通訊都要經(jīng)過這顆中繼衛(wèi)星。

所謂的“中繼星”意思是“通訊中繼衛(wèi)星”，是通信衛(wèi)星的一種，顧名思義，主要用于數(shù)據(jù)傳輸?！谤o橋”飛行在地月引力平衡的“拉格朗日L2點”位置。這個位置處在地月連線的月球背面，距離月球6.5萬公里，距離地球38.4萬+6.5萬=44.9萬公里。在L2點的衛(wèi)星消耗很少的燃料即可長期駐留。地面通過佳木斯深空站的66米天線向“鵲橋”發(fā)射無線電波信號，經(jīng)過它的轉(zhuǎn)接，就能聯(lián)絡(luò)到位于月球背面的嫦娥四號。

衛(wèi)星怎么用激光雷達測地形？

衛(wèi)星在宇宙中也可以測量地球（乃至其他星球）的地形，利用的是搭載的激光雷達，例如美國宇航局2018年發(fā)射的“冰、云和陸地高程”2號衛(wèi)星（ICESat-2衛(wèi)星）。其實除了測量地表三維信息，它還可以用來測量海冰變化、測量植被冠層高度用以估計全球生物總量。

激光雷達對地面地形的高度探測，原理是測量自己發(fā)射的激光脈沖從發(fā)射到地面發(fā)射、再到衛(wèi)星雷達接收，其間的時間間隔T，計算激光在該時間間隔內(nèi)所經(jīng)過距離的一半，即為星載雷達（衛(wèi)星）到地面的距離H，以真空中光速c計算的話，也就是：H=1/2（cT）。衛(wèi)星在天上本身可以用GPS精準(zhǔn)定位，再配合星載相機和陀螺儀等設(shè)備，也可以精確確定激光束的方位，這樣精確確定了激光束在地面的投影點后，激光束所經(jīng)過之處的地形圖也就繪制而成。

什么是探空火箭？

“探空火箭”的“探空”（sounding）來源于航海術(shù)語“to sound”，意思就是“去測量”（sound本意是聽）。二戰(zhàn)之后，以V2火箭為代表的火箭的各種發(fā)射試驗為了“物盡其用”，往往攜帶各種科學(xué)儀器，既是火箭的工程發(fā)射嘗試，又是高空探測。如圖所示，火箭發(fā)射后打開科學(xué)儀器，進行起飛和降落路徑上的空間物理參量的科學(xué)探測，將探測結(jié)果以無線電方式發(fā)送回地面或隨后進行回收。中國航天最先發(fā)射的空間探測飛行器也是探空火箭。

探空火箭最大的意義就在于，探測氣球飛行高度基本低于40公里，而衛(wèi)星軌道高度基本高于160公里，在這之間的大氣區(qū)域，氣球上不去、衛(wèi)星下不來，用火箭進行實地探測，是一種經(jīng)濟實惠的探測方法。

從宇宙返回的航天器用什么材料抵抗高溫？

根據(jù)計算，從宇宙返回的航天器，從高空下降到達離地面60～70公里時往往還有20倍聲速，對應(yīng)的溫度可以高達上萬度，必須采取措施來避免其燒毀。通常航天器表面會采用兩種材料：燒蝕材料、隔熱瓦（絕緣材料）材料。

航天器隔熱層涂的“燒蝕材料”通常汽化熱大、熱容量大、絕熱性好、向外界輻射熱量的功能強，所以在溫度升高時先汽化吸收大量熱量隨后帶走熱量，保證隔熱層里面溫度不會太高。阿波羅飛船是比較早用到這種技術(shù)的。我們的神舟系列飛船也同樣采用這種方法。

而隔熱瓦應(yīng)用了多樣的絕熱原理，常見的有多孔材料、熱反射材料和真空材料等，它們像我們裝修時候的瓷磚一樣，一塊一塊貼在航天器上，留出熱脹冷縮的縫隙。這些材料導(dǎo)熱系數(shù)小，能耐得住高溫，還要在高溫下能貼得住航天器表面，例如特殊的二氧化硅瓦。美國航天飛機采用的是這種技術(shù)。

為什么要設(shè)計返回式衛(wèi)星？

返回式衛(wèi)星，顧名思義，就是發(fā)射到太空中執(zhí)行完任務(wù)，還能返回地面的衛(wèi)星。1975年11月26日，中國的第一顆返回式衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，完成預(yù)定任務(wù)后于11月29日成功返回。

能夠從太空返回的人類航天器固然是宇宙飛船等載人航天科技中必不可少的一環(huán)，但在其設(shè)計初期也不是“無所事事”。航天科技的早期拍照技術(shù)遠(yuǎn)不如現(xiàn)在，需要利用底片，返回式衛(wèi)星最初用作軍事偵察及國土普查用途，它在天上拍的照片必需帶回來地面進行沖洗和分析，不管是讓整個衛(wèi)星回來還是只送回來回收筒，這都需要有設(shè)備從太空返回地球。現(xiàn)在隨著數(shù)碼照相、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)可以直接從太空傳送到地面，返回式衛(wèi)星主要變成進行需要回收實驗品的空間試驗室。例如，2016年發(fā)射的實踐十號是中國第25顆返回式衛(wèi)星，它攜帶了多種太空實驗上天。