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全球卫星定位系统是怎样定位的?

      GPS是英文global　positioning　systemwith　synchroranging(同步测距全球定位系统)的简称，也就是人们现在常说的全球卫星定位系统，它是美国继“阿波罗”登月计划和航天飞机之后的第三大航天工程。全球卫星定位系统是一个以空间为基地的导航系统，可以在全球范围内，全天候地为海上、陆地、空中和空间的各类用户连续不断地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息，是目前世界上精确度最高的一种太空无线电导航系统。全球卫星定位系统由空间部分、地面部分和用户部分3大部分组成。空间部分是全球卫星定位系统的主体，它由24颗卫星(其中21颗是工作卫星，3颗是备用卫星)在距地球表面20183千米的轨道上运行。每颗卫星都不断向地面发出表示时间和位置的信号，这些信号覆盖区域相当于地球表面积的三分之一。地面部分由一个中心控制站、5个地面监控站和3个数据发送站组成。地面部分的主要作用是监测、控制导航卫星的工作。全球卫星定位系统的用户要有一个卫星定位系统接收器，它的体积只有香烟盒大小，重500克左右，携带方便，可以用很小的天线随时接收4个以上卫星传送过来的信号，通过这些卫星提供的经度、纬度和海拔高度3个数据，用户就可以精确地知道自己处所的位置、时间和行进速度，它的定位精度可达一二十米。海湾战争中，参加沙漠风暴行动的美国等多国部队在一望无垠的伊拉克沙漠里都使用了全球卫星定位系统，随时随地确定自己的方位。从引导空战、制导导弹到传送信息，全球卫星定位系统无所不能，为各军兵种之间的相互协调和准确无误地打击目标提供了保证。全球卫星定位系统本来主要用于军事遥测定位，但现在已提供民用服务，如可以为飞机、轮船提供时空信息，帮助登山运动员和出租汽车司机确定位置和方向。也许不久，人们再要出门旅行的时候，也要用上这种新型的“指南针”了。

 

发射导弹

         中国东风5型战略导弹,该导弹采用惯性制导方式，射程8000英里，动力装置为两级自携式液体燃料火箭发动机, 战斗部装核弹头。主要任务是对敌方军事、政治、经济等重要地区实施毁灭性的打击，也是一种威慑性的武器装备。其作战过程是：本地发射穿越大气层进入外层空间，在外层空间以第一宇宙速度运行，到达敌方目标区时重返大气层进入战斗飞行状态，此时导弹上的计算机按预先输入的地标进行末级制导，通过计算各种大气物理参数，精密控制导弹的发动机的喷气方向，修正飞行误差，以使弹头准确命中目标。我国的卫星回收技术就是洲际导弹技术的和平利用。导弹就是一种精确制导的火箭，中国古代就发明了火箭并用于军事领域。过去的火箭多采用固体燃料，即最早的黑火药。由于过去固体燃料的作用时间短，火箭飞行的大部分时间是惯性飞行，因此这对制导非常不利。在近代火箭技术上大量采用了液体燃料，这种燃料可以采用液体泵及阀门对燃烧进行量化控制，使火箭的飞行始终处于动力状态，同时制导技术也相应简单可靠。液体燃料的加注时间比较长，且储存时间短，因此不大适于作战需要。除和平时期的卫星发射采用液体燃料火箭外，世界上几个发达国家又开始对固体燃料的量化燃烧控制进行研究。我国是少数几个掌握这项技术的国家之一。我国潜艇发射的导弹就是固体燃料的导弹，这标志着我国火箭技术的先进程度。同学们，无论火箭采用什么燃料，其中的科学道理是一样的。那就是我们中学物理中学过的"动量守恒"原理。想一想，如果你是火箭设计师，你将采取那些方法来改进火箭的设计？也许你的想法恰恰和我们当今的科学家一样呦，只不过他们多干了几年，比你的做法更具有可行性罢了。

 

核聚变与氢弹

比原子弹威力更大的核武器—氢弹，是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘(dao)、氚(chuan)等。核聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。核聚变能释放出巨大的能量，但目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变。而要利用人工核聚变产生的巨大能量为人类服务，就必须使核聚变在人们的控制下进行，这就是受控核聚变。实现受控核聚变具有极其诱人的前景。不仅因为核聚变能放出巨大的能量，且由于核聚变所需的原料──氢的同位素氘可以从海水中提取。经过计算，1升海水中提取出的氘进行核聚变放出的能量相当于100升汽油燃烧释放的能量。全世界的海水几乎是“取之不尽”的，因此受控核聚变的研究成功将使人类摆脱能源危机的困扰。但是人们现在还不能进行受控核聚变，这主要是因为进行核聚变需要的条件非常苛刻。发生核聚变需要在1亿度的高温下才能进行，因此又叫热核反应。可以想象，没有什么材料能经受得起1亿度的高温。此外还有许多难以想象的困难需要去克服。尽管存在着许多困难，人们经过不断研究已取得了可喜的进展。科学家们设计了许多巧妙的方法，如用强大的磁场来约束反应，用强大的激光来加热原子等。可以预计，人们最终将掌握控制核聚变的方法，让核聚变为人类服务。

 

核裂变与原子弹

核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀(yóu)、钍(tǔ)等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量称为原子核能，俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量。核裂变是在1938年发现的，由于当时第二次世界大战的需要，核裂变被首先用于制造威力巨大的原子武器──原子弹。原子弹的巨大威力就是来自核裂变产生的巨大能量。目前，人们除了将核裂变用于制造原子弹外，更努力研究利用核裂变产生的巨大能量为人类造福，让核裂变始终在人们的控制下进行，核电站就是这样的装置。

 

核武器

         核武器是利用原子核的裂变或聚变反应释放的能量，产生巨大爆炸作用的大规模杀伤武器。其中利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，称为原子弹。利用重氢或超重氢等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，称为氢弹。核武器系统包括核战斗部(核弹头)、投射工具、指挥控制系统等。核武器爆炸后，瞬间释放出巨大的能量。并产生光辐射、冲击波、早期核辐射、核电磁脉冲和放射性沾染等5种杀伤破坏效应。另外，还可利用这五大杀伤效应中的某一项来制成具有特殊的杀伤破坏效应的核武器，如中子弹和正在研制的核电磁脉冲弹、核冲击波弹等。20世纪30年代末，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼，发现了铀原子核裂变现象。1939年，物理学家爱因斯坦给美国总统罗斯福写信，提出应先于纳粹德国研制出核武器。爱因斯坦的建议引起了重视，美国于1942年开始实施代号为“曼哈顿工程区”的研制计划。以美国奥本海默为首的包括中国学者吴健雄在内的大批科学家投身于此。1945年7月16日，在美国新墨西哥州成功地试验了第一枚原子弹，并于同年8月6日、9日在日本广岛和长崎分别投下了两枚原子弹。1952 年11月1日，美国成功地试验了爆炸威力为1000万吨梯恩梯当量的氢弹装置。苏联、英国、法国都相继完成原子弹和氢弹试验。中国也于1964年10月16日和1966年12月28日，首次成功地试验了原子弹和氢弹。由于核武器的杀伤破坏威力巨大，并对现代战争的战略、战术产生极大影响，进行核战争对交战各方都没有好处，但必须拥有核武器，给对方造成威胁，才能防止核战争。于是出现了以进行核竞赛为手段，形成核均势的核威慑战略。各国都竞相研制和完善核武器系统及其防护手段。为提高和改善核武器性能，必须通过核试验来检验成果，核试验分别在大气层、地面、地下、水面、水下等进行。美国等已开始用计算机模拟核试验，以便取代其他核试验方式。1996年9月联合国大会通过了《全面禁止核武器条约》。中国政府已在条约上签字。

 

雷达

         飞机在天空中飞行，在机场上起、落，都需要一位高超的“领航员”—雷达。雷达是利用无线电波对目标进行探测和定位的电子装置。它把无线电波发射到空中，电波遇到目标时就会被反射回来。当雷达接收到反射的电波时，就能在荧光屏上将目标显示出来，通过分析就可以确定目标的方向和距离。           早期的雷达用于军事领域。它由士兵操纵，能够迅速辨别回波来自何方，并能确定哪种回波来自于地球表面的物体，哪种回波是从敌机或敌舰反射回来的。现在的雷达除了用于军事上，也日益广泛地应用到民用事业和各项研究中，如气象、航空、航海、地图测绘、探矿、宇宙航行等。雷达的探测领域也不断扩大，可以从几十米到几十万千米。雷达的种类很多，为高射炮提供射击目标的雷达，叫做炮瞄雷达。它能探测几十千米的距离。炮瞄雷达配有自动跟踪仪，测量的精度非常高。装在飞机上的雷达称为机载雷达。它的体积小，重量轻。为了能够及时发现来自后方的敌机，通常在飞机的尾部装有护尾雷达。军舰上不仅离不开雷达，而且雷达的种类和数量都很多，它们分别负责警戒、导航、炮瞄、制导和跟踪等任务，通常将它们都称为舰载雷达。最新式的雷达是相控阵雷达，它与传统的雷达相比，蜂巢电路板取代了传统的旋转天线，在蜂巢电路板上安装了上千个小天线，每个小天线都能够发射无线电波，它的扫描速度很快，探测一周的时间只有千分之一秒。因此在短时间内，可以多次、高精度测量同一目标。在现代的战争中，雷达是不可缺少的武器，并且成为敌对双方首先攻击的目标。在海湾战争开始时，伊拉克的雷达阵地首先遭到对方的攻击。雷达的出现，使得飞机很难摆脱跟踪。为了不让雷达测到飞机，人们发明了隐形飞机。隐形飞机所采用的隐形技术有好几方面：首先是机身的外形几乎全是直线形设计，能使无线电波在传递过程中偏转方向，只有少量的被地面雷达吸收，而使观测的士兵判别失误；其次是采用能够吸收雷达无线电波的材料来制造飞机；再有是隐形飞机上装有电子干扰系统。

 

声波武器

         我们知道，声波是机械纵波，它可以在固体、液体和气体中传播。我们日常可以听到的声音便是20-2000Hz频率范围内的声波。目前军事领域中应用的主要是次声波部分(即频率低于20Hz的声波)。和可闻声波相比，次声波在介质中传播时，能量衰减缓慢，隐蔽性好，不易为敌人察觉，所以军事上常用次声波接收装置来侦察敌情。另一方面，次声波武器还可直接消灭敌人的有生力量。那么，它的杀伤原理是什么呢？这里要涉及到物理学的一个重要概念——共振。原来，次声武器是利用和人体器官固有频率相近的次声波与人体器官发生共振，导致器官变形、移位、甚至破裂，以达到杀伤目的的。次声武器大体可分为两类：(1)“神经型”次声武器。次声频率和人脑阿尔法节律(8-12Hz)很接近，所以次声波作用于人体时便要刺激人的大脑，引起共振，对人的心理和意识产生一定影响：轻者感觉不适，注意力下降，情绪不安，导致头昏、恶心；严重时使人神经错乱，癫狂不止，休克昏厥，丧失思维能力。(2)“器官型”次声武器。当次声波频率和人体内脏器官的固有频率(4-18Hz)相近时，会引起人的五脏六腑产生强烈共振。轻者肌肉痉挛，全身颤抖，呼吸困难；重者血管破裂，内脏损伤，甚至迅速死亡。次声武器的优点在于：①突袭性。次声波在空气中的传播速度为每秒三百多米，在水中传播更快，每秒可达1500m左右。次声波是常人听不到、看不见的，故除了传播迅速之外，次声波又具有良好的隐蔽性。②作用距离远。根据物理学原理，声波的频率越低，传播时介质对它的吸收就越小，波的传播距离也越远。比如，炮弹产生的可闻声波，由于衰减快，在几千米外就听不到了，但它产生的次声波，可达到80km以外；而氢弹产生的次声波可绕地球传播好几圈，行程十几万千米。故高强度的次声武器具有洲际作战能力。③穿透力强。传播介质对低频率的声波吸收较小，故次声波有很强的穿透能力。一般的可闻声波，一堵墙即可将其挡住，而实验表明，次声波能穿透几十米厚的钢筋混凝土。因此，无论敌人是在掩体内躲藏，还是乘坐在坦克中，或深海的潜艇里，都难以逃脱次声武器的袭击。④次声波在杀伤敌人的同时，不会造成环境污染，不破坏对方的武器装备，可作为战利品，取而用之。需指出的是，目前次声武器发出的次声波的强度和方向性等因素尚待进一步研究，所以真正应用于战争的次声武器还不多见。据说，第一台次声波发生器是由法国人在1972年发明的，它产生的次声波可以损害5km以外的人。发明者还得出结论：频率为7Hz的次声波可对人体造成致命的打击。有报道称，美国在干预索马里期间已经试用过某些音响或声音武器的样品。这些武器可以使人的内脏发生震动，把人震昏，使人感到恶心，甚至使肠子里的粪便液化，不断腹泻。此外，超声波在军事上的应用也很多。由于海水有良好的导电性，对电磁波的吸收能力很强，因而电磁雷达无法探测水下作战目标(如潜水艇)的方位和距离。所谓超声波，是指高频率的机械波(频率大约在20kHz以上)。它具有能流密度大，方向性好，穿透力强等特点。超声波在空气中衰减较快，而在固体、液体中的衰减却很小，这正好与电磁波相反。这种情况下，超声波雷达——声纳，便可发挥巨大的威力。

 

电磁武器

电磁波是指迅速变化的电磁场在空间的传播。人类从形成之日起便生活在电磁波的汪洋大海之中。电磁波在军事上的应用异常丰富。所谓电子对抗(又称电子战)便是指敌我双方利用专门的设备、器材产生和接收处于无线电波段内的电磁波，以电磁波为武器，阻碍对方的电磁波信号的发射和接收，保证自己的发射和接收。电磁波对人体是有害的。据说，美国有人提出设计电磁枪，该电磁枪将会“诱发癫痫病那样的症状”。另有一种所谓的“热枪”，采用的是电磁波段中的微波。热枪能够产生使人体温升高至40.6℃-41.7℃的作战效果，让敌人不舒服、发烧甚至死亡。1980——1983年，一个叫埃尔登·伯德的美国人，从事了海军陆战队非杀伤性电磁武器的研究。他说：“我们正在研究大脑里生物电的活动和如何影响这种活动。”他发现，通过使用频率非常低的电磁辐射，可使动物处于昏迷状态。此外，他还设计了磁场的反应实验，指出：“这些磁场是非常微弱的，但结果是非杀伤性的可逆转的。我们可以使一个人暂时伤残。”据中国电磁辐射测试中心经过两年的跟踪检测证实，超量的电磁辐射会造成人体神经衰弱、食欲下降、心悸胸闷、头昏目眩、甚至脑部肿瘤。迄今为止，电磁武器的研制离实战要求仍有较大距离，其中最大的困难是电磁波的功率问题。由于电磁场能量随距离的增大而迅速减弱，如此能量的波束难以瞄准相应的目标，这些原因导致电磁武器的研究远远落后于声波武器和激光武器。

 

激光武器

 激光是与原子能、半导体、计算机一起出现的20世纪的四项重大发明之一。它的英文全称是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写为Laser，意为受激辐射光放大器。由于激发有方向性强，单色性好，亮度高，相干性好等特性，其在军事上的应用十分广泛。激光武器是利用激光束来直接攻击敌方目标的。其优点主要是：(1)速度快，射束直，射击精确度高。激光束以3×105km/s的速度传播，不需提前量，瞬发即中。(2)摧坚能力强。激光能量高度集中，可摧毁任何坚固材料制成的目标。(3)灵活、无惯性，不产生后座力。因光子的静质量为零，故激光武器不会产生普通枪炮发射时所产生的后座力。激光武器易于迅速变换射击方向，能在短时间内射击多个目标。(4)抗电磁干扰能力强。激光武器有多种分类法。按激光能量的不同，可分为低能激光武器(又称激光轻武器或激光致盲武器)和高能激光武器(又称激光炮)；按激光器种类的不同，可分为固体、气体、化学、准分子、自由电子和X射线激光武器等；按激光位置或运载工具的不同，分为陆基、车载、舰载、机载、星载激光武器；按用途可分为战术激光武器和战略激光武器；按激光输出方式的不同可分为连续式激光武器和脉冲式激光武器。 激光武器是高新技术兵器中的佼佼者之一，它的研究时间最长，技术也最成熟。激光武器的发展对各国的军事战略都将产生深远影响，同时它也是最有希望把人类从当前的核恐怖中解放出来的武器之一。在目前的实际应用中，激光武器通常要和其他武器配合使用，还不能完全取代常规武器。原因在于：(1)在大气中使用时，大气对激光能量有严重的衰减作用，云、雾、雨、雪、空中烟尘对激光特性影响更大，其射程和威力受到限制。(2)随射程增加，落到目标上的光斑增大，导致靶面上的激光功率密度降低，限制了激光武器的有效作用距离；(3)热晕和气体击穿会造成激光能量的严重损耗，阻挡激光的传播。(热晕是指大气吸收激光能量后，因内外层温度不同而引起光束扩散的现象；气体击穿是指大气吸收激光能量后，中性气体被电离的现象。)人眼最敏感的光是波长为0.54μm的绿光。实验表明，入射到瞳孔的绿光能量只要达到7×10-6焦耳就会烧伤视网膜，能量再高将造成人眼的永久失明，严重的还会危及生命。目前，美国已经出现了能够令攻击目标暂时或永久性失明的致盲激光武器.