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英国科幻大师克拉克的“伟大幻想”
英国科幻大师克拉克的“伟大幻想” &&& 阿瑟•查理斯•克拉克（Arthur C.Clarke），日在斯里兰卡的科伦坡去世，享年90岁。他本人亲自选定的墓志铭“这里长眠着阿瑟•克拉克，他从未长大，却从未停止过成长。”是这位科幻大师、人类太空时代的预言家阿瑟•克拉克留给世界最后的文字。克拉克身后留下了100多部作品，其中大部分是科幻作品。这些作品被译成40多种文字，不少航天员都承认：“是克拉克引导我进入太空”。在克拉克家里，就挂着他与第一个进入太空的苏联宇航员加加林以及与第一个踏上月球的美国宇航员阿姆斯特朗的合影。&&& 阿瑟•克拉克与艾薩克•阿西莫夫、罗伯特•海因萊茵並称为“20世紀三大科幻巨匠”。除了他近百部科幻小说外，1968年，他与著名导演斯坦利•库布里克合作的史诗科幻电影《2001：太空漫游》，曾引起全球轰动，至今还有很多科幻迷津津乐道。克拉克不仅是一位科幻大师，还是这个时代的一位伟大太空预言家。1945年，二战刚刚结束，当时身为英国空军上尉的克拉克，在他的《地外中继》一文中，首次提出了“利用地球轨道上空的同步卫星传送通讯信号”的“卫星通信”设想。尽管同步卫星的技术概念并不是他的发明，但卫星通信的设想，依然被公认为是克拉克最伟大的一个科学预言。所以，国际天文学联合会后来把通信卫星的“运行轨道”，命名为“克拉克轨道”。 此后，他在科幻小说中“预言”的“太阳风驱动的飞行器”，也被欧洲空间局等在实际太空探索中验证。即使更加狂放的“太空幻想”，要用梯子把地面和空间轨道上的卫星连接的“太空梯”，随着现代科学技术的发展，尤其是纳米技术的进展，也已经不再是“幻想”了。&&& 克拉克关干“卫星通信”的伟大“幻想”，是这样提出的：在赤道上空3.6万千米轨道上运行的卫星，其轨道平面与赤道平面保持平行( 夹角为零度 )，其转速与地球自转速度相同时，卫星相对与地球“静止不同”，此卫星为地球的定点同步卫星。由于每颗定点同步通信卫星可俯视地球1/3的面积，如果均匀地发射3颗这样的地球同步通信卫星来接收、中转信息，即实施信息的“地外中继”，就可以实现“全球通信”。自1958年美国发射第一颗通信卫星开始，“卫星通信”发展非常迅速，但基本都是覆盖局部地区的区域性卫星通信。而使用通信卫星进行“全球通信”，则是20世纪末的“铱星计划”才开始实现。&&& “铱星计划”是美国1987年提出方案并于1997年开始实施的“全球通信”计划。“铱星计划”根据克拉克“一轨三星”的原理，设计了“7轨77星”的“铱星移动通信系统”，由于化学元素铱(Ir)的原子结构是77个电子围绕中心原子核运转，所以计划就以“铱”星命名。在实施过程中，经反复研究和科学测算，认为“6轨66星”已可满足要求，所以最后的“铱星计划”只发射了66颗通信卫星，但“铱星计划”名称不变。铱星移动通信系统是美国铱星公司委托“摩托罗拉” 公司设计的全球性卫星移动通信系统，它使用“卫星手持电话机”，通过卫星可以在地球上的任何地方拨出和接收电话讯号。市场目标定位是“需要在全球任何一个区域范围内都能够进行电话通信的移动客户”。其使用的过程是：当地面上的用户使用卫星手机打电话时，该区域上空的卫星会先确认使用者的账号和位置，接着自动选择最便宜也是最近的路径传送电话讯号。如果用户是在一个人烟稀少的地区，电话将直接由卫星层层转达到目的地；如果是在一个地面移动电话系统（ＧＳＭ或ＣＤＭＡ移动通信系统）的邻近区域，则控制系统会使用现在的地面移动通信系统的网络传送电话讯号。&&& 尽管“铱星卫星通信系统”与目前使用的静止轨道卫星通信系统相比，具有轨道低，传输速度快，信息损耗小，通信质量高等优势，以及不需要专门的地面接收站，每部卫星移动手持电话都可以与卫星连接，使地球上人迹罕至、通信落后的边远地区和自然灾害现场的通信都变得畅通无阻，并被誉为“开创了全球个人通信的新时代”，被称为“现代通信的一个里程碑”，使人类在地球上任何“能到达的地方”都可以相互联络，实现了“5W”即5个“任何”，就是：任何人（Whoever）在任何地点（Wherever）、任何时间（Whenever）与任何人（Whomever）采取任何方式 （Whatever）进行通信。做到了“通信终端手持化，个人通信全球化”。 &&& 但是其高科技的高成本和“贵族化”的低客户群，再加上一些“技术瑕疵”( 建筑物内无法接收信号、终端手机过于笨重等 ) 以及营销和运作上的失误，艰难运行十年后，铱星公司面对55亿美元的高额债务，不得不于2000年3月宣布破产。铱星虽在无可奈何之中结束了自己的悲情历史，但它留下的“全球通信”经验和教训，是我们共同的宝贵财富。关于“铱星”的最新消息是，北京时间日0时55分，美国1997年发射的“铱星33号”与俄罗斯1993年发射、1995年报废的军用卫星“宇宙2251号”于西伯利亚上空相撞。这是人类历史上首次“卫星相撞”事故，似乎“铱星”不愿人们把它忘记。&&& 虽然“铱星”已黯然陨落，但“全球通信”依然在前进，世界各国都在研发新的“全球通信”系统。近年，与卫星“全球通信”密切相关的“全球卫星定位系统”，发展很快。其中GPS这个美国全球卫星定位导航系统，以它的全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点，而且向所有用户免费开放，在我国乃至全球可称风行普及。&&& GPS（Global Positioning System）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代卫星导航定位系统 ，研发的主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国称霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，先后发射了55颗卫星，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座布设完成并投入应用。&&& GPS全球定位系统由三部分构成：&&& (1) 地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；&&& (2) 空间部分，由24颗卫星(21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星)组成，分布在6个道平面上；&&& (3) 用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。&&& GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。&&& 全球定位系统的主要用途：(1) 陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等；(2) 海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3) 航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。&&& 全球定位系统的主要特点是：1.全天候；2. 全球覆盖；3. 高精度三维定位、定速、定时；4.快速省时高效率；5.应用广泛多功能。经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。目前，GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业，甚至有人认为：GPS正引发一场深入的信息时代“技术革命”。&&& 虽然一般老百姓，大多还只是在汽车导航、定位和安全等方面体会到GPS的方便实用，世界各国很多城市的出租车都装上了GPS，不少家用轿车、手机也配置了导航GPS。然而，GPS更广泛应用在交通运输、海空导航监控管理；资源勘察、地形测量、地壳运动监测；通信传媒以及国防军事等领域，人称GPS已引发了一场深刻的“技术革命”，很多部门甚至产生了“不可或缺”的技术依赖性。也许，我们都该感谢美国GPS这道有滋有味的“免费美餐”。&&& 但是，这“免费美餐”真那么美味吗？几起“GPS失灵”事件，使我们感受到了这“免费美餐”的异味。美国出兵伊拉克时，一艘美军军舰在公海要检查正在航行的俄罗斯油轮，俄罗斯油轮对美国军舰在公海上的无理要求不予理会，继续航行。可是，俄罗斯油轮的GPS导航系统就在此时突然“失灵”，油轮不能动弹只有停下来。随即，美军舰载直升机强行登船，检查一番后才离去。此时，油轮的GPS导航系统又恢复了正常。据传，我国部队进行军事演习，虽然在通信加密等方面采取了措施，但应用的GPS导航系统依然屡遭突然不正常“失灵”的待遇。还据说，美国对伊拉克和以色列对巴勒斯坦的“定点打击”，以及最近举世瞩目的美国“导弹打卫星”，也都有GPS的功劳。因此，我们必须清醒地认识到，GPS这“免费美餐”是美国“大厨”在掌勺调味配餐，是“美国造、美国味”！说白了，GPS的总开关在美国人手中，一时的“失灵”不正常只是一个表象，背后还有更多的门道。美国耗巨资于1973年开始研发的GPS，先后发射了55颗卫星，1993才建成应用，自有它的军用、民用和商用目的，并不是来当“国际雷锋”为他人服务的。据测算，美国多年来靠出售GPS信号接收设备赚取了巨额利润，年产值高达数百亿美元。& &&& 其实，在GPS开始风行时，很多国家的有识之士已经意识到了这高技术“免费美餐”的“美国味道”。即使是“盟邦”，也不愿自家的资源、信息、交通和国防军事等命脉让美国人来窥视。所以，欧盟已于2002年3月启动预算为32 — 36亿欧元的欧洲“伽利略”卫星定位导航系统的研究开发。而俄罗斯更于20世纪80年代原苏联时期，就开始建设计划20年发射76颗卫星的俄罗斯“格洛纳斯”( GL0NASS )卫星定位导航系统。&&& 我国于2000年启动“北斗”卫星导航系统研发，虽然7年来仅发射了5颗卫星，覆盖面亦仅限于中国及其周边地区，但这只是第一步。日，中国发射了第5颗北斗导航卫星，与前面4颗在赤道上空静止不动的卫星不同，这是一颗围绕地球旋转的第二代“北斗”导航卫星，标志着以5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成的全球卫星导航系统，迈出了具有实质意义的一步，中国第二代北斗导航系统建设开始浮出水面。相比美国GPS，我国的“北斗”起步较迟，但起点不低，目前从“中国及其周边地区”起步，视野亦放眼全球，据“北斗”卫星导航系统建设计划，在2008年将开始应用于国内及周边地区，2020年覆盖全球。&&& 据透露，第二代“北斗”卫星导航系统，在民用和通信方面的技术指标和功能，已优于GPS。日，我国自主研发的“北斗”卫星导航系统的核心芯片“领航1号”，已在上海研制成功。这样，我国“北斗”卫星导航系统，就有了自家的“大脑”，比欧盟的“伽里略”系统和俄罗斯的“格洛纳斯”系统更为“独立自主”，在目前全球四大卫星导航系统领域中，我国的“北斗”已向美国GPS发起了有力的挑战，其科技、经济、国防和政治意义不言而喻。据传，欧盟“伽里略”卫星导航系统，已达成与我国合作研发的协议。在全球卫星导航领域，再也不是只有美国GPS的话语权了。&&& 从全球卫星导航系统的竞争，我们还可以想到电脑和网络的“视窗”( Windows) 操作系统，这道风行普及的“美国大餐”在方便了亿万电脑用户和网民又养育了世界首富比尔•盖茨的同时，是不是背后还有点特殊的“美国味道”？众所周知，黑客、病毒和别有用心者可以“破窗而入”，使用者的“自主权”实际上是有限、有问题的。所以，我国在经济、国防等重要领域，已开始使用有自主权的“自家”操作系统软件。即使目前我们“自家”的操作系统的技术指标、性能不如外国的先进，也不能为“外人”留“后门、后窗”。&&& 似乎GPS与阿瑟•克拉克没什么直接关系，但认真想想克拉克的《地外中继》关于同步通信卫星的设想，看看GPS的24颗卫星，不难看到克拉克“设想”的“踪迹”。这位英国科幻大师、太空预言家真了不起！2007年，斯里兰卡总统马欣达•拉贾帕克萨亲自出席了克拉克９０岁生日庆祝仪式。庆祝仪式上，克拉克许下三个愿望，也是这位大师“最后的科学幻想”：1. 斯里兰卡重归和平；2. 人类尽早发现外星生物生存的证据；3. 今后实现用清洁能源替代化石能源。他最后说道：“在围绕太阳公转了９０圈以后，我没有遗憾，也没有更多的个人野心了”。不久，克拉克离开了人世。他的遗愿，正说明了他这位大师对人类社会、对世界、对宇宙矢志不渝关爱的“伟大”。通讯卫星的覆盖面积_百度文库
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通讯卫星的覆盖面积
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&&通​讯​卫​星​的​覆​盖​面​积​ ​数​学​建​模​题
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