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陈宏宇
中科院微小卫星创新研究院微纳卫星研究所所长
上海科技大学特聘教授
世界那么大 ， 我想去看看
世界很大 ， 让无数人愿意行万里路去寻找星辰大海 。 其实就在我们头顶100千米之上就有一个神秘的地方——太空(即地球大气层以外的宇宙空间 ， 又称外层空间) 。 我们把所有进入、探索、开发和利用太空以及地球以外天体的各种活动的总称 ， 叫作航天 。
从1954年10月4日苏联发射第一颗人造卫星算起 ， 人类涉足航天的时间并不长 ， 但截至目前已有3000多次火箭发射 ， 上万颗人造天体在太空翱翔 ， 甚至数百人有幸进入过太空 。 而且 ， 航天花费是巨大的 ， 风险是极高的 ， 航天有何独特的魅力让人前赴后继、乐此不疲呢?
其实 ， 类似的问题早在1970年就有一位赞比亚修女给美国宇航局写信质疑道：“目前地球上还有这么多小孩子吃不上饭 ， 怎么能舍得为远在火星的项目花费数十亿美元?”美国宇航局也给出了那封“无用之用方为大用”的著名回信 ， 富有逻辑也充满人文关怀 。 要回答和理解这个问题 ， 有必要深入理解航天的独特环境和独特性能 。
难以替代的航天特质
高远轨道的全球覆盖近地卫星运行在至少数百公里高的轨道上 ， 高度决定了航天器的全球覆盖特性 ， 使之广泛应用于遥感、通信、导航和科学研究各个领域 。
首先 ， 说说给卫星装上相机的航天遥感 。
欲穷千里目 ， 更上一层楼 ， 百米高度的航拍可以让我们从更广阔的角度感受地物丰茂 ， 而数百公里高度的卫星遥感更让我们多了一双“极目远眺”的眼睛 。 在远离地面的运行轨道上 ， 卫星能够在很短的时间里扫描大片的陆地 ， 可以同时观察计算农作物生长所需要的多项指标 ， 土壤、旱情、雨雪天气等等 ， 能给农作物的产量带来显著提升 。
其次 ， 说说通信卫星 。
居高声自远 ， 1000千米高度轨道上的通信卫星可以同时覆盖3400万平方公里的地表面积 ， 而且可以实现海上通信、航空通信 ， 这可是普通的地面基站望尘莫及的 。 对全球物连网、互联网和窄带通信都是莫大的技术支持 。
另外 ， 说说卫星导航 。
古代为航船指路的灯塔要尽可能高耸 ， 就是为了增加覆盖 。 如今把高精度的灯塔搬到了天上 ， 20多颗卫星构成的全球导航星座 ， 无论是北斗还是GPS ， 开辟了人类精确利用时空基准的时代 。
航天项目是科技进步的催化剂 ， 它为基础科学研究工作提供了绝佳的平台 。 全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”就是利用卫星的高远特性实现了跨洲际的远距离量子试验 。 而暗物质探测卫星“悟空”更是远离地表的尘世纷扰(地表的能谱干扰大) ， 到太空中去寻找神秘的暗物质 。
失重环境和空间辐照
太空轨道处于失重的环境 ， 在这里很多地面重力主导的物理现象发生了明显变化 ， 比如液态物质在表面张力作用下可以形成标准球体 ， 太空中没有重力的干扰 ， 晶体生长非常均匀 ， 蜡烛火焰在太空舱内也是有趣的球形 。
此外 ， 太空中缺少大气层和低层磁场的防护 ， 空间充满了高能电子、质子和宇宙射线的辐射 ， 这些神秘的能量可以对生物遗传物质产生作用和改变 ， 通过太空育种加速种子的变异后优选出的各种航天蔬菜可能就在你的餐桌上 。

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微重力作用下的物理特性
【陈宏宇中科院微小卫星创新研究院微纳卫星研究所所长上海科技大学特聘教授世界那么大|陈宏宇：航天，想象是唯一的限制︱大家