发信人: planet03c(Conan)
整理人: k_xiaoyao(2001-05-09 15:41:44), 站内信件
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定律三：任何非常先进的技术，初看都与魔法无异
--克拉克基本定律①
克拉克先生的轨道
《与拉玛相会》、《2001：太空奥德赛》，这是科幻迷耳熟能详的作
品。它们的作者是英国科幻大师阿瑟·克拉克。克拉克先生著有60多
本著作，他的影响力遍及全球的每一个角落--不仅仅是因为他的科幻
作品，也因为他的一个天才的构想。
阿瑟·克拉克1917年12月16日出生于英格兰萨默塞特的一个海边小镇。
1941年，他加入了英国皇家空军，从事雷达方面的工作。在此之前他
就是英国行星际协会的成员。
军官的天才设想
1945年，在发表在《无线电世界》（Wireless World）的一封名叫
《V-2的电离层研究》②的信中，克拉克提到：
一颗24小时环绕地球一周的人造地球卫星，亦即相对于地面某点静止
不动，将可以"看到"大约半个地球。3颗间隔120°排列的这种卫星，
可以实现电视和微波的全球覆盖。
数月后，也就是在二战即将结束的1945年，他将此想法写成了一篇论
文，发表在了《无线电世界》1945年10月号上，这篇文章就是后来著
名的《地外中继--卫星可以实现全球无线电覆盖吗？》
（Extra-Terrestrial Relays，Can Rocket Stations Give
World-wide Coverage?）论文。
我们知道，很多无线电波，比如短波，不用借助特别的手段就可以实
现全球覆盖--它们可以依靠电离层的反射而传播。但是频率更高的无
线电波，比如微波或电视的甚高频（VHF）波就没有这没幸运了。它
们直来直去，电离层对它们形同虚设。在当时还没有什么技术手段可
以让微波传送到很远的地方以外。
在《地外中继》这篇论文中，克拉克计算出：
一颗距离地面36 000km（距地心42 000km）的卫星，环绕地球运行的
时间恰好是一天，也就是说，这颗卫星相对地面某一点是静止的。
事实上，今天的中学生也可以计算出这样的结论。根据
rω^2=4πr^2/(T^2)=MG/r^2
当T=86 164.1s的时候，r=42 168km。减去地球平均半径，我们的结
论就是大约36 000km。
这种卫星运行的轨道后来被人们称之为地球静止卫星轨道
（geostationary orbit），即倾角为零的地球同步轨道。地球静止
卫星轨道在赤道平面上。对于地球上的人们来说，处在地球静止卫星
轨道上的卫星永远挂在天空中的某个位置，通过固定的天线就可以接
收卫星的信号。
更惊人的设想是，克拉克提出，在地球静止卫星轨道上，间隔120°
均匀放置3颗同样的卫星，每一颗卫星的信号可以覆盖大约40%的地球
面积。这样以来，通过地面-卫星和卫星-卫星之间的通讯，就可以实
现把诸如微波这样的信号送到全世界任何一个角落的目标③。
克拉克还预言了卫星食--人造地球卫星在一年中的特定时刻会进入地
球的阴影区。这时，卫星得不到阳光，将会停止工作。至今，卫星食
也还是设计通讯卫星时必须考虑的一个问题。
在1945年，这种地外中继的技术听起来如同魔法一般：人们还制造不
出有如此威力的运载工具；电子技术也不够先进。克拉克当时承认，
他的想法"超前了半个世纪"。
魔法成真
然而，科学技术进步的速度远远超过人们的想象。1957年10月，苏联
发射了世界第一颗人造地球卫星，人类进入了征服太空的时代。在克
拉克的论文提出不到18年后，即1963年2月，美国航空航天局发射了
第一颗地球静止轨道卫星，"辛康"（Syncom），魔法成真。（不幸的
是，第一颗"辛康"并不成功，它的远地点发动机点火失败，卫星并未
真正入轨）同年六月，辛康二号入轨，工作正常基本。1964年，人们
使用辛康三号成功的转播了东京奥运会的实况，辛康进入实用阶段。
这种电视转播在以前是不可想象的。
此后，地球静止轨道通讯卫星层出不穷，最著名的有国际通讯卫星组
织的国际通讯卫星（Intelsat）系列。到现在为止，地球静止轨道上
已经存在着数百颗卫星，其中有一百多颗正在工作。电报、电话和广
播和因特网都可以通过地球静止轨道卫星传播。无论是喜马拉雅山脚
下的村庄，或者是繁华的都市纽约，都可以通过这种方式联络亲友、
收看电视和接受教育。文明不再因为时空的阻隔而无法传播，因为卫
星的帮助，它传播的更加迅速。地球静止轨道卫星，把世界连在了一
起。尽管光纤通信也越来越成为通信的主流，静止轨道通讯卫星还是
有它不可取代的地位。今天，大多数中国家庭都收看由静止轨道通讯
卫星转播的节目。
崇高的荣誉
因为提出地外中继的概念，克拉克被有些人称为"通信卫星之父"。但
是克拉克谦虚的说："我不是通信卫星之父，最多是外祖父而已。"
二战结束后，克拉克进入伦敦的国王学院学习数学和物理学。1948年
他以优异的成绩毕业。60年代以后，他长期居住在斯里兰卡，从事科
幻小说的创作，期间，他还担任过阿波罗计划电视转播的解说。1982
年，他获得了马可尼国际奖（Marconi International Fellowship）。
此后，他还获得了他的母校--伦敦国王学院--的成员资格。为了纪念
克拉克对人类做出的贡献，国际天文学联合会将距地心42 000km的这
条轨道，命名为"克拉克轨道"（Clarke Orbit）。
一个最初与魔法无异的想法，最终极大的改变了世界。克拉克先生的
轨道，就是这其中之一。#
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① 阿瑟·克拉克（Arthur C Clarke,1917~）。英国人，科幻
小说作家。克拉克基本定律是克拉克提出的一组关于科学文化的趣味
定律。它的另外两条是：定律一：如果一个年高德劭的杰出科学家说，
某件事情是可能的，那他可能是正确的；但如果他说，某件事情是不
可能的，那他也许是非常错误的；定律二：要发现某件事情是否可能
的界限，唯一的途径是跨越这个界限，从不可能跑到可能中去。
② V-2是纳粹德国的一种军用火箭。
③ 这是理论上的可能性，事实上，高纬度地区，或者极地，接
收这样的信号是有困难的。
参考资料：
[1]Clarke, Arthur C.: "Extra-Terrestrial Relays" Wireless World, October 1945, pp. 305-308
[2]中国大百科全书·航空航天卷 相关条目
[3]（因特网）美国航空与航天总局网站资料（nasa.gov）
[4]英国科学博物馆 馆藏资料 （sciencemuseum.org.uk）
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