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神七直播造假 美专家发现更强证据

大纪元于10月14日发表的“美国太空专家解密神七‘太空漫步直播’疑点”引发更多的读者对“神七”直播造假事件的关注,网上的讨论一直未断。面对专家指证,中共一直保持缄默,未做任何回应,但是宣传降低调子,航天员去香港的行程也向后拖延。大纪元也收到了很多读者的反馈,也有不少读者就“神七”直播造假涉及的太空科学问题进行询问。

为此,大纪元记者再次采访了在美国太空署喷射推进实验室工作的华人专家曲铮博士。曲铮表示,他本人也接到了一些读者、媒体记者对于此事的询问并提供线索。在对这些问题的探究中,他又发现了更有力的证据表明神七直播确系造假。

他说:“从北京时间16:43:15轨道舱门第二次打开不久,一直到16:44:15左右,当翟志刚探身出舱宣布‘感觉良好’的时候,按照轨道计算其实神七飞船正在非洲索马里附近海域的上空,而这段时间飞船上的直播摄像镜头正瞄准了非洲东部的莫桑比克境内。正常情况下,应该从视频中轨道舱门正对的那个地球背景上,看到莫桑比克灰绿色的大片陆地,可是在‘直播’视频中我们始终看到的都是横贯近千公里蔚蓝色海洋。”

此外他还发现关于宇航服的电脐带也存在神七总指挥的说法和直播互相矛盾,也说明本此神七“太空行走”实有难言之隐,而直播中用的“宇航服”很可能根本就不是原来设计的宇航服。以下内容根据采访整理。

轨道处于陆地 直播却变成了海洋

记者:能不能先简要谈谈您新发现的“直播”造假证据?

曲铮:可以。先说一下这里讨论的CCTV视频,http://v.cctv.com/html/wwwwxinwen/2008/09/wwwwxinwen_300_20080927_83.shtml ,这个版本连续40分钟没有间断,确定时间比较方便。视频中有显示指挥大厅内的时钟的画面,这样就可以确定视频的0:00,即开始播放时间对应的实际北京时间是16:30:28。

接下来通过轨道计算,确定飞船在某时某刻的位置,再结合视频分析确定飞船摄像镜头的摆放角度,然后计算出“直播视频”中飞船轨道舱门所面对的一那小片地球背景对应的实际地理位置。结果我发现视频中多处出现本应该看到大片陆地的时候,“直播”中却显示为大片海洋。

具体来说,在我们都熟知的那个‘历史性时刻’,也就是从北京时间16:43:15轨道舱门第二次打开不久(视频截图见图1),一直到16:44:15左右,当翟志刚探身出舱宣布‘感觉良好’的时候(视频截图见图3),按照轨道计算其实神七飞船正在非洲索马里附近海域的上空(见轨道图图2、4,飞船以白色圆点表示),而这段时间飞船上的直播摄像镜头正瞄准了非洲东部的莫桑比克境内(见轨道图图2、4,摄像镜头中看到的地球曲面应该是绿色圈和红色夹角相交的部份)。正常情况下,你应该从视频中轨道舱门正对的那个地球背景上,看到莫桑比克灰绿色的大片陆地,可是在‘直播’视频中我们始终看到的都是横贯近千公里蔚蓝色海洋。

当翟志刚开始回舱的时候,在北京时间16:56:47左右,飞船正在西藏上空,而摄像镜头中的那个地球曲面边缘应该是在印度次大陆的西部海岸的陆地部份(轨道图见图5),可视频画面却出现了尺度超过500公里的大片蓝色海洋(视频截图见图6);在北京时间16:58:08左右,翟志刚身体大部份已进入轨道舱,飞船在青海省上空,摄像镜头中的地球曲面边缘应该是在印度次大陆腹地(轨道图见图7),视频中却出现了尺度超过500公里的大片蓝色海洋(视频截图见图8,因为光线的原因海洋呈深蓝色)

这里补充说明一下,通过几何计算可以确定视频中显示的地球部份,其横向尺度大约1000公里。


图1、北京时间16:43:15,翟志刚第二次打开舱门不久,身体尚未出舱门


图2、轨道图(点击上图查看高分辨图)。北京时间16:43:15,飞船正在索马里附近海域的上空,而此时摄像镜头中的地球曲面边缘应该是在非洲东部的莫桑比克境内(绿色圈和红色夹角相交的部份)


图3、北京时间16:44:15左右,翟志刚说“感觉良好”

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图4、轨道图(点击上图查看高分辨图)。北京时间16:44:15,飞船正在索马里附近海域的上空,而此时摄像镜头中的地球曲面边缘应该是在非洲东部的莫桑比克境内(绿色圈和红色夹角相交的部份)


图5、在北京时间16:56:47左右,翟志刚开始回舱的时候

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图6、轨道图(点击上图查看高分辨图)。在北京时间16:56:47左右,飞船正在西藏上空,而摄像镜头中的那个地球曲面边缘应该是在印度次大陆的西部海岸的陆地部份(绿色圈和红色夹角相交的部份)


图7、在北京时间16:58:08左右,翟志刚身体大部份已进入轨道舱,视频中却出现了尺度超过500公里的大片蓝色海洋(因为光线的原因海洋呈深蓝色)

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图8、轨道图(点击上图查看高分辨图)。在北京时间16:58:08左右,飞船在青海省,摄像镜头中的地球曲面边缘应该是在印度次大陆腹地(绿色圈和红色夹角相交的部份)

记者:我想我们的读者中很多都不是搞科学的,能不能给我们简单介绍一下这个轨道图?

曲铮:好。这个轨道图中的白点就是飞船位置的地面垂直投影,淡黄的细线是飞船轨道在地面投影,大的黄点是太阳所在位置投影,也就是太阳的直射点。地图被分为两半,颜色较暗的一半是黑夜。飞船是自西向东飞的(在图中从左向右)。这个绿色的圈就对应着飞船上看到的地球边缘。而红色的夹角,大概30°,就是摄像机的视角,所以夹在红色夹角范围中的那一部份绿色的圈,就对应着视频中看到那个地球的边缘。

记者:能不能给我们的读者通俗解释一下绿色的圈为什么就是地球边缘呢?我感觉在太空中应该能看到半个地球,为什么这么小的一个圈就会是飞船上看到的地球边缘了?

曲铮:好,我来解释一下。轨道图中这个绿色的圆圈是飞船的覆盖范围(footprint)。请看下面这张地球和飞船的位置示意图(图9)。神七的轨道属于低轨,高度大约是340公里,和地球半径6370公里相比较,还是相当小的。在这个图中,为了方便看清楚我已经把轨道高度放大了。视线(图中的绿色直线)和地球的球面边缘相切点就是飞船能看到的地球最边缘。也就是说,图中的绿色圆圈代表了飞船能看到的地球球面的边缘。这个圈的直径用高中几何就可以算出来,大概是2000公里多一点。在轨道图中这个绿圈看起来小,主要是因为图中的地图是柱面投影,地球两极很小的地方被展开放得很大,同样原因使这个本来是圆形的绿圈发生变形,看起来不那么圆了。

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图9、地球和飞船的位置示意图(点击图片放大)

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图10、模拟在北京时间16:40:43时从飞船的轨道位置看到的地球景象(点击图片放大)

图10是模拟在北京时间16:40:43时从飞船的轨道位置看到的地球景象,相应的轨道图见图11。可以看到整个非洲大陆看起来占到视野中这个球面的一半。所以在飞船上看到的并不是半个地球。而此时飞船的摄像镜头是朝向南偏西大约46°的方向,应当看到大片陆地,我们可以和同一时间视频中看到的地球图像(视频截图图12)比较一下,按照轨道计算结果,视频中的海洋是不可能出现的。

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图11、轨道图(点击图片放大)。北京时间16:40:43,舱门刚刚打开,飞船在非洲的坦桑尼亚上空,摄像镜头中的地球曲面边缘应该是在非洲南部的博茨瓦纳和纳米比亚(绿色圈和红色夹角相交的部份)


图12、北京时间16:40:43,舱门刚刚打开,视频中的地球出现大片海洋。

记者:就是说,视频中蓝色的是海洋,对吧?那么如果按正常情况看到的是大陆,从太空中看它的颜色是什么样的呢?

曲铮:从太空中看地球是什么样,请看这张图(图13,点击照片放大)。

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图13、美国太空署公布的地球照片BLue Marble(点击图片放大)。红色部份为非洲莫桑比克(左下红色)和印度次大陆西北部(中间红色)

这张图叫蓝色大理石球(BLue Marble)是美国太空署公布的地球真彩色图。它是根据700公里轨道高度上的太空署Terra卫星搭载的中等分辨成像光谱仪MODIS拍摄的照片拼接成的完整地球图。你可以看到莫桑比克灰绿色的陆地(包括植被)、印度次大陆西北部灰色略带黄色的陆地。当然这个图中莫桑比克陆地的颜色比较暗,是因为图中的莫桑比克位置的阳光入射角比较低,而神七出舱这段时间,莫桑比克正在太阳直射点附近,应该呈现更亮的颜色。无论如何,莫桑比克和印度这些地方不会是蓝色的。

通常大尺度的蓝色是海洋(湖泊尺度没有这么大,非洲最大的维多利亚湖尺度也不过300km,但位置不在莫桑比克),陆地有红色、黄色、灰色、绿色(植被)等等,当然有些小范围的裸露岩石也可能呈现藏青色,但不会有500公里、上千公里比较均一的蓝色,特别是莫桑比克和印度都没有这种情况。而且陆地上总有高低起伏造成阴影(除沙漠外,但沙漠绝不会是蓝色),看上去是有结构细节的。

电脐带说法互相矛盾

记者:这样看来,从轨道计算来看所谓的“太空漫步”的确不是直播。那么您刚才说的电脐带是怎么回事?

曲铮:是这样的,有朋友提醒我说,新华社曾经在2008年7月份发表报导(http://news.xinhuanet.com/tech/2008-07/02/content_8472330.htm ,见截图)“‘神七’飞船总指挥:航天员出舱行走不系带”,文中称,

早报记者昨天询问神舟七号飞船总指挥尚志:“航天员出舱要系带行走,这个带是在舱外还是舱内系呢?”

“不系带。直接出舱。”他回答说。

“不系带出舱行走会有危险吗?”早报记者问。

“没有危险。”他说。

文中还说,“中国空间技术研究院研究员庞之浩昨天向早报记者介绍说,太空行走有两种方式,一种是系带的,一种是不系带的,也就是自由行走。俄罗斯和美国早期的太空行走都是系带的,目前美国的太空行走都是不系带行走。”

研究员庞之浩的介绍情况的确如此。要说明一点的是,俄罗斯和美国早期的系带行走(tethered EVA),并不仅仅是指系安全带。而是宇航服和母船之间连接着一根脐带(见下图),这根脐带既起着安全绳的作用,同时也给宇航员提供能源和氧气等生命供给,这根脐带是不能断开的。


图14、系带的太空行走

现代的航天服可以不系带,是指脐带可以断开,宇航员完全从宇航服获得能源和生命供给的独立支持。但是这根脐带仍然有用。宇航员出舱前在减压舱等待减压的时候,通过这根脐带连接母船,获得能源、水冷却循环、呼吸等的供给,最大限度节省宇航服自身携带能源和其他供给的消耗。但是一旦出舱的时候,就可以断开了。

不系带行走还有一个要求,就是宇航员必须自己携带动力。通常是宇航服配备喷气装置作为动力。因为太空中没有阻力,宇航员在舱外只要轻轻推一下母船,自身就会飞离母船而且不会停止。所以不系带的情况下需要动力才能返回。

可见从设计上来讲,直到神七总指挥7月份接受采访的时候,神七的太空服应该是满足(一)具备动力的;(二)脐带可以断开。

但是实际上直播过程中我们看到神七的太空服没有动力。退一步说,即使原计划的喷射动力是宇航员拿在手上的而临时取消,那么翟志刚腰际那根白色的脐带为什么从没有断开?

因为测试国产航天服是这次神七计划的重要任务之一,按常理,既然设计了能够不系带行走,也就是脐带可以断开,那么至少应该短暂断开作一下测试,至少也可以为以后改进取得数据。

记者:会不会原来设计的航天服一些功能发生故障,造成断开了脐带会有危险,所以不能断开?

曲铮:不会的。既然设计能够不系带行走,设计上就一定不会把宇航员维持生命的关键供给通过脐带提供,以至于断开就会发生危险。而且从这个脐带的功用来看,水、电、氧气都不从它供给,并不是断开就会有危险的。据前面人民网那篇采访,神七航天服这个脐带叫做电脐带,功用是:一、用于航天员的通讯;二、作为安全绳的备份。


图15、新华社发布的舱外航天服结构

首先这个通讯功能并不是必须通过电脐带的,神七航天服是有很先进的无线通讯设备,搜狐网报导“‘神七’通信为何采用CDMA技术?”中说航天服配备有舱外航天服通信机可以无线方式进行通话(http://it.sohu.com/20081009/n259934431.shtml )。也就是说,至少短暂断开一下电脐带作为测试,是没有危险的。至于安全绳备份的功能,在两根安全绳完好的情况下,断开作测试那更没问题了。

事实上如果最后出舱“直播”这个宇航服的电脐带设计上本身就不允许断开,那反而说明直播用的这个宇航服和7月份神七总指挥说的不是同一个宇航服。短短两个月时间根本不可能作这样大的改动,更不可能重新设计一套新的。

但是你说的这个会不会有危险,我倒想到一点。如果发生变故不用原来设计好的宇航服,而直播中的这个所谓“宇航服”临时加入了额外的功能,使得宇航员不得不依赖电脐带,倒有可能造成不敢断开的原因。

就是如果真如网友说的这个录像是在水下拍摄的话,把电脐带用作呼吸通道,把排出的二氧化碳带走。一旦断开,即使自己携带有氧气供应也无法避免吐气泡的尴尬局面。这是我们从神七总指挥的能够推断的比较合理的结论。

附录:轨道计算、以及摄像机方位角、视野的确定

记者:飞船中的摄像镜头的方向是怎么确定的呢?

曲铮:在“直播”舱外活动的画面中,我们可以看到画面切换,因为飞船上有两个舱外摄像机,分别在轨道舱和推进舱外,见新华社公布的飞船结构图(图16)。我们这里说的是直播中能够拍摄到一部份地球曲面作为背景的那个摄像机,在画面中同时可以看到太阳能电池板,所以应该是轨道舱外的摄像机。


图16、新华社公布的神七结构示意图

如果我们连续看一段有地球的视频,就会发现视频中地球上的云层几乎是完全垂直向下转动的。因为云层相对于地球的速度比飞船要慢得多,可以忽略,所以实际上我们看到的不是云层运动,而是因为飞船的星下点(飞船在地面的垂直投影)相对于地面大约7公里/秒的运动造成的视觉效果。如果我们借用视频中的“上下”概念来说,飞船是向上飞,摄像镜头对准了下方,也就是飞船飞行方向的正后方拍摄,或者说摄像机是对准飞船尾部拍摄的。

因为飞船沿轨道向东飞行的同时,地球也在向东自转,而且二者之间有一个夹角(就是飞船轨道在地面的投影和地球自转方向,即和纬度线的夹角,在直播出舱这段时间这个夹角大约45-65之间),所以地球自转会造成视觉上的飞船飞行方向(相对于地面)和飞船实际的轨道方向还有一个微小的差别。但这个差别很小,不到3度。比较一下前面轨道图中的红色张角,3度的方位角误差完全不会影响我们的结论。

记者:还有一个问题,就是视频中的地球曲面只显示了一小部份,您的计算是说这一小部份圆弧的角度是30°,也就是摄像机的视野张角是30°角,是这样么?

曲铮:是的,这就是轨道图中的红色夹角。请看下面这张视频截图(图17),地球曲面边缘的这个弧形,可以用弧的弦长(红色)和深度(蓝色)的比率来推算。得到这段弧形的张角大概是30°(见图18)。那么前面说了从轨道高度可以得到飞船覆盖范围(footprint)的圆半径是2000公里多,以此还可以推算视频中看到的地球曲面的横向尺度大约是1000公里。按此比例,视频中显示的整个地球部份的纵向尺度超过200公里(接近画面中的弧形边缘部份由于曲面作用,看起来纵向尺度会显得小,所以实际纵向尺寸更大)。


图17 、计算地球曲面边缘的这个弧形的角度


图18 、计算地球曲面边缘的这个弧形的角度

这样一来,视频中地球曲面的边缘,就对应着飞船覆盖范围的圆弧夹在飞船向轨道后方30°张角之间,也就是轨道图中绿色圈被夹在红色张角之间的部份。如果这一部份是大片陆地,而视频中地球曲面部份的边缘显示的却是大片海洋,就说明视频不是当时实拍的。

轨道计算精确

记者:轨道计算一定是一个很复杂的过程吧,怎样保证计算准确呢?计算结果有多大的误差呢?

曲铮:飞船或卫星轨道的准确计算,它的理论确实是很复杂的,精确计算还需要考虑太阳系以外的遥远天体对轨道的长周期微小扰动等等。但是现在这个算法本身已经很成熟了,实现算法的计算机程序也很多,而且已经集成为程序库了。世界各地许多的天文观测爱好者、业余卫星、业余无线电爱好者,他们需要计算卫星的轨道以便观测或通讯,他们就用这些程序库编写了各种计算机程序,有的程序用户界面很好,中学生都可以算。比如国际空间站有一个业余无线电通讯计划,就是让各国学生们利用业余无线电和国际空间站宇航员直接对话。我知道中国有好几个中学成功的和国际空间站的太空人实现了通话。当然这些中学生他们得首先学会算轨道。也就是说,感兴趣的读者,完全可以自己下载软件来推算飞船轨道。为了便于读者比较,本文中的轨道图就是采用业余爱好者常用的软件Orbitron绘制的。

至于说精度,不同的计算程序之间差别其实很小,因为业余爱好者用的和我们做研究用的是同样的程序库。我采用了两种计算软件计算神七飞船的轨道,其中一个就是orbitron,我发现结果完全一致。我又用我自己编写的程序来核对,我这个程序采用了2006年更新的算法(Vallado etal. 2006: Revisiting Spacetrack Report #3, http://celestrak.com/publications/AIAA/2006-6753/) ,结果和前两个程序相差也很小,位置误差大概5米左右,这个差别主要在轨道的长期预测才会体现出来。

CCTV直播录像中有一段时间(指挥官宣布“出马林迪测控区”之前)恰好显示了指挥大厅屏幕中的飞船实时轨道数据(经度、纬度、高度、时间),这应该是根据实测校准的最精确数据了,这使得我可以把自己计算的轨道数据与之相比较。那么我发现二者的误差虽然大于不同程序的计算误差,但对于我们这个估算来说精度的还是足够的:

指挥大厅显示飞船位置(北京时间16:46:30): 纬度8.267N,经度54.030E,高度332.429km
程序(Orbitron)计算数据:纬度8.2856N,经度54.0416E,高度332.410km

我们可以看到,经度、纬度误差在小数点之后第二位,相当于不到3公里尺度的水平位置误差,或相当于时间误差在一秒以内(飞船速度7.7公里/秒)。我们看到视频中那个地球转动很慢(其实是飞船在飞造成的视觉效果),一秒钟画面变化很小,因为画面中显示的地球实际尺度很大,横向尺度大概是1000公里。因而一秒钟的轨道误差绝不会造成画面中本来应该显示陆地却出现大片海洋的情况。计算的高度误差为19米,相对误差大约是6E-5,由此引起的飞船覆盖范围(轨道图中的绿圈)的半径计算误差为0.1公里。也就是说,对于以上的视频分析,轨道计算的精度是足够的。

这些误差主要是由轨道参数的精度决定的,因为神七飞船有微小的姿态调整,获取轨道参数的观测时间越接近出舱活动时间越好。轨道参数的获取和轨道计算的简介附在后。

记者:我看到轨道图中飞船附近还是有大片海洋的。如果因为摄像镜头在出舱过程中转变了方向,或者因为镜头变焦,会不会造成我们看到的情况,导致镜头对准了海洋?

曲铮:镜头的方位角是不是发生变化,我们可以从视频中的地球转动情况来判断。如果镜头不是对准飞船飞行的相反方向,我们看到视频中的地球转动方向就不是从上向下的垂直方向。我仔细核对过前面提到的几个时刻,没有发现方位角变化。事实上,前面的分析是允许方位角有一定的估算误差的。因为视频的分辨率很低,从中判断地球的转动方向会有误差,但这个误差不超过10度。这样的误差不会影响我们的结论。比如在翟志刚第二次打开舱门不久,北京时间16:43:15左右,从轨道图(图2)中可见,即使红色张角偏离了15°也不会导致视频中看到的景象,因为在接近画面中的地球弧形边缘,左右两边几乎都是海洋。同样在北京时间16:56:47左右(图6),哪怕摄像机方位角误差达到20度也不会在画面中出现横向尺度超过500公里的海洋。

镜头变焦会导致摄像机视野张角的变化,但这可以从视频中地球曲面那一段弧形的角度来判断。前面提到的几个时刻,视频中地球曲面那一段弧形的角度都是一样的,没有变化。

飞船轨道的参数和轨道计算:

飞船轨道参数可以从几个渠道获得:space-track.org,这里公布的是美国国防部对外发布的轨道数据,需要注册用户(免费);还可以不用注册直接在这个民间的天文观测信息网站下载:calsky.com,我核实过,这里的数据和space-track.org是一样的。用神七飞船的目录编号 33386就可以查到飞船的轨道参数,通常叫做两行参数(Two-Line Elements),在这里查到最接近出舱活动时间的轨道参数见网页截图图19。上面的轨道计算采用的参数都是这一组。这组数据中第二行的08270.86681241表示飞船轨道和赤道相交向北运动的时刻(Epoch)为2008-09-26 20:48:12(UTC世界标准时间),获取参数的观测时间是在此前一点,但这是在神七完成从椭圆向接近圆形轨道变轨之后。


图19、calsky.com提供的神七轨道参数

如果使用Orbitron (http://www.stoff.pl/),只要把以下三行数据存为文本文件:
Shenzhou VII

1, 33386U 08047A 08270.86681241 .00006639 00000-0 38759-4 0 109
2, 33386 42.4032 186.1321 0005349 274.8121 138.3688 15.79033427 219

然后再orbitron中点击“Load TLE”,装载这个文本文件,然后在右侧卫星栏目里把“Shenzhou VII”打勾即可。注意mode中选择simulate,时间选用UTC(北京时间-8小时),见下图


图20、Orbitron用户界面

阿波罗网责任编辑:于飞 来源:大纪元记者施宇 转载请注明作者、出处並保持完整。

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