人造卫星

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第一颗人造卫星——史普尼克1号
美国DSP红外线间谍卫星
马来西亚Measat-3B

人造卫星英语:Satellite),在不产生歧义的情况下亦称卫星,是由人类建造的航天器的一种,是数量最多的一种。人造卫星以太空飞行载具如运载火箭太空船等发射到太空中,像天然卫星一样环绕地球或其它行星运行。通讯卫星就是在地球轨道上,放置卫星,以作为地面微波与广播站间的通信媒介。虽然通讯卫星的造价很高,但由于能传输大量的信息,而且免除架设的费用,因此对于长距离的传输仍是最普遍与最经济的方法;因为一个通讯卫星所传播的地域相当的大,只要三个通讯卫星就能涵盖地球上大部分的地域。人造卫星除了自身具备的功能以外,也衍伸出太空垃圾的隐忧。

概述

环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器又称人造地球卫星英语:Artificial Earth Satellite)。人造卫星是发射数量最多,用途最广,发展最快的航天器。1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后,美国法国日本也相继发射了人造卫星。中国于1970年4月24日发射了东方红1号人造卫星

在人类发射的数千颗人造卫星中,90%以上是直接为国民经济和军事服务的卫星,称为应用卫星。此外,还有科学卫星和技术试验卫星。应用卫星按其用途可分为空间物理探测卫星、通信卫星、天文卫星、气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星等。

人造卫星一般由专用系统和保障系统组成。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统,也称为有效载荷。应用卫星的专用系统按卫星的各种用途包括:通信转发器,遥感器,导航设备等。科学卫星的专用系统则是各种空间物理探测、天文探测等仪器。技术试验卫星的专用系统则是各种新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料的试验设备。保障系统是指保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统,也称为服务系统。主要有结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、无线电测控系统等。对于返回卫星,则还有返回着陆系统。

人造卫星的运动轨道取决于卫星的任务要求,区分为低轨道、中高轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、太阳同步轨道,大椭圆轨道和极轨道。人造卫星绕地球飞行的速度快,低轨道和中高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈,不受领土、领空和地理条件限制,视野广阔。能迅速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发,也可获取地球的大量遥感信息,一张地球资源卫星图片所遥感的面积可达几万平方千米。

在卫星轨道高度达到35800千米,并沿地球赤道上空与地球自转同一方向飞行时,卫星绕地球旋转周期与地球自转周期完全相同,相对位置保持不变。此卫星在地球上看来是静止地挂在高空,称为地球静止轨道卫星,简称静止卫星,这种卫星可实现卫星与地面站之间的不间断的信息交换,并大大简化地面站的设备。目前绝大多数通过卫星的电视转播和转发通信是由静止通信卫星实现的。

结构

人造卫星一般由有效载荷(payload)和卫星平台。有效载荷是指为了直接实现该卫星的应用目的或者科研任务各种仪器设备。卫星平台则是用于支持有效载荷正常工作的所有保障系统的总成。一般来说卫星平台的设计在一段时期内都是相对稳定的,在升级换代前只会做小幅改良。只要功能合适,某一种卫星平台可以根据需要搭载各种各样的有效载荷。例如嫦娥一号二号卫星使用的都是东方红三号卫星平台,但它们各自搭载的有效载荷则是不一样的。卫星平台又分为多个子系统:

  • 有效载荷(不同类型卫星均不同,共同的有:)
    • 对地相机
    • 恒星相机
    • 搭载的有效载荷
  • 卫星平台(为有效载荷的操作提供环境及技术条件,包括:)
    • 服务系统
      • 热控分系统
      • 姿态和轨道控制分系统
      • 程序控制分系统
      • 遥测分系统
      • 遥控分系统
      • 跟踪和测试分系统
      • 供配电分系统
      • 返回分系统(限于返回式卫星
    • 卫星结构平台

人造卫星工程系统

位于德国巴伐利亚赖斯廷的世界上最大的卫星地面站

人造卫星能够成功执行预定任务,单凭卫星本身是不行的,而需要完整的卫星工程系统,一般由以下系统组成:

  • 发射场系统
  • 运载火箭系统
  • 卫星系统
  • 测控系统
  • 卫星应用系统
  • 回收区系统(限于返回式卫星

分类

按轨道种类区分

按轨道高度区分

  • 高轨道卫星:运行于地球静止轨道。高轨道卫星距离地表约36000公里高空,并且于赤道上绕行地球,又称同步轨道卫星或地球静止轨道卫星
  • 中轨道卫星:运行于中地球轨道(MEO: Medium-Earth Orbit)
  • 低轨道卫星(又称地表卫星):运行于低地球轨道(LEO: Low-Earth Orbit)

按卫星重量区分

  • 大型卫星:大于1000kg(1吨)
  • 中型卫星:界于500到1000kg(半吨)

小型卫星:不到500kg的都叫小型卫星,其中分类如下:

  • 迷你型卫星:500到100kg
  • 微卫星:小于100kg
  • 奈米卫星:10kg或更低
  • 方块卫星:按国际标准约1.3kg
  • 米粒卫星:仅以公克为单位

依用途区分

  • 科学卫星
    • 气象卫星:古时候的人们对于多变的气候,最多只能凭着经验加以揣测。而气象卫星的出现,使得人们得以掌握数日内的气候变化。气象卫星从遥远的太空中观测地球,不但能观测大区域天气的变化,针对小区域的天气变化做观察也一样是他的例行任务。一般我们在看新闻的天气预报时,主播背后的那幅卫星云图就是气象卫星的观测结果。而台风的预报更是大家耳熟能详的。气象卫星除了对地球天气与气候的观察外,他还能对所谓的太空天气做监测工作。如太阳表面的风暴便属此类。此类的事件经常会造成地球上许多电器物件损毁。气象卫星还有其他功能。它能为诸如洪涝、森林大火等天然灾害提供监测情报,同时也能对诸如渔场资源、或土地资源提供一定的情报。如此可使各种天然资源开发与天灾救助达到事半功倍的效果。
    • 地球观测卫星:这些卫星允许科学家聚集有价值的关于地球的生态系统的数据。
    • 天文卫星
  • 应用卫星

卫星服务

发射国家和机构

截至20世纪末,全球只有少数国家具有独立卫星发射能力。这些国家和地区包括(截至2013年):俄罗斯美国法国日本中国英国印度以色列伊朗朝鲜韩国伊拉克的发射并未被承认。巴西在1997、1999和2003年进行了3次发射尝试,但均未成功。直到今天仍有少数国家依旧尝试进入航天俱乐部。早期意大利哈萨克斯坦都具备火箭和卫星研发技术条件,并且都有火箭发射场(圣马科意海上平台拜科努尔发射场,主要为美国和俄国担负发射任务)。乌克兰具备火箭制造能力但却不具备发射场等条件。多国合作的欧洲空间局ESA,以及私有的海上发射公司等公司也被认为是航天俱乐部的成员。

著名的人造卫星

著名的人造卫星,按发射时间排列:

参见