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人造衛(wèi)星
發(fā)射到太空的人造天體
人造衛(wèi)星一般指人造地球衛(wèi)星，是在圍繞地球的軌道上、基本按照天體力學的規(guī)律運行的無人航天器，一般由有效載荷和平臺組成。人造衛(wèi)星是目前發(fā)射數(shù)量最多、用途最廣、發(fā)展最快的航天器。
衛(wèi)星按照用途可以劃分為科學衛(wèi)星、應用衛(wèi)星和技術試驗衛(wèi)星等。其結構主要由承力結構、外殼、安裝部件、天線結構、太陽能電池陣結構、防熱結構及分離連接裝置等組成。截止到2023年4月22日，全世界在軌衛(wèi)星共有10829顆，其中7766顆處于活躍狀態(tài)。
類型劃分
按衛(wèi)星用途劃分
按照衛(wèi)星的用途，可以分為科學衛(wèi)星、應用衛(wèi)星和技術試驗衛(wèi)星。
科學衛(wèi)星
應用衛(wèi)星
直接為國民經(jīng)濟、軍事和文化教育服務的人造地球衛(wèi)星稱為應用衛(wèi)星，主要有通信及廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、測地衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、導航衛(wèi)星和偵察衛(wèi)星等，還有專門軍事用途的截擊衛(wèi)星，部分衛(wèi)星還具有多種功能。
偵察衛(wèi)星
照相偵察衛(wèi)星是用光學設備對地面目標進行拍照的衛(wèi)星。20世紀50年代以來，前蘇聯(lián)和美國每年發(fā)射的軍用衛(wèi)星中，約有1/3的衛(wèi)星用于各種形式的照相偵察，它們在近地軌道上進行普查和詳查。
電子偵察衛(wèi)星利用星載電子設備截獲空間傳播的電磁波，并轉發(fā)到地面，通過分析和破譯，獲得敵方的情報。電子偵察的目的是確定他方的飛機、雷達等系統(tǒng)的位置和特征參數(shù)，竊聽他方的無線電和微波通信。電子偵察衛(wèi)星以無線電探測和記錄設備完成這些使命。
氣象衛(wèi)星
氣象衛(wèi)星利用所攜帶的各種氣象遙感器，接收和測量來自地球、海洋和大氣的可見光輻射、紅外線輻射和微波輻射信息，再將它們轉換成電信號傳送給地面接收站。氣象人員根據(jù)收集的信息，經(jīng)過處理，得出全球大氣溫度、濕度、風等氣象要素資料。幾小時就可得到全球氣象資料，從而做出長期天氣預報，確定臺風中心位置和變化，預報臺風和其它暴。氣象衛(wèi)星對于保證航海和航空的安全，保證農業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)，都有很大作用。
氣象衛(wèi)星已由單純的氣象試驗，發(fā)展到多學科和多領域的綜合應用；由低軌道系統(tǒng)，發(fā)展到高軌道系統(tǒng)，形成了全球氣象衛(wèi)星觀測網(wǎng)。氣象衛(wèi)星在軍事活動中的應用也日益加強，有的國家已建立了全球性的軍事氣象資料的收集系統(tǒng)，向軍事單位提供實時的或非實時的氣象資料。
地球資源衛(wèi)星
資源衛(wèi)星是在偵察衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星的基礎上發(fā)展而來的。利用星上裝載的多光譜遙感器獲取地面目標輻射和反射的多種波段的電磁波，然后將其傳送到地面，再經(jīng)過處理，變成關于地球資源的有用資料。它們包括地面的和地下的，陸地的和海洋的等等。
地球資源衛(wèi)星可廣泛用于：地下礦藏、海洋資源和地下水源調查；土地資源調查，土地利用，區(qū)域規(guī)劃；調查農業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和水利資源合理規(guī)劃管理；預報農作物長勢和收成；研究自然植物的生成和地貌；考查和監(jiān)視各種自然災害如病蟲害、森林火災、洪水等；環(huán)境污染、海洋污染；測量水源，雪源；鐵路，公路選線，港口建設，海岸利用和管理，城市規(guī)劃。地球資源衛(wèi)星具有重大的經(jīng)濟價值和潛在的軍事用途。
海洋衛(wèi)星
海洋是生命的搖籃和風雨的故鄉(xiāng)，海洋與人類的密切關系正逐漸被認識。海洋控制著自然界中水的循環(huán)和大氣運動，主導調節(jié)大陸的氣候，提供廉價的運輸條件和高質量的水產(chǎn)食物。海洋中蘊藏著巨大的能源和礦物資源。
海洋衛(wèi)星的任務是海洋環(huán)境預報，包括遠洋船舶的最佳航線選擇，海洋漁群分析，近海與沿岸海洋資源調查，沿岸與近海海洋環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)視，災害性海況預報和預警，海洋環(huán)境保護和執(zhí)法管理，海洋科學研究，以及海洋浮標、臺站、船舶數(shù)據(jù)傳輸，海上軍事活動等。
通信衛(wèi)星
利用衛(wèi)星進行通信和平常的地面通信相比較，具有下列優(yōu)點：通信容量大；覆蓋面積廣；通信距離遠； 可靠性高；靈活性好；成本低。通信衛(wèi)星一般采用地球靜止軌道，相當于靜止在天空上。若有3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，彼此相隔120度，就可實現(xiàn)除地球兩極部分地區(qū)外的全球通信。
通信衛(wèi)星已用于國際、國內和軍事通信業(yè)務，同時開展了區(qū)域性通信和衛(wèi)星對衛(wèi)星的通信。衛(wèi)星通信技術已賦有很濃的軍事色彩，它在戰(zhàn)略通信和戰(zhàn)術通信中占有絕對的優(yōu)勢。各國已有的國際、國內衛(wèi)星通信系統(tǒng)都承擔著軍事通信任務。
廣播衛(wèi)星
廣播衛(wèi)星是一種主要用于電視廣播的通信衛(wèi)星。這種廣播衛(wèi)星不需要經(jīng)過任何中轉就可向地面轉播或發(fā)射電視廣播節(jié)目，供公眾團體或者個人直接接收，因此又稱為直播衛(wèi)星。普通的家庭電視機配一架直徑不大的天線和機頂盒就可以直接接收直播衛(wèi)星的電視廣播節(jié)目。
跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星
跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星是通信衛(wèi)星技術的一個重大發(fā)展。它是利用衛(wèi)星來跟蹤與測量另一顆衛(wèi)星的位置，其基本思想是把地球上的測控站搬到地球同步軌道上，形成星地測控系統(tǒng)網(wǎng)。這樣，可大大增加對近地軌道衛(wèi)星，如氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等的跟蹤測軌弧段，提高測軌精度，減少地面站的設置數(shù)量。
導航衛(wèi)星
這種衛(wèi)星發(fā)出一對頻率非常穩(wěn)定的無線電波，海上船只、水下的潛艇和陸地上的運動體等都可以通過接收衛(wèi)星發(fā)射的電波信號來確定自己的位置。利用導航衛(wèi)星進行導航是航天史上的一次重大技術突破，衛(wèi)星可以覆蓋全球進行全天候導航，而且導航精度高。
測地衛(wèi)星
衛(wèi)星測地的原理與衛(wèi)星導航的原理相似。由于地面上的測量站是固定的，所以測量精度比對艦船導航定位的精度高。衛(wèi)星測地達到的精度比常規(guī)大地測量的精度高幾十倍以上。測地衛(wèi)星可完成大地測量、地形測定、地圖測繪、地球形狀測量，以及重力和地磁場測定。測地衛(wèi)星有主動和被動之分，可采用三角測量、激光測距、多普勒系統(tǒng)等多種手段達到測地目的。
攔截衛(wèi)星
衛(wèi)星作為一種武器在軌道上接近，識別并摧毀敵方空間系統(tǒng)，這種衛(wèi)星被稱為反衛(wèi)星衛(wèi)星。反衛(wèi)星衛(wèi)星的攔截方式可以有多種，主要有：使攔截衛(wèi)星在空間與目標衛(wèi)星相遇，然后自爆以摧毀目標；從攔截衛(wèi)星上發(fā)射反衛(wèi)星武器，如激光、粒子和微波等定向高能束射武器；攔截衛(wèi)星用自身攜帶的小型火箭助推器加速，與目標衛(wèi)星相碰撞；設法使目標衛(wèi)星失去工作能力，如利用核輻射擊毀目標衛(wèi)星的電路與結構，向目標衛(wèi)星相機鏡頭上噴射物質，等等。
軌道轟炸系統(tǒng)
軌道轟炸系統(tǒng)是一種空間對地的進攻型武器。其任務是將武器部署在地球軌道上，當它繞地球運行到指定位置時，用反推減速火箭使其減慢速度，降低軌道，按地面指令射向目標。
技術驗證衛(wèi)星
技術驗證衛(wèi)星是對航天領域中的各種新原理、新技術、新系統(tǒng)、新設備以及新材料等進行在軌實驗的衛(wèi)星。航天技術中有很多新原理、新材料、新儀器，其能否使用，必須在天上進行試驗；一種新衛(wèi)星的性能如何，也只有把它發(fā)射到天上去實際“鍛煉”，試驗成功后才能應用；人上天之前必須先進行動物試驗等等。這些都是技術試驗衛(wèi)星的使命。多數(shù)情況下，科學衛(wèi)星也兼有技術試驗功能。
按衛(wèi)星軌道高度劃分
按運行軌道高度劃分，衛(wèi)星可分為低軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星、高軌道衛(wèi)星。
一般把200千米～2000千米高的軌道稱之為低軌道，2000千米～20000千米高的軌道稱之為中軌道，20000千米以上的軌道稱之為高軌道。如，大部分對地觀測衛(wèi)星運行都在低軌道。若軌道過高，航天器將進入或接近地球輻射帶；若軌道過低，殘余大氣阻力明顯增加，大大提高保持航天器軌道的推進劑消耗量。而對地觀測衛(wèi)星會運行在500～1000千米高的軌道，這樣既能獲得清晰度較高的地面圖片，也有一定的覆蓋范圍。
按衛(wèi)星重量劃分
按重量劃分，重量在1000kg以上的衛(wèi)星統(tǒng)稱為大衛(wèi)星或大型衛(wèi)星，500至1000千克的為小型衛(wèi)星；100至500千克的叫微小衛(wèi)星；10至100千克的是微型衛(wèi)星；1至10千克的叫納衛(wèi)星；0.1至1千克的叫皮衛(wèi)星；重量小于0.1千克的叫飛衛(wèi)星。
技術特點
基本結構
承力結構
外殼
外殼構成衛(wèi)星本體的外形，也承受一部分外力，起到承力構件的作用。外殼的形狀可以是球形、多面柱形、錐形或不規(guī)則多面體等。除維持外形外，外殼還應滿足容積、熱控制、防輻射等功能要求。其結構形式有半硬殼式、蜂窩結構和夾層結構、整體結構和柔性張力表面結構等。
安裝部件
安裝部件是安裝儀器設備并保證安裝精度和防震、防磁、密封等要求的結構，它可以是儀器艙式或者安裝盤式。
天線結構
天線結構為拋物面形或平板形，有固定式和展開式。由于發(fā)射的要求，大的天線在發(fā)射時是折疊起來的，進入太空后再展開。為防止熱變形影響天線的電性能，通常用線膨脹系數(shù)很小的石墨纖維復合材料制成。可展開式天線有傘式、花瓣式、漁網(wǎng)式和桁架式。
太陽能電池陣
太陽能電池陣可以是一組粘貼在外殼表面的太陽能電池片；為了增大太陽能電池的面積，也可以是太陽能電池帆板。電池帆板是在進入太空后展開成翼狀，所以也稱太陽能電池翼。在空間不必考慮空氣阻力的問題，因而太陽能電池帆板可以是非對稱的。
衛(wèi)星穩(wěn)定結構
衛(wèi)星功能的實現(xiàn)對其姿態(tài)都有一定的要求，如通信衛(wèi)星要求轉發(fā)天線始終朝向地面的接收地點，太陽觀測衛(wèi)星要求其射線探測儀始終對準太陽等。衛(wèi)星通過姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定自己的姿態(tài)。衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定控制有自旋穩(wěn)定、重力梯度穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定控制等方式。
自旋穩(wěn)定
自旋穩(wěn)定方式的衛(wèi)星要求構型是軸對稱結構，這類衛(wèi)星的形狀一般是圓柱形、球形或橢球形。衛(wèi)星通過繞對稱軸的轉動，利用陀螺的定軸性進行穩(wěn)定控制。如中國的“實踐”1號實驗衛(wèi)星，是典型的球形對稱結構；“東方紅”2號通信衛(wèi)星是圓柱形結構，并且圓柱的直徑大于高度，這是為了使自轉軸與最大轉動慣量軸重合，有利于穩(wěn)定。衛(wèi)星本體繞圓柱軸線旋轉，天線部分則反向等速旋轉，構成雙自旋穩(wěn)定結構。
重力梯度穩(wěn)定
重力梯度穩(wěn)定方式的衛(wèi)星有一根頂端裝有一定質量的重力桿，利用衛(wèi)星各部分質量受到的不相等引力產(chǎn)生的重力梯度力矩來穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)。為了獲得足夠的控制力矩，重力桿一般大于衛(wèi)星高度，為使發(fā)射時能裝入運載火箭整流罩內，重力桿做成可伸縮機構，發(fā)射時重力桿收攏在衛(wèi)星體內，入軌后再伸展到需要的長度。
三軸穩(wěn)定控制
三軸穩(wěn)定控制對外形的要求比較自由，它是通過姿態(tài)敏感器、姿態(tài)控制器和姿態(tài)控制發(fā)動機組成的姿態(tài)控制系統(tǒng)控制姿態(tài)。另外還有以三軸慣性飛輪為主，姿態(tài)控制發(fā)動機為輔的三軸姿態(tài)控制方式。對于用三軸姿態(tài)控制穩(wěn)定方式的衛(wèi)星，其結構不需要是對稱的，如中國和巴西合作的中巴資源衛(wèi)星，由于其冷卻系統(tǒng)要求一面不能朝向太陽，因而設計成單太陽能電池帆板式。日本地球資源衛(wèi)星除了有單太陽能電池帆板的特點外，還有很大的合成孔徑天線。
系統(tǒng)組成
人造地球衛(wèi)星無論從外形還是內部結構上講，可以說千差萬別，但是它們在系統(tǒng)組成上都包括兩大部分，即公用系統(tǒng)和專用系統(tǒng)。衛(wèi)星的公用系統(tǒng)是指不管任何類型和用途的衛(wèi)星都必須配備的系統(tǒng)，公用系統(tǒng)的集成現(xiàn)統(tǒng)稱為“平臺”；而專用系統(tǒng)則是指不同用途的衛(wèi)星，為了完成技術任務而配備的特有系統(tǒng)，專用系統(tǒng)現(xiàn)統(tǒng)稱為“有效載荷”。
公用系統(tǒng)
衛(wèi)星的公用系統(tǒng)（平臺）一般包括以下幾個系統(tǒng)：結構與機構系統(tǒng)、熱控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。
專用系統(tǒng)
衛(wèi)星的專用系統(tǒng)（有效載荷）是衛(wèi)星用于完成任務的有效部分。不同用途的衛(wèi)星有不同的有效載荷。例如，資源衛(wèi)星的有效載荷就是各種遙感器，它包括可見光照相機、多光譜相機、多光譜掃描儀、紅外相機、微波輻射計和微波掃描儀和合成孔徑雷達等；氣象衛(wèi)星的有效載荷包括掃描輻射計、紅外分光計、垂直大氣探測器和大氣溫度探測器等；通信衛(wèi)星的有效載荷主要是通信轉發(fā)器及通信天線；天文衛(wèi)星的有效載荷是各種類型的天文望遠鏡，包括紅外天文望遠鏡、可見光天文望遠鏡和紫外天文望遠鏡等。
發(fā)射國家和機構
能夠自行發(fā)射人造衛(wèi)星的國家及發(fā)射的首顆人造衛(wèi)星 | |||||
國家 | 衛(wèi)星名稱 | 運載火箭 | 發(fā)射時間（UTC） | 發(fā)射地點 | 重量/kg |
蘇聯(lián) | 斯普特尼克1號 | 衛(wèi)星號運載火箭 | 1957年10月4日19時28分34秒 | 拜科努爾航天發(fā)射場1號發(fā)射場區(qū) | 83.6 |
美國 | 探險者1號 | 朱諾1號運載火箭 | 1958年2月1日3時47分56秒 | 卡納維拉爾角空軍基地26號工位A發(fā)射臺 | 13.7 |
法國 | 阿斯泰利克斯 | 鉆石號A型運載火箭 | 1965年11月26日14時47分21秒 | 特種火箭聯(lián)合測試中心B2發(fā)射場布里吉特發(fā)射工位 | 42 |
日本 | 大隅號 | 拉姆達-4S | 1970年2月11日4時25分 | 內之浦宇宙空間觀測所拉姆達發(fā)射臺 | 23.8 |
中國 | 東方號一號 | 長征一號運載火箭 | 1970年4月24日21時35分45秒 | 酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心二號發(fā)射陣地5020工位 | 173 |
英國 | 普洛斯帕羅 | 黑箭號運載火箭 | 1971年10月28日4時9分29秒 | 伍默拉試驗場五號發(fā)射場區(qū)B發(fā)射臺 | 66 |
印度 | 羅希尼1B號 | 衛(wèi)星運載火箭（3 D1） | 1980年7月18日2時33分45秒 | 薩迪什·達萬航天中心一號發(fā)射臺 | 40 |
以色列 | 地平線1號 | 沙維特運載火箭 | 1988年9月19日09時34分 | 帕勒馬希姆空軍基地 | 157 |
烏克蘭 | 六顆俄羅斯制天箭三號衛(wèi)星 | 旋風三號運載火箭 | 1991年9月28日7時5分 | 普列謝茨克航天發(fā)射場32號發(fā)射場區(qū) | 6×220 |
俄羅斯 | 宇宙2175號 | 聯(lián)盟-U型運載火箭 | 1992年1月21日15時00分00秒 | 普列謝茨克航天發(fā)射場43號發(fā)射場區(qū) | 6600 |
伊朗 | 希望號衛(wèi)星 | 信使2號運載火箭 | 2009年2月2日18時34分 | 塞姆南發(fā)射場 | 27 |
朝鮮 | 光明星3號 | 銀河3號 | 2012年12月12日00時49分46秒 | 西海衛(wèi)星發(fā)射場 | 100 |
韓國 | 0.2噸的技術示范衛(wèi)星和1.3噸的衛(wèi)星模型 | 世界號運載火箭 | 2022年6月21日 | 羅老宇宙中心 | 1500 |
典型衛(wèi)星型號
斯普特尼克1號
斯普特尼克一號
斯普特尼克1號衛(wèi)星即人造地球衛(wèi)星1號，是前蘇聯(lián)研制發(fā)射的第一顆地球衛(wèi)星，也是人類研制發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星，開啟了人類的航天時代。該衛(wèi)星于1957年10月4日由衛(wèi)星號運載火箭在拜科努爾發(fā)射場發(fā)射，主要用于獲取高層大氣密度、無線電電離層傳輸?shù)确矫鏈y量數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星在軌工作了22天，于1958年1月4日再入大氣層燒毀。斯普特尼克1號衛(wèi)星在軌運行期間還探測到空間微流星體。
1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號”升空飛行。“斯普特尼克1號”（俄語:Спутник-1，又稱“衛(wèi)星一號”，俄語名原意“旅行者”）由前蘇聯(lián)火箭專家科羅廖夫利用導彈改制而成，由衛(wèi)星號運載火箭從哈薩克斯坦的拜科努爾發(fā)射場發(fā)射升空。“斯普特尼克1號”在軌運行了92天，繞地球飛行約1400圈，運轉了六千萬公里，最后于1958年1月4日脫離軌道墜入大氣層燒毀
這顆衛(wèi)星的本體是一只用鋁合金做成的圓球，直徑為58厘米，重近83.6千克。圓球外面附著4根彈簧鞭狀天線，其中一對長240厘米，另一對長290厘米。在發(fā)射后的3個星期內，衛(wèi)星以20.005和40.002兆赫的頻率向地球發(fā)送無線電波信號。
當“斯普特尼克1號”于哈薩克拜科努爾航天中心發(fā)射之時，正值是聯(lián)合國所公布的國際地球觀測年（又譯作國際地球物理年），器成為第一個進入外層空間的人造物體，在外層空間向地球發(fā)送無線電波信號，并可由業(yè)余無線電用戶所接收。其發(fā)送一直持續(xù)至1957年10月26日，才因為電池用盡而中斷。1958年初，“斯普特尼克1號”失去動力，脫離其工作軌道并墜入大氣層。
東方紅1號
1970年4月24日，中國第一顆人造地球衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，由此開創(chuàng)了中國航天史的新紀元，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。東方紅1號衛(wèi)星重173 千克，由長征一號運載火箭送入近地點441千米、遠地點2368千米、傾角68.44度的橢圓軌道。它測量了衛(wèi)星工程參數(shù)和空間環(huán)境，并進行了軌道測控和《東方紅》樂曲的播送。
1967年初，國防科委正式確定中國第一顆人造衛(wèi)星要播送《東方紅》樂曲，讓全世界都聽一聽遠東中國的聲音。年底，國防科委又為這顆衛(wèi)星正式命名為“東方紅一號”。1968年1月，國家正式批準了“東方紅一號”人造地球衛(wèi)星的研制任務書。
1970年1月30日，供預期飛行試驗用的兩級火箭發(fā)射成功，表明中國已具備發(fā)射衛(wèi)星的能力。在先后完成空間模擬實驗和地面測控跟蹤系統(tǒng)之后，裝載衛(wèi)星和火箭的專列于當年4月1日秘密抵達位于酒泉的衛(wèi)星發(fā)射基地。4月17日，“長征一號”運載火箭和東方紅一號衛(wèi)星順利進入2號發(fā)射陣地。18日，火箭與衛(wèi)星開始垂直測試；19日，各分系統(tǒng)測試，一切準備就緒。
1970年4月24日21時35分，東方紅一號衛(wèi)星由長征一號運載火箭發(fā)射升空，中國成為世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。
1970年5月14日，東方紅一號衛(wèi)星停止發(fā)射信號，《東方紅》樂曲停止播放，衛(wèi)星結束了其工作壽命。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
