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卫星(天文学术语)

卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体,人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星是由人类建造,以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中,像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。往往气体行星的卫星都很多。

卫星是环绕一颗行星按闭合轨道做周期性运行的天体。不过,如果两个天体质量相当,它们所形成的系统一般称为双行星系统,而不是一颗行星和一颗天然卫星。通常,两个天体的质量中心都处于行星之内。因此,有天文学家认为冥王星与冥卫一应该归类为双行星,但2005年发现两颗新的冥卫,又使问题复杂起来。

月球就是最明显的天然卫星的例子。在太阳系里,除水星和金星外,其他行星都有天然卫星。太阳系已知的天然卫星总数(包括构成行星环的较大的碎块)至少有160颗。天然卫星是指环绕行星运转的星球,而行星又环绕着恒星运转。就比如在太阳系中,太阳是恒星,我们地球及其它行星环绕太阳运转,月亮、土卫一、天卫一等星球则环绕着我们地球及其它行星运转,这些星球就叫做行星的天然卫星。土星的天然卫星第二多,已知62颗。。木星的天然卫星最多,其中63颗已得到确认,至少有6颗尚待证实。天然卫星的大小不一,彼此差别很大。其中一些直径只有几千米大,例如,火星的两个小月亮,还有木星,土星,天王星外围的一些小卫星。还有几个却比水星还大,例如,土卫六、木卫三和木卫四,它们的直径都超过5200千米 [1]

太阳系内最大的卫星(超过3000公里)包括地球的卫星月球、木星的伽利略卫星木卫一(埃欧)、木卫二(欧罗巴)、木卫三(盖尼米德)、木卫四(卡利斯多)、土星的卫星土卫六(泰坦),以及海王星捕获的卫星海卫一(特里同)。更小的卫星参见各个相关行星条目。

这里是以直径和所环绕星体划分的一个太阳系卫星分类表,最右一列也列出了部分的小行星,行星及柯伊伯带天体用于对比。由于表格空间有限,凡中文名超过三字的卫星均以数字表示,中文名三字及以下的按正式命名列出。

平均直径

(km)

4000-

6000

木卫三/

木卫四

3000-

4000

艾奥/

欧罗巴

2000-

3000

阋神星/

冥王星

1000-

2000

500-

1000

250-

500

万斯1

100-

250

50-

100

注一:1. 柯伊伯带天体亡神星的卫星;2. 柯伊伯带天体Salacia的卫星;3. 柯伊伯带天体创神星的卫星;4. 柯伊伯带天体堤丰的卫星;5. 小行星司赋星的卫星;6. 小行星林神星的卫星;7. 小行星Eugenia的卫星;8. 小行星243 Ida的卫星

注二:堤丰的英文名为Typhon

注三:SilaNunam、Ceto-Phorcys、Patroclus-Menoetius、Logos-Zoe以及Antiope-S/2000(90)1这些双星系统未作为卫星列入

而随着现代科技的不断发展,人类研制出了各种人造卫星,这些人造卫星和天然卫星

一样,也绕着行星(大部分是地球)运转。人造卫星的概念可能始于1870年。第一颗被正式送入轨道的人造卫星是前苏联1957年发射的人卫1号。从那时起,已有数千颗环绕地球飞行。人造卫星还被发射到环绕金星、火星和月亮的轨道上。人造卫星用于科学研究,而且在近代通讯、天气预报、地球资源探测和军事侦察等方面已成为一种不可或缺的工具。

自1957年前苏联将世界第一颗人造卫星送入环地轨道以来,人类已经向浩瀚的宇宙中发射了大量的飞行器。据美国一个名为“关注科学家联盟”的组织公布的最新全世界卫星数据库显示,正在环绕地球飞行的共有795颗各类卫星,而其中一半以上属于世界上唯一的超级大国美国,它所拥有的卫星数量已经超过了其他所有国家拥有数量的总和,达413颗,军用卫星更是达到了四分之一以上。

卫星系的角动量的来源,和行星自转的角动量的来源是一样的,不过,当考虑到卫星的形成问题时,必须像分析行星系的形成过程那样来分析它;首先,行星系的原始星胚在收缩过程中,由于和行星系形成时一样的原因,会形成一个转动的球体,这个球体在向自身的引力中心收缩中,逐渐变成扁平的星云盘,在星云盘的中央部分,形成行星本体,而在星云盘的外围部分,则形成卫星,分两种情况考虑。

不会发光

围绕行星运转

随行星围绕恒星运转

要说作用,天然卫星是宇宙中自然形成的,不好说它有什么作用。当然,月亮是地球的天然卫星,它可以平衡地球自转,稳定地轴,控制潮汐,可以用来观察时间等,还可以想象出很多美丽的传说。人造卫星的用途很广泛,有的装有照相设备,用对地面进行照相、侦察,调查资源,监测地球气候和污染等;有的装有天文观测设备,用来进行天文观测;有的装有通信转播设备,用来转播广播、电视、数据通讯、电话等通讯讯号;有的装有科学研究设备,可以用来进行科研及空间无重力条件下的特殊生产。 [2]

总之,人造卫星因研制、生产、使用者的目的不同而有不同的用途。

卫星按它所围绕的行星可分为地球卫星或其他星球的卫星。按来源分,地球卫星又可分为天然卫星和人造地球卫星。

行星的卫星

行星

水星

金星

地球

火星

木星

土星

天王星

海王星

总计

卫星

0

0

1

2

66

62

27

13

171

母星

卫星代号

国际命名

中文名称

发现日期

备注

地球

Earth I

Moon

月球

火星

Mars I

Phobos

火卫一

1877年8月18日

火星

Mars II

Deimos

火卫二

1877年8月12日

木星

Jupiter I

Io

木卫一

1610年1月7日

伽利略卫星

木星

Jupiter II

Europa

木卫二

1610年1月7日

伽利略卫星

木星

Jupiter III

Ganymede

木卫三

1610年1月11日

伽利略卫星

木星

Jupiter IV

Callisto

木卫四

1610年1月7日

伽利略卫星

木星

Jupiter V

Amalthea

木卫五

1892年9月9日

土星

Saturn I

Mimas

土卫一

1789年9月17日

土星

Saturn II

Enceladus

土卫二

1789年8月28日

土星

Saturn III

Tethys

土卫三

1684年3月21日

有2颗特洛依卫星

土星

Saturn IV

Dione

土卫四

1684年3月21日

有2颗特洛依卫星

土星

Saturn V

Rhea

土卫五

1672年12月23日

土星

Saturn VI

Titan

土卫六

1655年3月25日

土星

Saturn VII

Hyperion

土卫七

1848年9月16日

土星

Saturn VIII

Iapetus

土卫八

1671年10月25日

土星

Saturn IX

Phoebe

土卫九

1898年8月16日

天王星

Uranus I

Ariel

天卫一

1851年10月24日

天王星

Uranus II

Umbriel

天卫二

1851年10月24日

天王星

Uranus III

Titania

天卫三

1787年1月11日

天王星

Uranus IV

Oberon

天卫四

1787年1月11日

海王星

Neptune I

Triton

海卫一

1846年10月10日

矮行星的卫星

母星

母星分类

卫星代号

国际命名

中文名称

发现日期

冥王星

外海王星天体

Pluto I

Charon

冥卫一

1978年4月13日

冥王星

外海王星天体

Pluto II

Nix

冥卫二

2005年5月15日

冥王星

外海王星天体

Pluto III

Hydra

冥卫三

2005年5月15日

冥王星

外海王星天体

Pluto IV

S/2011 P 1

冥卫四

2011年6月28日

冥王星

外海王星天体

Pluto V

S/2012 P 1

冥卫五

2012年6月26日

阋神星

黄道离散天体

Eris I

Dysnomia

阋卫一

2005年9月10日

妊神星

外海王星天体

Haumea I

Hi'iaka

妊卫一

2005年1月26日

妊神星

外海王星天体

Haumea II

Namaka

妊卫二

2005年6月30日

小行星的卫星

母星

母星分类

卫星代号

国际命名

中文名称

发现日期

备注

司赋星

小行星带

(22) Kalliope I

Linus

en:林诺斯

2001年8月29日

欧仁妮

小行星带

(45) Eugenia I

Petit-Prince

en:小王子

1998年11月1日

欧仁妮

小行星带

S/2004 (45) 1

S/2000 (90) 1

2004年2月

林神星

小行星带

(87) Sylvia I

Romulus

en:罗穆卢斯

2001年2月18日

林神星

小行星带

(87) Sylvia II

Remus

en:瑞摩斯

2004年8月9日

休神星

小行星带

S/2000 (90) 1

S/2000 (90) 1

2000年8月10日

en:伊达

小行星带

(243) Ida I

Dactyl

en:达克季

1993年8月28日

第一个发现的小行星的卫星

en:帕特罗克洛斯

木星特洛依群

(617) Patroclus I

Menoetius

墨诺提俄斯

2001年

阿波罗

阿波罗群

S/2005 (1862) 1

S/2005 (1862) 1

2005年10月29日

en:堤丰

半人马群或
  外海王星天体

(42355) Typhon I

Echidna

厄客德娜

2006年1月20日

创神星

外海王星天体

S/2007 (50000) 1

Weywot

en:维沃特

2006年2月14日

en:逻各斯

外海王星天体

(58534) Logos I

Zoe

佐耶

2001年11月17日

刻托

半人马群或
  外海王星天体

(65489) Ceto I

Phorcys

福耳库斯

2006年4月11日

en:得哈鲁希阿瓦戈

外海王星天体

(88611) Teharonhiawako I

Sawiskera

en:扎维斯克拉

2001年10月11日

厄耳枯斯

外海王星天体

S/2007 (90482) 1

S/2007 (90482) 1

2005年11月13日

小行星136108

外海王星天体

S/2005 (136108) 1

S/2005 (136108) 1

2005年1月28日

小行星136108

外海王星天体

S/2005 (136108) 2

S/2005 (136108) 1

2005年6月30日

太阳系内最大的卫星(超过3000公里)包括地球的卫星月球、木星的伽利略卫星木卫一(伊俄)、木卫二(欧罗巴)、木卫三(盖尼米得)、木卫四(卡利斯托)、土星的卫星土卫六(泰坦),以及海王星捕获的卫星海卫一(特赖登)。

人造卫星是个兴旺的家族,如果按用途分,它可分为三大类:科学卫星,技术试验卫星和应用卫星。科学卫星是用于科学探测和研究的卫星,主要包括空间物理探测卫星和天文卫星,用来研究某星球的大气、辐射带、磁层、宇宙线、太阳辐射等,并可以观测其他星体,目前世界上大多数的人造卫星为人造地球卫星,另外有人造火星卫星等人造卫星。

1957年10月4日,前苏联成功发射了世界上第一个人造地球卫星。

随后美国、法国、日本都相继发射了人造地球卫星。

1970年4月24日,中国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红一号”,由“长征一号”运载火箭一次发射成功。卫星运行轨道距地球最近点439公里,最远点2384公里,轨道平面和地球赤道平面的夹角68.5度,绕地球一周114分钟。卫星重173公斤,用20009兆周的频率,播送《东方红》乐曲。

中国的人造卫星产业规划

《国家卫星导航产业中长期发展规划》(以下简称《规划》)的出台将对产业发展形成很强的推动作用,而在卫星导航产业接下来的发展过程中,龙头企业将成为卫星导航产业发展的主力军。随着我国科技实力的日益提升,卫星导航产业也将迎来良好的发展机遇。

《规 划》已经国务院同意,并予以印发。《规划》提出,到2020年,我国卫星导航产业创新发展格局基本形成,产业应用规模和国际化水平大幅提升,产业规模超过 4000亿元,北斗卫星导航系统及其兼容产品在国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用,在大众消费市场逐步推广普及,对国内卫星导航应用市场的贡献率达 到60%,重要应用领域达到80%以上,在全球市场具有较强的国际竞争力。

中国卫星导航定位协会此前发布的《中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》也指出,到2015年中国卫星导航与位置服务产业年产值将超过2250亿元人民币,其中北斗卫星导航系统陆路交通应用年市场销售额将超过65亿元。

观研天下分析师还表示,4000亿元的产业规模将使卫星导航产业成为接下来新的投资的热点行业。包括卫星导航设备、汽车应用、相关原材料生产和供应商都将因此获益。随着《规划》的落实,对于相关板块的上市公司的中长期发展将起到重要作用。

对 于海外市场的开拓,《规划》指出,积极实施“走出去”战略,加大北斗卫星导航系统境外应用推广力度,鼓励有条件的企业在境外建立研发中心和营销服务网络, 大力开拓国际市场,同时鼓励国外企业开发利用北斗卫星导航系统;构建完善产业国际化发展支撑体系,提升全球化发展服务保障能力。

人造地球卫星简介

概述

人造地球卫星指用运载火箭发射到高空并使其沿着一定轨道环绕地球运行的宇宙飞行器。卫星的外貌千姿百态,有球形、多面形、圆柱形、棱柱形,还有像哑铃、皇冠、蝴蝶和大鹏等形状的。

人造地球卫星用途广、种类繁多,有太空“信使”通信卫星、太空“遥感器”地球资源卫星、太空“气象站”气象卫星、太空“向导”导航卫星、太空“间谍”侦察卫星、太空“广播员”广播卫星、太空“测绘员”测地卫星、太空“千里眼”天文卫星等,组成一个庞大的“卫星世家”。人造地球卫星具有对地球进行全方位观测的能力,其最大特点是居高临下,俯视面大。一颗运行在赤道上空轨道的卫星可以覆盖地球表面1.63亿平方公里的面积,比一架8000米高空侦察机所覆盖的面积多5600多倍。因此,对完成通信、侦察、导航等任务来说,它具有其他手段无法比拟的优势。

组成

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。

轨道

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。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。

分类

在这些发射成功的卫星中,包括科技实验考察、通信、气象、导航、地球资源、军事侦察、海洋监视、早期预警,数据中继、军用测地等用途的卫星。它们在各自领域大显神通,使人类传统文明和军事技术发生了革命性的变化。

另据专家1989年底统计,在已发射成功的各类卫星中,除去军用和科研实验用以外,民用的通信、广播、气象、导航及地球资源卫星共计1093颗,占各国发射总数的27.6%。其中通信和广播卫星共658颗、气象卫星163颗、导航卫星239颗、地球资源卫星33颗。这些卫星的工作寿命都很有限,大部分为1~2年,最长的不超过10年。按设计寿命统计,仍在轨道上工作的应用卫星并不很多。实际上1983年以前发射的应用卫星已基本上停止工作。经常保持在轨道上正常工作的约为200颗左右,最多时不超过400颗。

至1992年已经有20多个国家为宇宙大家庭增添了这类新成员4000多个,占各类航天器发射总数的90%,中国也为宇宙这个大家庭新添了33个新伙伴。拥有自行研制和发射人造卫星能力的国家已有8个(俄、美、法、日、中、英、印度和以色列),20多个国家和地区拥有自己研制的卫星,100多个国家和地区成了国际通信卫星组织的成员。

价值

人造地球卫星在军事和经济上具有重要价值,因此发展最快,数量也很大。应用卫星按用途分类,有广播、电视、电话使用的通信卫星;有观察天气变化的气象卫星;有对地面物体进行导航定位的导航定位卫星;有地球资源探测卫星,海洋卫星等。按轨道的高低来分类,有36000公里的高轨道地球同步卫星;200~300公里的低轨道卫星(如军事侦察卫星)。也可按军事和民用卫星来划分。国际通信卫星已发展到第8代,一颗卫星的通信能力可达几万条的话路,工作寿命长达10年以上,世界上跨洋通信几乎由通信卫星所替代。有代表性的资源卫星有2个:一个是美国的陆地卫星,另一个是法国斯波特卫星。这两种卫星是当代国际上比较先进的地球资源卫星。它们的地面分辨目标能力分别为30米和10米。它们都有多谱段的遥感能力,具有鉴别地面上每一种目标的特别功能。

气象卫星有两种:一种是极地轨道卫星,是通过南北极轨道的卫星,轨道高度900公里,可飞经地球的每个地区,能观察到全球的云图变化。这种卫星的分辨率通常为1公里;另一种气象卫星是静止轨道卫星,它是悬在赤道上空,固定在某个地区,24小时不停地观察本地区的云图变化。世界上发射的4000多颗卫星中,大部分为军事卫星,这里面包括侦察卫星、导弹预警卫星、通信卫星、导航卫星和军事气象卫星。海湾战争中,美国曾动用了50颗卫星参加作战。美国的“大鸟”高分辨率侦察卫星,有两种功能:一是对地面目标进行拍照,再用回收仓以胶卷的形式送回地面;另一功能是以电视的形式将图象直接传输到地面,分辨率很高,为1米。前苏联也有类似的系统,与美国的技术水平相当。

工作原理

人造卫星的工作主要由轨道参数来确定。主要卫星轨道参数包括,近地点、远地点、周期和倾角。近地点和远地点限定卫星的轨道高度。卫星轨道高度又表明卫星的使命。60年代发射的核爆炸探测卫星的轨道高度为6万英里(地球至月球距离的四分之一),这样,卫星便可获得对地面观察的最大视界。通信卫星被置于22 300英里,即地球同步高度,这样,它可一直“固定”在地一地域的上空。。气象卫星的轨道高度为600-800英里,以求得对地面的大范围覆盖。而为了近距离观察,间谍卫星则采用100-300英里的轨道高度。近地点与远地点的差也表明卫星的任务,例如,典型的间谍卫星的近地点低至80英里,以便尽可能低地对地面进行观察。除了明显的特例,所有通信卫星都运行在22,300英里的轨道上,因为在那个高度上,它“每小时1.8万英里的速度绕地球一圈,所需的时间恰好等于地球自转的周期约24小时。如果卫星与赤道成一线运动,它将与地球同步,或称相对静止“固定”于地球上某一点的上空。明显的特例是苏联“闪电”卫星的轨道.只有当卫星运行在赤道上方,它才可能与地球同步,然而大部分地区处高纬度,落在赤道上空的同步卫星的视界之外。为其通信需要,苏联设计了远地点为2.5万英里、近地点为300英里的大椭圆轨道。卫星不与赤道成一线运动面是与赤道构成夹角,以使卫星在北半球飞越苏联,在南半球飞越南极洲。“闪电”的轨道周期是12小时。

GPS系统简介

包括三大部分:空间部分GPS卫星星座;地面控制部分地面监控系统;用户设备部分GPS信号接收机。

GPS卫星星座

由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座,记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道倾角为55度,各个轨道平面之间相距60度,即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度,一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

在两万公里高空的GPS卫星,当地球对恒星来说自转一周时,它们绕地球运行二周,即绕地球一周的时间为12恒星时。这样,对于地面观测者来说,每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同,最少可见到4颗,最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时,为了结算测站的三维坐标,必须观测4颗GPS卫星,称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时,甚至不能测得精确的点位坐标,这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的,并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。

地面监控系统

对于导航定位来说,GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历,是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作,以及卫星是否一直沿着预定轨道运行,都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间,求出钟差。然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

GPS信号接收机

GPS信号接收机的任务是:能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行,对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理,以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,位置,甚至三维速度和时间。

GPS卫星发送的导航定位信号,是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户,只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备,即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同,用户要求的GPS信号接收机也各有差异。世界上已有几十家工厂生产GPS接收机,产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。

静态定位中,GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变,接收机高精度地测量GPS信号的传播时间,利用GPS卫星在轨的已知位置,解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰,空中的飞机,行走的车辆等)。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动,接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包,构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说,两个单元一般分成两个独立的部件,观测时将天线单元安置在测站上,接收单元置于测站附近的适当地方,用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体,观测时将其安置在测站点上。

GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中,机内电池自动充电。关机后,机内电池为RAM存储器供电,以防止丢失数据。

近几年,国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时,其双频接收机精度可达5MM+1PPM.D,单频接收机在一定距离内精度可达10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。

各种类型的GPS接收机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测。GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

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)

是由绕月卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成。其中绕月卫星由中国空间技术研究院负责研制,被命名为嫦娥一号,选用东方红三号卫星平台,总重量2350千克,设计寿命一年;运载火箭由中国运载火箭技术研究院负责研制,选用长征三号甲,火箭全长52.52米,最大直径3.35米,运载能力为2600千克,已有10多次全胜发射记录;发射场系统由西昌卫星发射中心负责建设,选在西昌卫星发射中心,改建一系列的发射工位;测控系统由西安卫星测控中心和总装测通所负责建设,以我国现有的3频段航天测控网为主,辅以甚长基线干涉(VLBI)天文测量系统组成;地面应用系统由中科院空间科学与应用研究中心负责研制和建设,由数据接收、运行管理、数据预处理、数据管理、科学应用与研究五个分系统组成。

卫星系统设备

卫星系统中,各种设备按其功能上的不同,分为有效载荷及卫星平台两大部分。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

苏联

1957年10月4日,世界上第一个人造地球卫星由前苏联发射成功。这个卫星在离地面900公里的高空运行;它每转一整周的时间是1小时35分钟,它的运行轨道和赤道平面之间所形成的倾斜角是65度。它是一个球形体,直径58公分,重83.6公斤。内装两部不断放射无线电信号的无线电发报机。其频率分别为20.005和40.002兆赫(波长分别为15和7.5公尺左右)。信号采用电报讯号的形式,每个信号持续时间约0.3秒。间歇时间与此相同。苏联第一颗人造地球卫星的发射成功,揭开了人类向太空进军的序幕,大大激发了世界各国研制和发射卫星的热情。

美国

美国于1958年1月31日成功地发射了第一颗“探险者”-1号人造卫星。该卫星重8.22千克,锥顶圆柱形,高203.2厘米,直径15.2厘米,沿近地点360.4公里、远地点2531公里的椭圆轨道绕地球运行,轨道倾角33.34°,运行周期114.8分钟。发射“探险者’-1号的运载火箭是“丘辟特”℃四级运载火箭。

法国

法国于1965年11月26日成功地发射了第一颗“试验卫星”-1(A-l)号人造卫星。该行星重约42千克,运行周期108.61分钟,近地点526.24公里、远地点1808.85公里的椭圆轨道运行,轨道倾角34.24°。发射A-1卫星的运载火箭为“钻石”tA号三级火箭,其全长18.7米,直径1.4米,起飞重量约18吨。

日本

日本于1970年2月11日成功地发射了第一颗人造卫星“大隅”号。该星重约9.4公斤,轨道倾角31.07°,近地点339公里,远地点5138公里,运行周期144.2分钟。发射“大隅”号卫星的运载火箭为“兰达”-45四级固体火箭,火箭全长16.5米,直径0.74米,起飞重量9.4吨。第一级由主发动机和两个助推器组成,推力分别为37吨和26吨;第二级推力为11.8吨;第三、四级推力分别为6.5吨和1吨。

中国

1970年4月24日,我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方红”1号由“长征一号”运载火箭一次发射成功。该卫星直径约1米,重约173千克,运行轨道距地球最近点439公里,最远点2384公里,轨道平面和地球赤道平面的夹角68.5度,绕地球一周(运行周期)114分钟。卫星用20009兆周的频率,播送《东方红》乐曲。发射“东方红”1号卫星的远载火箭为“长征”1号三级运载火箭,火箭全长29,45米,直径2.25米,起飞重量81.6吨,发射推力112吨。“东方红”1号的发射,实现了毛泽东提出的“我们也要搞人造卫星”的号召。它是中国的科学之星,是中国工人阶级、解放军、知识分子共同为祖国做出的杰出贡献。

英国

英国于1971年10月28日成功地发射了第一颗人造卫星“普罗斯帕罗”号,该卫星重约66千克,轨道倾角82.1 °,近地点537公里,远地点1482公里,运行周期105.6分钟。发射地点位于澳大利亚的武默拉(Woomera)火箭发射场,运载火箭为英国的黑箭运载火箭.主要任务是试验各种技术新发明,例如试验一种新的遥测系统和太阳能电池组。它还携带微流星探测器,用以测量地球上层大气中这种宇宙尘高速粒子的密度。

其他

除上述国家外,加拿大、意大利、澳大利亚、德国、荷兰、西班牙、印度和印度尼西亚等也在准备自行发射或已经委托别国发射了人造卫星。

鑫诺二号卫星

鑫诺二号卫星的主要服务对象是我国大陆、港澳台地区的通信广播用户。该卫星使用我国正在研制的新一代大型静止轨道卫星公用平台,即东方红四号卫星平台,装载22路Ku频段大功率转发器,卫星寿命末期输出功率10500W,发射重量5100kg(东方红三号卫星为中等容量通信卫星,可装载有效载荷200公斤,整星功率1800瓦,可装载24路中校功率转发器),设计寿命15年,使用长征三号乙(CZ-3B)运载火箭由西昌卫星发射中心发射,整星指标和能力达到国际先进水平。

该平台由电源、测控、数据管理、姿态和轨道控制、推进、结构与机构、热控等分系统组成,全三轴稳定控制方式。该平台输出总功率为8000-10000瓦,并具有扩展至10000瓦以上的能力,能为有效载荷提供功率约6000-8000瓦。该平台可承载有效载荷重量600-800公斤,整星最大发射重量可达5200公斤,可采用长征三号乙、阿里安和质子号等运载火箭发射。该平台设计寿命15年。

北斗导航卫星

“北斗导航试验卫星”(Beidou)由CAST研制,并将自行建立第一代卫星导航定位系统“北斗导航系统”。

“北斗导航系统”是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统。这个系统建成后,主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航服务,对我国国民经济建设将起到积极推动作用。“北斗导航试验卫星"”的首次发射成功,为“北斗导航系统”的建设奠定了基础。

发射“北斗导航试验卫星”采用的是“长征三号甲” 运载火箭。这次发射是我国长征系列运载火箭第63次飞行。

中星22号

“中星22号”为实用型地球同步通信卫星,是“东方红三号”的后续星。卫星质量为2.3吨,设计使用寿命8年 ,主要用于地面通信业务,由中国通信广播卫星公司经营。

据了解,卫星进入转移轨道后,将在西安卫星测控中心和航天远洋测量船等测控网的跟踪控制下,定点于东经98度赤道上空。

风云二号

风云二号卫星(FY-2)是一个直径2.1m,高1.6m的圆柱体,包括天线在内卫星总高度为3.1m,重约600kg,卫星姿态为自旋稳定,自旋转速为100±1转/分钟,卫星设计寿命为3年。

卫星装有多通道扫描辐射计和云图转发等有效载荷,可获取有关可见光云图、昼夜红外和水汽云图;播发展宽数字图像、低分辨率云图和S波段天气图:获取气象、海洋、水文数据收集平台的观测数据;收集空间环境监测数据。卫星工作于东经105°E赤道上空,位置保持精度为东西±0.5°、南北±1°。

风云二号卫星由CAST和上海航天局共同研制生产的,CAST承担卫星控制、推进、转发、天线、测控及部分结构等分系统1997年6月10日20时,风云二号卫星用长征三号运载火箭发射升空,在卫星地面测控站、远望二号测量船的测控管理下,卫星完成了星箭分离、卫星起旋、远地点调姿、远地点发动机点火、二次解锁分离、准静止轨道漂移等工作,卫星于6月17日定点成功。

风云二号卫星继承东方红二号甲卫星自旋稳定模式基础上,采用了多通道扫描辐射计、三通道微波传输、章动控制等一些新技术。卫星主要性能指标达到了国际90年代初期同类静止气象卫星的水平。风云二号气象卫星是空间技术、遥感技术、通信技术和计算机技术等高技术相结合的产物,它定向覆盖、连续遥感地球表面与大气分布,具有实时性强、时间分辨率高、客观性和生动性等优点。

风云一号

风云一号(FY-1)是中国的极轨气象卫星系列,共发射了3颗,即FY-1A,1B,1C。

FY-1A,1B分别于1988年9月和1990年9月发射,是试验型气象卫星。这两颗卫星上装载的遥感器成像性能良好,获取的试验数据和运行经验为后续卫星的研制和管理提供了有意义的数据。

FY-1C于1999年5月10日发射,运行于901千米的太阳同步极轨道,卫星设计寿命3年。卫星的主要遥感器是甚高分辨率可见光-红外扫描仪,通道数由FY-1A/B的5个增加到10个,分辨率为1100米。

卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测.

东方红一号

1970年4月24日21时35分,东方红一号卫星(DFH-1)在甘肃酒泉东风靶场一举成功,由此开创了中国航天史的新纪元,使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。

卫星采用自旋稳定方式。电子乐音发生器是全星的核心部分,它通过20MHz短波发射系统反复向地面播送“东方红”乐曲的前八小节。

东方红二号

东方红二号(DFH-2)于1984年4月8日首次发射成功。共研制和发射3颗东方红二号卫星,从1970年开始研制到每三颗星发射,经历了近16年。“东方红二号”的发射成功,开始了用我国自己的通信卫星进行卫星通信的历史。

东方红二号甲

东方红二号甲是东方红二号卫星的改型星,其预研工作开始开1980年。

第一颗东方红二号甲卫星于1988年3月7日发射成功,不久相继成功发射了第二颗和第三颗星,它们分别定点于东经87.5°、110.5°、98°;第四颗星由于运载火箭第三级故障而未能进入预定轨道。

几年来,3颗卫星工作情况良好,达到了设计使用指标,在我国电视传输、卫星通信及对外广播中发挥了巨大作用。

东方红三号卫星

东方红三号卫星(DFH-3)是中国新一代通信卫星,主要用于电视传输、电话、电报、传真、广播和数据传输等业务。

星上有24路C频段转发器,其中6路为中功率转发器;其它18路为低功率转发器。服务区域包括:中国大陆、海南、台湾及近海岛屿。中功率通道的EIRP≥37dbW,低功率通道的EIRP≥33.5dbW。在地影期间,全部转发器工作。卫星寿命末期输出功率≥1700W:卫星允许的有效载荷质量达170kg。

卫星工作于地球静止轨道,位置保持精度,东西和南北均为±0.1°;天线指向误差为:俯仰和滚动均为±0.15°,偏航为±O.5°。卫星工作寿命8年,寿命末期单星可靠度为0.66。

卫星可与多种运载火箭相接口(ZC-3A、ARIANE-4等),卫星平台采用地球静止轨道卫星的公用平台(基本型),可作为中型的多种应用目的。

东方红三号卫星具有国际同类卫星(中型容量)的先进水平。

实践一号卫星

实践一号卫星(SJ-1)是科学探测和技术试验卫星。于1977年3月3日发射入轨,1979年5月11日卫星轨道寿命结束,星上长期工作的遥测系统一直清晰地向地面发回遥测信息。

实践一号是一颗自旋稳定的卫星,只经历不到10个月的时间就成功发射升空。

资源一号卫星

资源一号卫星(ZY-1)是地球资源卫星,是我国第一代传输型地球资源卫星。1988年中国和巴西两国政府联合签定议定书,决定在资源一号卫星的基础上,由中巴双方共同投资,联合研制中巴地球资源卫星(简称CBERS)。

资源一号主要用来监测国土资源变化;估计森林蓄积量,农作物长势,快速查清洪涝、地震的估计损失,提出对策;对沿海经济开发,滩涂利用,水产养殖,环境污染等提供动态情报;同时勘探地下资源,使之合理开发、使用等。资源一号卫星重1450公斤,寿命两年。运行轨道为太阳同步轨道,轨道高778公里、倾角98.5度,轨道周期100.26分钟,回归周期26天,降交点地方时11:20。卫星为长方体,单翼太阳帆板。卫星采用三轴稳定的姿控方式和S波段及超短波测控体制。

资源一号卫星已于1999年10月14日用长征四号乙运载火箭发射成功。

中巴资源卫星

中巴地球资源卫星(CBERS)在中国资源一号原方案基础上,由中、巴两国共同投资,联合研制中巴地球资源卫星(代号CBERS)。并规定CBERS投入运行后,由两国共同使用。

资源一号卫星是我国第一代传输型地球资源卫星,星上三种遥感相机可昼夜观察地球,利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站,经加工、处理成各种所需的图片,供各类用户使用。

由于其多光谱观察、对地观察范围大、数据信息收集快,特别有利于动态和快速观察地球地面信息。

由于卫星设置多光谱观察、对地观察范围大、数据信息收集快,并宏观、直观,因此,特别有利于动态和快速观察地球地面信息。

该卫星在我国国民经济的主要用途是;其图像产品可用来监测国土资源的变化,每年更新全国利用图;测量耕地面积,估计森林蓄积量,农作物长势、产量和草场载蓄量及每年变化;监测自然和人为灾害;快速查清洪涝、地震、林火和风沙等破坏情况,估计损失,提出对策;对沿海经济开发、滩涂利用、水产养殖、环境污染提供动态情报;同时勘探地下资源、圈定黄金、石油、煤炭和建材等资源区,监督资源的合理开发。

嫦娥一号卫星

嫦娥一号”(Chang'E1)是中国自主研制、发射的第一个月球探测器。中国月球探测工程嫦娥一号月球探测卫星由中国空间技术研究院承担研制,以中国古代神话人物嫦娥命名,嫦娥奔月是一个在中国流传的古老的神话故事。嫦娥一号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。整个“奔月”过程大概需要8-9天。嫦娥一号将运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。嫦娥一号工作寿命1年,计划绕月飞行一年。执行任务后将不再返回地球。嫦娥一号发射成功,中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。

天链一号卫星

“天链一号”卫星,是中国首次发射的数据中继卫星,由中国空间技术研究院为主研制,采用成熟的“东方红三号”通用平台并突破多项关键技术,其发射成功填补了中国中继卫星领域的空白。

其任务是为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务,极大地提高各类卫星使用效益和应急能力,能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传,为应对重大自然灾害赢得更多预警时间,因此,它被称为“卫星中的卫星”。

众所周知,GPS系统是美国的国防导航卫星系统,也为民用导航。俄罗斯的GLONASS与GPS相似,都是由空间部分、地面监控部分和用户接收机部分组成,都是使用24颗高度约2万千米左右的卫星组成卫星星座。GPS分布在6个轨道平面上,每个轨道平面4颗,GLONASS分布在3个轨道平面上,每个轨道平面有8颗卫星。卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,由此获得高精度的三维定位数据。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS定位精度可达15米,测速精度0.1米/秒;GLONASS导航定位精度较低,约为30100米,测速精度0.15米/秒。这两个系统都是为全球范围内的飞机、舰船、坦克、地面车辆、步兵、导弹以及航天飞机等提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和精确时间,因此,具有极高的军用价值和民用前景。

风云三号卫星

2008年5月27日于山西太原卫星发射中心发射升空,风云三号是我国首颗新一代极轨气象卫星,装备了可监测地球大气和气候的三维传感器,可在全球范围内实施全天候预报。风云三号安装有可见光红外扫描辐射仪、红外分光计、微波温度计、微波成像仪等10余种具有国际先进水平的探测仪器,探测性能比仅有可见光一种手段的第一代极轨气象卫星风云一号有质的提高,可在全球范围内实施三维、全天候、多光谱、定量探测,获取地表、海洋及空间环境等参数,实现中期数值预报。

风云三号实现的跨越有四个方面:

一是从单一光学观测发展到10余种先进仪器的综合探测,不仅能够获取云图,还能够通过光谱的层析,把整个大气层从高到低每个高度温度变化情况繁衍出来。

二是解决了云的遮挡问题。传统光学探测遇到云层时探测效果大打折扣,而风云三号能够对云的内部和云下的地面有清晰准确把握。

三是分辨率和灵敏度上的突破。风云三号一帧扫描的幅宽高达数千公里,而在这样一幅巨大的照片上,地面分辨率达到百米量级。星上仪器最高探测灵敏度达到0.1K,这意味着在距地面807公里高空的卫星,对地表温度0.1℃的微小变化都可以准确感觉到。

四是使卫星数据传输的实时性大大提高。卫星每101分钟绕地球飞行一圈,每圈都经过两极。通过在北极附近向瑞典租用的地面站,可使卫星至少每101分钟就向地面传回一次数据,数据传输的实时性大大提高。

废旧卫星一般指燃料用尽的卫星,这样的卫星将不受人为控制。

一般在燃料用尽之有做以下处理:

1.成为太空垃圾,自由飞行

2.人为引导到安全轨道

3.人为引导落入太平洋(卫星坟墓)

4.自由下落

众所周知,地球的大气和海洋正因堆积如山的垃圾而遭受严重污染。而欧洲航天局地面控制中心公布的电脑模拟图像显示,“太空垃圾”已经让地球上空成了一个垃圾场。

50年将太空变成垃圾场

按照火箭科学家专业的说法,它们被称为“轨道碎片”,不过一般人都将其称为“太空垃圾”。

如今,太空垃圾日益成为人类面临的一个难题。我们51年前将第一个航天器发射到太空苏联第一颗人造卫星。半个世纪过去了,我们已经将太空变成了一个垃圾场,里面充斥着无数的碎片。在这里,数百颗卫星、一个国际空间站、一个太空望远镜、大量行星间探测器正在运行。

航天器会掉落大气层化为灰烬,但这一过程通常需要几个月时间。还有数百万太空碎片在距地面2万英里的地球静止轨道周围徘徊,始终不散去。

构成这些碎片的包括废弃的航天器和报废卫星,火箭外包装,碰撞和对接期间产生的金属片,螺母和螺栓,不慎丢弃的工具,以及从载人飞船上扔下的宇航员排泄物。俄罗斯“和平”号空间站虽为人类太空探索作出过重大贡献,但也在运行过程中产生了200多包垃圾。

1994年,“飞马座”无人火箭爆炸,瞬间化为30万件直径超过八分之一英寸的碎片。

“发生惨剧只是时间问题”

如今,美宇航局和其他机构逐渐地将部分太空垃圾编成目录。太空垃圾之所以受到如此重视,是因为它们严重威胁着宇航员和航天器安全。一小块涂料在太空的飞行速度能达到时速数万英里,一旦撞到国际空间站上,它们能轻而易举在空间站外壳留下凹痕,甚至能撞裂玻璃。

幸运的是,现代航天器装备有防护屏,能够使直径达到半英寸的物体撞击方向发生偏转。

此外,太空无比浩瀚,这些太空垃圾之间的空间很大,撞击的可能性微乎其微。 但是,专家仍指出这种惨剧的发生只是时间的问题。悲哀的是,清除太空垃圾远比清除地球上的垃圾困难得多。

第一个被卫星碎片砸伤的人《切尼斯中国纪录大全》记载,中国第一个被卫星碎片砸伤的人叫吴杰。

世界之大无奇不有。人被卫星碎片砸伤的几率是亿万分之一,这么小的几率竟然叫吴杰碰上了。

2002年10月27日上午11时,陕西省丹凤县竹村关镇阳河村的吴杰在院外玩耍,不幸被从天而降的卫星碎片砸昏在地,小脚趾骨折。村民们也在不同地方见到了19块从天上落下的金属碎片。砸伤他的是卫星升入轨道后脱落的金属外壳。

科学家通过美国国家航空航天局宇宙飞船传回的最新数据显示,太阳在环绕银河系公转的速度比原先认为的要慢。发现这个现象的宇宙飞船为目前正在地球轨道上运行的星际边界探索者(IBEX)卫星,监测到星际粒子进入太阳系边缘的速度,距离太阳9亿英里左右,大约为14.5亿英里 [3]

研究人员将最新的数据入录到计算机模型中,星际边界探索者宇宙飞船的科学家团队计算出太阳的绕银河系中央的运行速度为52万英里每小时,大约为83.7万公里每小时,与此前预计的每小时运行速度值低了大约7000英里

这一发现表明我们的太阳系被一层保护性边界从缺少弓形激波层的宇宙空间环境中分离出来,而弓形激波层是太阳系风层最靠外的边界层,是太阳系环绕银河系中心运动引起星际介质扰动的现象,在弓形激波层的帮助下,构建了阻止太阳系之外的宇宙射线涌入太阳系内的第一道防线。而太阳也不断地向各个方向发出带电粒子,形成了能覆盖太阳系各大行星的日球层,太阳风还可产生一个恒星的压强,以确定太阳系的边界范围。

科学家认为太阳系在围绕银河系公转的过程如同一艘船在水中前进,所谓的弓形激波层顾名思义便是在太阳风形成的压强为太阳系“吹起”了一层保护膜,在星际空间中穿行时速度方向上形成的新月形的冲击波,而被称为“太阳系的鼻子”的部分则位于天蝎座方向。但是这项发现也意味着太阳系当前的移动速度较为缓慢,来自日球层的太阳风压力低于此前预期的25%,因此科学家认为在太阳系运动方向的前端不足以形成新月形的弓形激波。


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