衛星:人類的左膀右臂

人類使用的手機、接收的電視信號都是由衛星完成的,衛星已經成為人類生活中不能缺少的高科技發明,是人類不能缺少的“千里眼”和“順風耳”。

用途廣泛的人造衛星

無人航天器能在軌道上運行一圈的,科學家簡稱為人造衛星。人造衛星的優勢是站得高,看得遠,是人類不能缺少的“千里眼”和“順風耳”。根據用途衛星可分成幾大類:資源衛星、氣象衛星、偵察衛星、海洋衛星等。

像天文衛星和空間探測衛星等屬於遙感衛星;像技術試驗衛星、科學實驗衛星等屬於通信衛星。天文衛星觀測遙遠天體,比地面上看到的清晰,因為它在地球大氣層以外,不受大氣的影響和干擾。氣象衛星和人們生活相關,主要用於觀察大氣、雲團的分佈情況和運動規律等。海洋衛星用於觀察海洋中的島嶼、汙染、潮汐、魚群等信息。資源衛星主要用於城市規劃、資源普查、防災減災,觀察陸地上的河流、沙漠、森林、農田、村莊、城市等信息。遙感衛星的作用在大地震中觀測、評估災情。軍事偵察衛星主要用於偵察對方軍事目標,觀測戰場或敵情等。與地面通信相比,通信衛星以覆蓋面積廣,通信容量大、可靠性強、通信距離遠、靈活性好、成本低等佔優勢。

通信衛星的軌道是靜止不變的,,始終停留在地球赤道上空的某一位置。在圖文傳真、語音廣播、傳輸電話、視頻會議、電報、電視、報紙、時標、數據等廣泛使用。以中國發射已經開始使用的天通一號衛星為例,就可以實現傳輸電話的功能,並且天通一號衛星電話已經開始民用普及。

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軍事、國際和國內等也利用通信衛星開展通信業務,像衛星對衛星的通信、區域性通信也已進入相當成熟的應用階段。有很濃軍事色彩的是衛星通信技術,它在戰術通信、戰略通信中佔有絕對的優勢。軌道上的人造衛星也可以像地面無線電導航臺一樣,全天導航,只需要把它設成主動發射信號的平臺。導航衛星能發出穩定的無線電波,水下的潛艇和海上的船隻只要接收到這種無線電波,就能確定目前的位置。衛星導航可以覆蓋全球,是衛星導航史上重大的技術突破,導航精度高,可以進行全天時、全天候導航。

太空環境與地球上的環境迥然不同,人造衛星可以利用微重力高輻射的特殊環境進行生物育種等科學實驗。人造衛星還可用於導彈預警、戰場監視、安全等任務。

衛星是如何按預定軌道運行的?

人造衛星不能像載人飛船那樣,飛行軌道由航天員操縱控制,它是無人航天器,只有靠自動控制或者跟蹤遙控的方式,讓它按預定的軌道運行。

要想達到預定目的,首先要精確地送入預定的軌道,此時的運載火箭就擔任了最高任務,要使人造衛星獲得較高的速度,靠慣性飛行。同時要掌握好火箭和衛星分離,在進入軌道那一瞬間的方向和速度。運載火箭的推力決定了人造衛星的大小。各種衛星的運行軌道高度因為功能和用途的不同存在很大差別,火箭要精準地把衛星發射到或高或低的軌道。比如:當衛星在250千米高的軌道運行,和軌道高度誤差不能超過10千米,這就要求進入軌道的衛星角度誤差小於2.3,速度誤差小於2/10000。

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當火箭與衛星分離時的飛行方向也是人造衛星進入軌道的方向。它們分離後,受地心引力和慣性作用衛星會按一定的軌道繼續運行。地面要想知道衛星是否沿預定的軌道飛行,只要通過衛星的跟蹤測軌的系統就可以知道了。

測量跟蹤衛星常用方法有兩種:光學方式測量,在地面利用光學經緯儀、激光測距儀、高速攝影機、電影經緯儀和望遠鏡等光學儀器對衛星實施跟蹤測量。這種方法只是記錄、觀測衛星的運動情況,不需要衛星的配合。這種方法現在很少使用,因為光學測量會受到衛星表面反射特徵和衛星的大小、天氣好壞的限制,不利於隨時觀測或者觀測不到位。

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無線電信號進行跟蹤導航,要想在地面跟蹤衛星,首先要利用接收到的衛星發出的無線電信號,用多普勒頻率變化和延遲時間,確定衛星相對於地面的速度和距離。根據這些數據能計算出衛星預定軌道與實際軌道的偏差、位置和飛行速度,從而引導衛星沿著正確的軌道飛行。

無線電波可以實現全天候跟蹤測量,不受天氣影響,進行遠距離定位。雖然發射前就設計好人造衛星的理論軌道,但衛星上天后的理論軌道和實際軌道有偏差。所以,當火箭與衛星分離進入軌道時,要及時跟蹤測量,並根據掌握的衛星軌道參數,整個的運行軌道都要計算出來,使衛星進入預定軌道運行。這一切是通過調整衛星軌道的推進系統與導航系統完成的。

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