人造卫星是围绕地球和其他行星旋转的人类建造的物体。人造卫星用于研究地球和其他行星,为人类服务,探索未知的遥远宇宙。
太空中的地球-宇宙为太阳创造的卫星
宇宙是否有尽头是一个悬而未决的科学问题,人类所在的银河系只是广阔宇宙中的一点。离地球最近的恒星太阳只是银河系数千颗恒星中的一颗。地球绕太阳绕九条椭圆轨道公转”卫星”之一。几百年前,像约翰尼斯·开普勒和艾萨克·牛顿这样的科学家发现了控制太阳行星运动的规则,称为天体力学。
现在这九颗太阳行星所描述的轨道已经被人们非常准确地理解,形成了一个非常有组织和迷人的”机器”。这些精度”机器”描述它们的相对运动被称为重力。行星离太阳越近,重力越强,沿着它的轨道行驶越快,不会落在太阳上。
相反,许多行星周围有一颗或多颗人造卫星。例如,地球上有一颗自然卫星,也就是月球。那么如何定义卫星呢?卫星基本上是任何绕行星旋转的圆形或椭圆形路径,它只是一个绕另一个轨道运行的物体,重力为轨道运动提供粘合剂,卫星有两种:自然卫星(如地球轨道月球、太阳轨道地球)或人造卫星(如地球轨道国际空间站)。
人造卫星的过去——超级大国之间太空竞赛的产物,极大地促进了航天技术的快速发展
人造卫星是指人类利用火箭将人造设备放置在其他行星的轨道上,定制围绕目标行星旋转的人造机器,以实现其预期功能。通过对天体力学的准确理解和对月球等自然卫星运动的仔细观察,科学家可以制造人造卫星并将其发送到太空。大多数人造卫星都在地球上飞行。发射了几颗卫星来探索我们太阳系的其他行星。人造卫星也是一个系统工程,通常包括以下子系统:
总线-这是卫星的框架和结构,所有其他部分都与之相连;
一个电源——大多数卫星都有太阳能电池板发电。当卫星在地球阴影下时,电池会储存这种能量;
热控制系统-卫星暴露在极高的温度下,因为它暴露在阳光下。需要一种反射和辐射热量的方法。卫星的电气元件也会产生大量的热量;
计算机系统-卫星需要计算机控制其运行模式,并监控高度、方向和温度等信息;
通信系统-所有卫星必须能够向地球上的地面站或其他卫星发送和接收数据;
姿态控制系统——这是一个使卫星指向正确方向的系统。陀螺仪和火箭推进器通常用于改变方向。光传感器通常用于确定卫星的方向;
推进系统-卫星上的火箭发动机可以用来帮助将卫星放置在正确的轨道上。一旦进入轨道,卫星就不需要任何火箭来保持它们的运动。然而,如果卫星需要稍微改变轨道,使用一个叫做推进器的小火箭。
人造卫星直到20世纪中叶才成为现实,起源于超级大国美国和前苏联的军事竞赛——太空竞赛,是指美国和前苏联在20世纪争夺太空实力最高地位的竞争。前苏联和美国之间的航空航天大赛在冷战期间(1946-91年)处于高潮。为了发射人造卫星,探测金星、火星和月球的天体,太空竞赛催生了开创性的努力。
比赛始于1955年8月2日,前苏联回应了四天前美国宣布发射人造卫星的意图。1957年10月4日,苏联成功发射了第一颗人造卫星-”人造卫星1″,它是一个直径58厘米的抛光金属球,没有科学仪器,但有四个外部无线电天线,可以在地球上广播简单的无线电脉冲。
美国第一颗卫星探索者1号,也是第一颗携带科学仪器的卫星,于1958年1月31日成功发射,质量仅为13公斤。人造卫星1和探索者1已经成为美国和苏联之间太空竞争的开场镜头。
1961年4月12日”沃斯托克;苏联军事飞行员和宇航员尤里·阿列克谢维奇·加加林首次绕地球飞行。他成为了第一个飞进太空的人。
然而,1969年7月20日,美国阿波罗 11 美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林成为第一个登上月球的人。
直到1975年7月17日,阿波罗与联盟号飞船实现了太空对接,人类第一次在太空相遇,两位宇航员握手和平,太空比赛才正式结束。
地球周围的卫星是如何分布的?
根据其任务将人造卫星发射到不同的轨道上,通常有三种主要的轨道类型:对地静止轨道(GEO)GEO是距地球表面3.6万公里最常见的轨道之一。在这里,人造卫星绕地球运行需要24小时,这与地球绕轴旋转所需的时间相同。这样,卫星就可以位于地球上的同一位置。它们看起来在天空中静止不动,可以进行通信和电视广播;中地球轨道(MEO)。轨道高度在地球上方2000至36000公里之间,轨道时间为12小时;低地球轨道(LEO),位于地球上方约160-2000公里,轨道时间约90分钟,卫星可能只位于地球上方的数百公里(如埃隆·马斯克的星链计划,都是地轨卫星),卫星位于地球大气层之外,但是它仍然足够接近,以至于它可以从太空成像或促进行星表面的通信。
强大的火箭用于将人造卫星送入太空。如果火箭的发射速度太低,卫星就会落在地球上,因为地球对卫星的重力太高,无法克服。另一方面,如果发射速度太高,卫星将不受地球重力的限制,它将逃离外太空。因此,火箭根据不同的需要配置不同的推力,将人造卫星送入相应的轨道。卫星的轨道高度决定了它在轨道上的停留时间。大多数低轨道卫星位于地球大气层以上,但它们仍然受到大气的干扰。它们的轨道最终会衰减并落回大气层(这就是为什么地柜人造卫星需要每隔一段时间再次发射和补充)。其他绕高轨道运行的卫星可能已经存在了数百万年。
现在太空中有多少颗人造卫星?
太空比赛结束后,所有国家都发现了卫星的重要价值。数十个国家发射了大量的人造卫星。目前,有3000多个航天器在地球周围飞行。据估计,有8000多个太空垃圾。当然,废弃的卫星或碎片也在地球周围旋转。截至2019年3月31日,国家划分的在轨卫星数量。
人造卫星与地球之间的通信模式
我们需要以某种形式与卫星通信,以发送命令并检索它们在地球周围运行时获得的信息。虽然它们以不同的方式传达信息,但使用的基本字母由无线电波组成,无线电波与广播电视和广播节目中使用的无线电波类型完全相同。无线电波通信的一个好原因是它们不受天气条件的影响。在白天或晚上,它们可以在完全晴朗的一天或暴风雪中发送和接收。
人造卫星的主要用途是什么?
人造卫星似乎离我们很远,但它们经常影响我们的生活,但我们没有意识到它们使我们更安全,提供现代便利,实现我们以前无法想象的服务,并探索未知。现在人造卫星有多种用途,有些卫星只能实现一个目的,而另一些卫星可以同时实现多种功能。卫星的多种用途的一些例子是:
(1) 气象观测
气象卫星可以帮助气象学家预测天气或了解当前情况。典型的气象卫星包括TIROS、COSMOS和GOES卫星。这颗卫星通常包含可以返回地球的照片天气的相机。
(2) 军事应用
由于军事目的是人造卫星的最初目的,采用高科技电子和先进的摄影设备侦察技术进行情报收集,主要功能包括中继加密通信、核监控、观察敌人行动、导弹发射预警、窃听地面无线电链路、雷达成像、摄影等。更著名的是:美国间谍卫星计划;长曲棍球萨摩斯·夸萨;俄罗斯苏维埃、宇宙、阿尔玛斯等。
(3) 科学研究
天文卫星携带可见光、X射线或伽玛射线等仪器,如Spitzer望远镜(红外)、哈勃(可见光)和钱德拉(伽玛射线),用于研究地球变化和未知宇宙。
(4) 导航测绘
提供全球定位导航服务、地球物理研究、遥感测绘等功能。其中,全球定位导航服务是美国GPS、中国北斗、俄罗斯GLONAS等使用最广泛的卫星功能。
(5) 地球观测
地球观测可以观察到行星从温度到森林到冰覆盖的所有变化,从而实现绘图、遥感、森林覆盖、海洋调查、地球温度、气候和环境监测、环境污染和城市发展的研究。
(6) 通信卫星
地球上的无线电通信站使用卫星作为中继通信,可用于电视、电话、广播、互联网等。
(7)国际空间站
国际空间站是轨道上最大的卫星。自1998年以来,16个国家不断为其提供金融和物质基础设施,直到2011年竣工投入使用。国际空间站主要由美国国家航空航天局组成(NASA)、俄罗斯国家航天集团(Roscosmos)、欧洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研发机构(JAXA)和加拿大空间局(CSA)共同运营。
因为其他国家不带我们去玩,所以我们不要求任何人来建造自己的国际空间站!随着5月5日长征5日第一次飞行的成功,中国空间站建设的飞行任务已经拉开帷幕,预计中国自己的空间站将于2025年前完成。
写在最后
人造卫星是人类摆脱地球束缚,探索神秘宇宙的创举。宇宙未知太多,太空机会广泛。从过去的广播通信到现在的6G天地一体化通信,卫星正在改变世界的外观。未来,以小卫星为代表的小型航天器已成为航天领域的重要发展趋势,与卫星通信、卫星导航、卫星遥感等应用场景紧密结合。《纽约时报》正在发展,技术正在发生变化,探索如何更好地利用空间和卫星技术,为人类的福祉是一项长期的工作。我相信在不久的将来,人造卫星会给我们带来更多的惊喜。