人造卫星的分类组成与功能

人造卫星的分类组成与功能
卫星的分类与组成
从人类发射第一颗人造卫星以来，迄今已有170多个国家和地区开拓了卫星应用，发展速度令人吃惊。

1957年全世界只有2颗卫星上天，1958年达到8颗，1959年14颗，1960年35颗，到1960年后，每年发射的卫星都在100颗以上。

截止1996年，世界各国发射的卫星总数为4000颗左右，其中绝大多数已停止工作或坠入大气层而被烧毁，仍留在轨道上继续工作的卫星虽然为数不多，但名目繁多，按运行轨道分，有低轨道卫星、中高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星等。

按用途分，可分为科学卫星类、技术试验卫星类和应用卫星类等三大类。

其中每一类又可按具体的用途范围再进行分类，如用于科学探测研究的卫星有空间物理探测卫星和天文卫星等；大家比较熟悉的直接为国民经济、军事和文化教育服务的应用卫星有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星、侦察卫星等。

上述各式各样的卫星，不仅用途不同，其外形也呈现出千姿百态，有球形、锥形、圆柱形，有的伸出长长的“触角”，有的则张着庞大的“翅膀”；有的像翩翩起舞的蝴蝶，有的又像戴在帝王头上的“皇冠”。

卫星外形这样奇形怪状，这并非是科学家随心所欲之作，而主要是根据卫星肩负的使命，对卫星有效容积、姿态控制特征、能源要求和运载火箭大小等因素进行综合考虑后确定的。

卫星的外形虽然复杂，执行的任务也各不相同，但不论什么卫星，其基本组成通常都是由专用系统和通用系统两大部分构成。

专用系统的组成将视卫星担负的任务而定，如通信卫星有无线电接收和转发设备等通信专用系统，侦察卫星必须有高空照相机、可见光和红外扫描辐射仪等遥感设备，科学探测卫星必须装有相应的探测仪器等。

照明发电类卫星则必须有太阳光反射与接收等聚能转换系统等。

而通用系统则是各类卫星都不可缺少的组成部分。

通常包括结构、温度控制、姿态控制、无线电遥测、遥控、跟踪和能源等分系统。

卫星的主要功能
40年来，各类应用卫星在国民经济各部门得到越来越广泛的应用。

如利用卫星在太空中占有高远的位置，能大幅度覆盖地面的这一特点，人们就可利用具
有通信功能的卫星在太空中作为中继站，通过卫星上的天线，把地面上很远的地方的电视信号接收下来，经过放大，再通过卫星的转发器向地面发送，就可实现遥远的异地通信电视传播。

我们现在看到的卫星转播节目就是这样进行的。

利用卫星进行通信、广播、教育、数据传输，这是卫星应用的一大领域。

除此之外，卫星在侦察导航、气象预报、资源调查、交通指挥、防盗报警、测量救援、环境监测、森林防火、虫害防治以及农作物预测等方面的应用，正在改变着人类的生产方式和生活方式，大大促进了人类文明和社会的进步。

概括起来，卫星的功能主要有“千里眼，顺风耳”的通信功能，巡天遥看的遥感功能、能量巨大的发电功能和闪闪发光的照明功能。

（1）千里眼顺风耳的通信功能。

利用通信功能的通信类卫星主要有通信广播卫星、导航卫星、救援卫星、跟踪与数据中继卫星和电子侦察卫星等。

除广泛用于通信、广播、教育、导航、救援和侦察等领域外，还可用于防盗报警、交通指挥调度、放牧和野生动物的跟踪保护等。

通信卫星相对于地面通信的优势在于居高临下。

只要在距地面35 786公里的高空等距离定位三颗通信卫星，它们的通信传输能力就可覆盖全球的各个角落，实现全球通信。

导航卫星实际上就是一个设置在天上的无线电导航台。

导航卫星发出的无线电波基本上是垂直地穿越大气层，穿越的路线短，受电离层的干扰影响也较小。

由18颗卫星组成的“全球定位系统”，可以为地球上任何地点的用户，在任何时间确定所在的地理经纬度和高度。

不仅能为海洋上航行的船只、空中飞行的飞机、陆地上行驶的车辆以及勘察和探险人员导航定位（定位精度可达5～10米），而且可使登山探险、沙漠考察、地质勘探以及海空航行中的遇难人员，能及时得到卫星的救援。

跟踪和数据中继卫星，主要用于对与地面暂时无法直接勾通联系的航天器进行跟踪，并及时交互传递航天器与地面之间的数据通信。

电子侦察卫星的主要任务，一是侦察敌方雷达的位置、使用频率等性能参数，为战略轰炸机、弹道导弹的突防和实施电子干扰提供数据；二是探测敌方军用电台和发信设施的位置，以便于窃听和实施破坏；三是用于截获对方导弹试验时发出的遥测信号，以掌握其发展动态。

电子侦察卫星上通常装有侦察接收机和磁记录器等，当卫星飞经敌方上空时，截获敌方电台、雷达等各种频率的无线电波信号，待卫星飞经本国地面站上空时，即以快速通信的方式，将截获的频率信号传回地面，据此以确定敌方雷达、电台等的性能参数和位置经纬度等情报数据。

实践表明，侦察卫星是作战条件下获取有价值军事情报的一种重要手段。

（2）巡天遥看的遥感功能。

利用遥感功能的遥感类卫星主要有气象卫星、地球资源探测卫星、环境监测卫星、照相侦察卫星等。

遥感类卫星用于对地面进行探测和观察的主要遥感设备有可见光照相机、多光谱照相机、红外照相机、电视摄像机和各种雷达装置等。

这些遥感设备各有其独到的本领，如一只千里神眼，凭借其高空俯视和不受地形地物遮拦的优势，对地球表面、大气层变化、甚至穿过水面和沙层，对水下和沙漠下的情况进行探测，然后用数据或胶片记录等形式，将遥测结果发送地面处理。

气象卫星相当于一个无人高空气象站，上面装有各种气象观测仪器、电视摄像机和图像传输设备等，用于观测全球范围的气象变化，拍摄全球范围的云层覆盖图并自动传输到地面。

地面判读人员根据从卫星获取的云图、气温、风速等气象资料进行综合分析，就可准确地预报天气。

地球资源卫星利用装备在卫星上的可见光、红外谱段、微波谱段、多光谱系统以及激光等观测仪器，利用空间的高远位置，不受昼夜、云雨、冰雪和沙层的影响，能很方便地观测到农作物的长势，探测出地下的地貌构造和矿藏资源，测量土地面积等。

通过遥感卫星获取的遥感信息，可用于绘制地质图、植被图、土地利用图、牧场面积分布图等各种地图，具有快速、大范围、定期和综合观测等特点。

环境监测卫星利用星上遥感仪器所取得的数据，可探测海洋污染，调查污染的来源、分布范围、扩散途程和污染程度等。

照相侦察卫星的主要遥感设备是可见光照相机，分为全景扫描的广角相机和画幅式的较窄视场相机两种，前者适合于普查，后者多用以执行详查任务。

所拍的照片可装入回收舱直接送回地面，也可用无线电传输。

（3）能量巨大的发电功能。

利用发电功能的发电卫星，即我们通常所说的太空电站。

定位于地球同步轨道上的太空电站有一个面积很大的太阳光收集器，受阳光照射的时间，可达全年的99％，太阳光又不受大气吸收等损失，效率比地面的太阳能电站要高5～10倍。

在太空电站上，先将太阳光通过太阳能电池阵直接转换成电能，然后再转换成微波或激光发送到地面。

用微波发送时，因微波穿过大气和云层时不被吸收和反射，能量损失很小，但地面必须有大面积的接收设备。

美国打算到2025年，在太空组建约100座太阳能电站，提供美国约30％的电力。

针对美国的这一太空电站计划，日本提出一个称之为太阳电池发电超导电缆联网的全球供电网络计划，设想在适当地方建立若干座太阳能发电站，再用超导电缆把这些电站联起来，这样不论刮风下雨，还是白天午夜，均可保证全球供电不断。

（4）闪闪发光的照明功能。

利用照明功能的照明卫星，就是通常说的“人造小月亮”或“人造小太阳”。

所谓“人造小月亮”，就是在地球静止轨道上配置一颗由直径几百米的十几块反射镜组成的人造卫星。

反射镜面用镀铝涤纶薄膜等材料制成，能100％反射太阳光，在夜间把太阳光反射到地面，其亮度可达满月的10倍左右。

由于反射到地面的光，同月光一样均为“冷光”，故称“人造小月亮”。

1993年2月4日，俄罗斯利用“进步M15号”货运飞船，成功地进行了人类历史上首次“人造小月亮”试验。

这一天，俄罗斯“和平号”空间站正沿着预定轨道在太空中漂浮。

在它的一个接口上，驳靠着“进步号”货运飞船。

北京时间2月4日下午一时许，“进步号”在地面人员操纵下，先飞离“和平号”150米远的地方，这时飞船以每秒570度的速率旋转。

借助旋转产生的离心力，安装在飞船顶部的“太空伞”徐徐展开，逐步在太空形成直径达20米闪闪发光的圆形反射镜。

反射镜在飞船产生的离心力作用下，处于持续张开状态。

随着时间的推移，当“进步号”飞入背向太阳的一面时，只有在圣经故事或幻想小说中才会出现的奇景发生了：一道宽达4公里、亮度相当2～3倍满月的光带，持续6分钟扫过欧洲好几个国家，里昂、日内瓦、伯尔尼和慕尼黑等著名城市都见到了这种十分壮观的景象（图5－4）。

据称，俄罗斯科学家已制定一项到2000年左右，将大约100面太空反射镜送入地球轨道的宏伟计划。

这些反射镜将均匀分布在距离地面1550～5530公里的高空，形成一个反射光环。

到那时，许多城乡村镇、湖泊海洋将永远告别黑暗，成为真正的不夜城。

承担“小月亮”试验的俄罗斯能源公司估计，一个“小月亮”照明系统一年可节省3560万美元的照明用电，而建造这样一个照明系统的投资只需用5年节省的电力就可收回，其经济效益和应用前景十分美好。

科学家们还设想，如果在地球静止轨道上配置的是一块面积达几万平方公里反射镜的人造卫星，其反射光的亮度即可达太阳光的一半左右，这个人造卫星就成为一颗“人造小太阳”了。

当“小太阳”在夜间为地球提供照明时，可变局部地区的黑夜为白昼，这对提高夜间局部地区的温度，防止霜冻，延长高纬度地区的无霜期，保护和提高农作物产量有重要意义。