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1、各种各样的人造卫星各种各样的人造卫星人造地球卫星有它独具的优越条件。它本身无需动力就可以在大气外层空间长时间运行，能在几百公里到几万公里高度的大范围内活动，飞越地球上的绝大部分地区，甚至全球飞行，执行航天任务。这是大气层内任何飞行器都无法比拟的。自从第一颗人造地球卫星问世后，世界各国都把发展航天事业放在重要地位。迄今，有20多个国家先后共发射了4000多颗人造地球卫星。各种应用卫星不仅成了人类的政治活动、生产劳动、科学研究、文化娱乐所不可缺少的设备，而且现在它已进入到能大量创造财富的实用阶段。如美国制造一颗气象卫星成本只有几千万美元，而每年可收益1020亿美元；用2.5亿美元设置3颗资源卫星，
2、每年可收益14亿美元。还有各种军事卫星，在军事活动中也取得非常明显的效果。一、通信卫星现在，人们从电视屏幕上看到世界各地生动的场景和激动人心的体育比赛场面，已习以为常。确实，这是通信卫星的功劳才让观众大饱眼福，给千家万户带来了欢乐。现代无线电通信有长波、中波、短波、超短波、微波等几种波段。其中超短波（波长101米）和微波（波长1米以下）传输的信息量大，稳定可靠，适合于远距离通信，但是只能在“视距”范围内直线传播。发射站OH架设的天线越高，传播的范围越远，但超过OA的距离处就无法收到，需要一个转播站OH来转播。如果把转播站放到卫星上去，则传播距离就大得多。通信卫星上装有天线、转发器等无线电传输设
3、备。地面发射站发出的微波信号，通过通信卫星接收、放大后，再远距离发回地面。但是卫星不停地绕地面运行，只有地面上看到卫星时才能接收信号，因此，对某一地点来说就不能随时都能通信。这就要求通信卫星相对于地球是静止的，才能稳定通信。如果把卫星发射到离地面35800公里高度，那么它绕地球运行一周，正好等于地球的一天，与地球自转的速度同步，卫星相对于地球就是静止的。这个轨道就是同步轨道。一颗通信卫星在这个高度上可以覆盖地球表面积的三分之一。因此，在赤道上空等距安排三颗同步通信卫星，就可以实现全球通信，成一组国际通信卫星，当然还需要配备专门的地面接收和发射站。下图即为我国的WD-6六米卫星通信地面站。同时，
4、通信卫星要对地面站接收和发射信号，就要控制卫星的姿态，使无线始终对着地球。最新的V号国际通信卫星有12000条电话线路，两套彩色电视通道，重1吨，寿命7年。国际通信卫星是全世界（除两极外）交流信息的重要工具。发射同步通信卫星比发射一般卫星要复杂得多，艰难得多。首先要把卫星发射到180250公里高度的圆形轨道上。然后，待卫星运行到赤道上空时，卫星上的第三级火箭再次点火，使卫星进入远地点35800公里的大椭圆形转移轨道上。在这个高度上，再给卫星的远地点火箭点火，把卫星推移到离地35800公里的赤道上空的同步轨道上。在太空点火的这一圈轨道称为“点火圈”。在发射通信卫星时，对远地点氢氧火箭点火是关系到
5、通信卫星能否成功进入同步轨道的关键，地面工作人员都非常重视。万一点不着火，卫星只能留在转移轨道上运行，直至坠落。如果点火时间错过或控制姿态不对，这颗卫星就漫无目标飞向茫茫太空，去如黄鹤。1984年4月8日，我国首次用“长征三号”火箭把第一颗试验同步通信卫星射入太空，远地点点火一次成功，把通信卫星准确送到同步轨道上。从此，我国也拥有自己研制和发射的同步卫星了，到1993年止，我国已发射了6颗。随着这些卫星的发射和应用，我国的通信、电视、广播事业进入了新的发展阶段。通过通信卫星，开通了数字传真、图像传递、广播电视转播业务，改变了边远地区收视难、通信难的状况。我国通信卫星传送中央人民广播电台30路对
6、外广播、传播中央电视台多套节目、两套教育节目和西藏电视台节目，并用时分制方式分别传递云南、贵州、新疆等电视台的节目。目前，我国还在各主要城市修建中型卫星通信地面站，使7000多条卫星国际电话线路开通，实现了各种信息的快速传递。二、太空望远镜以往天文观测是用可见光和无线电技术，是通过观测天体和星际物质所发射或投射的可见光和无线电波来进行研究的。现在，除传统的光学天文学和射电天文学外，又兴起了空间天文学，使古老的天文学又焕发了青春。人类在宇宙空间建立天文观测站，把天文台搬上天空，可以避开地球稠密大气层对天体光谱的吸收和大气湍流对天体观测的影响。美国发射的“哈勃”太空望远镜就是一颗天文卫星，也是一座
7、小型的空间天文台。它是以近代美国天文学家埃德温哈勃的名字命名的。“哈勃”太空望远镜能观察到比现在地面天文台所能观察到的暗50倍的天体，视距也从50亿光年扩大到了140亿光年，充分发挥了空间观测的优势。光学望远镜是天文卫星的心脏，它主要包括有主反射镜、副反射镜、仪器设备等。光从舱门射入到主反射镜上，再反射到副反射镜上。而后，光又从副反射镜反射到主反射镜中心的小孔中，并在孔后成像。观测到的图像由科学仪器记录下来、传送出去。“哈勃”天文卫星耗资21亿美元，由航天飞机直接运上太空轨道，在地面站遥控下独立工作。同步通信卫星对它的往返信息承担着中转传输的任务，把它观测的数据源源传送给地面站，并将地面站对它
8、的跟踪和遥控信息转送上去。哈勃太空望远镜为天文学界增添了一个新天文观测工具，可以更好观测天体，揭示出宇宙中的一些重大秘密。据称，美国又于1997年在它的上面增添新的设备，研究宇宙的红外辐射；1999年将对它进行一次维修，然后推进到更高的轨道上，将为人类进一步揭示宇宙的奥秘做出新的贡献。三、测地卫星这种人造卫星最初称为“地球资源技术卫星”，后来改称为“测地卫星”。卫星上装有高分辨率照像机、红外探测仪、测地雷达等各种遥感、遥测设备，可以进行地质勘探、农业调查、环境污染监视、森林火警、测绘沙漠戈壁高山河川地质图等工作，其中有些项目是在大气层内难以完成的。卫星上用红外遥感能觉察到地面上一根火柴的热量，
9、能分辨出30厘米的物体。曾从测地卫星拍摄发回的照片中，发现了地图上历来没有标明的湖泊，而找到苏丹油田；从磁场变异中找到巴西的锡矿和澳大利亚的铀矿。从卫星的照片上，还可以发现地下断层的结构，使铁路选线得以优化、避开滑坡和断层，这是人工测绘难以做到的。美国曾用测地卫星引导破冰沿海湾破冰，勘察破冰的深度。美国的测地卫星于1978年估算了苏联的小麦产量，比后来苏联官方提出的小麦产量仅少1，测算的精度之高，确实令人惊叹！测地卫星多选用太阳同步轨道。这种卫星的轨道平面绕地球自转，跟地球公转方向相同，速度的大小基本一致，即它的轨道平面与太阳到地心连线的夹角保持不变，卫星都能得到阳光的照射，有利于对地观测和拍
10、摄地形照片。1972年美国发射的“陆地卫星-1”，就是在太阳同步轨道运行的，在赤道上的光照角设计为37.5。如果地球不绕太阳公转的话，则光照角是不会改变的。但是，地球带着这卫星绕太阳公转，光照角每天要增加0.9856（360/365.25天）。这样，地球从秋分位置运行到立冬位置时，太阳的光照角就会变为82.5，到了冬至时就变为127.5。如果卫星的轨道平面向东转动，每天也转过0.9856，那么，地球公转引起光照角的变化也就消除了，保持了光照角不变，而达到了与太阳同步的要求了。1985、1986年，我国分别发射了两颗国土普查卫星，拍摄3000多幅国土卫星照片（简称卫片）每幅卫片的覆盖面积为200
11、0平方公里。通过这些卫片，发现了塔里木盆地新的油田构造，在内蒙古找到铁矿和铬矿；查明了京、津、塘地区近10种资源；查清了黄河、滦河、海河三大富含泥沙河流的活动规律及其相互作用的关系。1988年我国和巴西开始合作研制“资源1号”地球资源探测卫星，将采用太阳同步轨道运行。这颗卫星现在已进入全面研制阶段，它拟用“长征”4号乙运载火箭从山西太原卫星发射中心发射。这颗卫星可用于监测国土资源的变化、每年更新全国的利用图、测量全国耕地面积、农作物估产、监测自然灾害和人为的灾害等，这必将为我国的资源普查、勘察等提供现代化的新手段。四、太空气象站在陆地上大量建立气象站，费用大，况且海洋覆盖了约70的地球表面，完
12、全不可能建站，因此只能在小范围内观测天气，传统的天气预报往往不准，有时会造成巨大的经济损失。要是把气象站搬到太空上去，情况就大不一样。气象卫星装有各种气象测量仪器和信息传输系统，可以把测出的大气参数和太阳辐射等数据传输到地面上来。电视摄像机能拍下方圆1000公里以上范围云层的照片，随时可以掌握瞬息万变的天气情况，把信息送往世界各地。美国发射的云雨气象卫星能始终对着地球，稳定在轨道上运行。卫星上装有自动传输系统，面对卫星的任何地方、任何人都可以用比较简便的设备接收半径为1610公里的当地云层覆盖图。气象卫星的预警使得数千公顷的庄稼免遭灾害和成千上万人免受飓风的袭击。美国利用气象卫星准确预报天气，
13、每年可减少自然灾害带来的损失达20亿美元。气象卫星是现阶段最先进的气象观测手段。1988年9月7日，我国在太原卫星发射基地发射了在太阳同步轨道上运行的“风云1号”气象卫星，拍摄的云图照片，纹理清晰，层次丰富，标志着我国气象卫星事业的现代化进入了新的发展阶段。1990年我国发射第二颗气象卫星，性能有了进一步改善，拍摄云图的质量与美国当代气象卫星的水平相当。现在，中国空间技术研究院在加紧研制具有国际先进水平的减灾卫星，拟于2000年发射，利用卫星遥感器来日夜监视地球。下图为我国第一颗静止轨道气象卫星风云二号卫星。它每半小时可获取一幅可见光、红外线和水汽光谱特性的云图，覆盖地球约三分之一的面积。它覆
14、盖了我国全部领土和领海，极大地提高和加强了我国短期天气预报的水平。五、空间导航飞机和船只装上雷达，可根据多普勒效应测出在已知轨道上运行的导航卫星的相对距离和方位，再通过计算机换算后就可确定自己在大地坐标上的位置。那么多普勒效应是怎么一回事呢？你要是站在铁路旁看到火车疾速驶来，会听到汽笛的声调（频率）突然升高，而离去时，汽笛的声调突然降低。就是说，当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率不同。当两者相接近时接收到的频率升高，当相对离开时频率则降低。这种现象是奥地利物理学家多普勒首先发现的，就称多普勒效应。前苏联发射第一颗人造卫星时，美国约翰霍普金斯大学的两位年轻教师就用多普
15、勒仪对卫星进行跟踪试验，算出和预报了卫星的运行轨道。因此导航卫星起着“全天候”导向的作用，云层对它也无能为力，它非常适用于对天上的、陆上的、水上的、水下的航行工具的导航，是太空的“指南针”。由于导航卫星是在轨道上运行的，飞机或船只不可能在任何时刻都能用雷达测到导航卫星，为此，美国研制的卫星导航系统采用均布在轨道平面上的24颗卫星组成的3个卫星网来进行导航。这样，在地球上的任何地方至少能同时看到6颗导航卫星，飞机、船只等就可随时随地用它来导航了。它的导航定位距离误差在69米之内，测出的速度误差小于0.6米秒，定位所需的时间不超过1分钟。卫星导航，这种先进的导航手段，必将在海、陆、空各种运输工具和军事武器中越来越普遍得到应用。六、空间平台随着航天技术的发展，人造卫星逐渐暴露出许多难以解决的问题，已不能满足人类的进一步需要。人造卫星的有效载荷小，功能单一、成本高，一旦发射上天，就很难再加注燃料，修换部件，因此寿命只有几年。各国单一用途的卫星相继发射上天，造成空间轨道的拥挤，限制了它的功能和应用范围。为此，70年代中期，空间平台的设想便应运而生了。空间平台可采用大型构件积木式组装建成。可以设有多种对接口，供航天飞机、轨道间飞行器等“停泊”，可加注燃料、更换、修理构件和设备，使之永久性留在空间工作。由于平台的有效载荷大，可同时搭载通信、气象、天文等多种学科所需的大型设备。空间平台与空间
