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关于 地球卫星 的百科小常识
技术卫星

技术试验卫星 是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。

人造卫星在发射之前须经过一系列的地面试验 但为了更加全面地考验卫星的技术性能 还必需把卫星发射上天加以验证 技术稳定了才能正式应用。

美国的技术试验卫星 进行了很多实验 如话音通信；卫星导航；无线电传输等 为美国以后的通信卫星、气象卫星、导航卫星、资源卫星的研制与应用作了大量准备。

“实践一号”卫星是中国第一颗科学探测和技术实验卫星。它的主要任务是试验星上太阳能电池供电系统 主动无源温控系统 长寿命遥测设备及无线电线路性能 并进行其他太空环境的探测。“实践一号”的设计寿命为一年 但它实际在太空工作了八年之久 直到1979年6月17日才陨落。

技术试验卫星中最让人感兴趣的是生物卫星。我们知道 在载人航天之前须先进行动物试验 看看动物是否能适应太空生活 失重、强辐射的环境对发育、遗传、生育有什么影响 应采取什么防护措施 然后才能慎重地将人送上天。那些携带生物上天的卫星即是生物卫星。

生物卫星一般由服务舱和返回舱两部分组成。服务舱是卫星与运载火箭的接合部分 内部装有卫星的姿态控制系统、电源系统和其他保证卫星正常工作的设备。服务舱与返回舱分离后留在天上不返回地面。返回舱是卫星返回地面的舱段 内装各种实验生物、记录仪器、制动火箭和回收系统 舱外有防热保护层。返回舱的外形有的呈球形 有的呈碗形 重三四百千克乃至一二吨。

前苏联自1966年起开始执行专门研究空间生命科学的生物卫星计划 基本上每隔1至2年发射一颗生物卫星。星上载有猴子、狗、白鼠、乌龟、苍蝇、细菌、藻类、植物种子等生物 科学家对它们进行了重力生理学、放射生物学和发育生物学实验。卫星飞行最长时间为22天 最短为 5天。前苏联的生物卫星计划是一项国际合作项目 东欧诸国、美国、法国等都参加了实验。

中国在 1990年10月5日发射的返回式卫星上也进行了太空动物试验 两只雄性小白鼠率先光顾宇宙。它们在天上生活5天零8个小时 由于种种不适应 在返回地面之前死去了。

通信卫星

太空驿站——通信卫星

通信卫星 是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使 收集来自地面的各种“信件” 然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它是“站”在36000 公里的高空 所以它的“投递”覆盖面特别大 一颗卫星就可以负责 1/3地球表面的通信。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星 便可以实现除南北极之外的全球通信。当卫星接收到从一个地面站发来的微弱无线电信号后 会自动把它变成大功率信号 然后发到另一个地面站 或传送到另一颗通信卫星上后 再发到地球另一侧的地面站上 这样 我们就收到了从很远的地方发出的信号。

通信卫星一般采用地球静止轨道 这条轨道位于地球赤道上空 35786公里处。卫星在这条轨道上以每秒3075米的速度自西向东绕地球旋转 绕地球一周的时间为 23小时56分4秒 恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看 卫星象挂在天上不动 这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星 昼夜不间断地进行通信 不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动” 使通信时间时断时续。现在 通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。

通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一 许多国家都发射了通信卫星。1965年4月6日美国成功发射了世界第一颗实用静止轨道通信卫星：国际通信卫星1号。到目前为止 该型卫星已发展到了第八代 每一代都在体积、重量、技术性、通信能力、卫星寿命等方面有一定提高。

前苏联的通信卫星命名为“闪电号” 包括闪电1、2、3号等。由于前苏联国土辽阔 “闪电号”卫星大多数不在静止轨道上 而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

中国的第一颗静止轨道通信卫星是1984年4月8日发射的 命名为“东方红二号” 至今已发射成功了五颗。这些卫星先后承担了广播、电视信号传输 远程通讯等工作 为国民经济建设发挥了巨大作用。

科学卫星

科学探测卫星 是用来进行空间物理环境探测的卫星。它携带着各种仪器 穿行于大气层和外层空间 收集来自空间的各种信息 使人们对宇宙有了更深的了解 为人类进入太空、利用太空提供了十分宝贵的资料。世界各国最初发射的卫星多是这类卫星或是技术试验卫星。

美国发射的第一颗卫星“探险者”号就是一颗科学探测卫星 以后“探险者”发展成一个科学卫星系列 它们主要用于探测地球大气层和电离层；测量地球高空磁场；测量太阳辐射、太阳风；探测行星际空间等。“探险者”号卫星系列多为小型卫星 但其外形结构差别很大 由于探测的空间区域不同 它们的运行轨道有高有低、有远有近 差别也很大。

“电子号”卫星是前苏联的科学卫星系列 星上装有高、低灵敏度的磁强计、低能粒子分析器、质子检测器、太阳X射线计数器以及研究宇宙辐射成分的仪器等。 该系列卫星的主要任务是研究进入地球内、外辐射带的粒子以及相关的各种空间物理现象。

中国的“实践”系列卫星即是技术实验卫星 又是科学探测卫星。“实践一号”卫星装有红外地平仪、太阳角计等探测仪器 取得了许多环境数据。“实践二号”和二号甲、二号乙是用一枚火箭同时发射的三颗卫星。其中“实践二号”外形为八面棱柱体 任务是探测空间环境 试验太阳电池阵对日定向姿态控制和大容量数据存贮等新技术。

天文卫星也是一种科学卫星 它专门对各种天体和其他空间物质进行科学观测。天文卫星在离地面几百公里或更高的轨道上运行 由于没有大气层的阻挡 星上仪器可以接收来自其它天体的各波段电磁波辐射 能够更好地观测宇宙空间。

天文卫星的轨道多数为圆形或近圆形、高度为几百公里 但一般不低于四百公里。这是因为太阳系以外的天体离地球极远 再增加轨道高度也不能缩短相互间的距离 改善观测能力；而轨道太低时 大气密度增加 卫星也难以长时期运行。

侦察卫星

侦察卫星 就是窃取军事情报的卫星 它站得高看得远 既能监视又能窃听 是个名副其实的超级间谍。

侦察卫星利用光电遥感器或无线电接收机 搜集地面目标的电磁波信息 用胶卷或磁带记录下来后存贮在卫星返回舱里 待卫星返回时 由地面人员回收。或者通过无线电传输的方法 随时或在某个适当的时候传输给地面的接收站 经光学、电子计算机处理后 人们就可以看到有关目标的信息。

侦察卫星根据执行任务和侦察设备的不同 分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和预警卫星。

照相侦察卫星 装有可见光照相机或电视摄像机 能对目标拍照。为了发现和识别目标 照相机镜头和图像分辨率要求很高。这种卫星一般运行在近地点高度150—280公里的轨道上 如果装备红外相机和多光谱相机 还具有夜间侦察和识别伪装的能力。照相侦察卫星按侦察信息送回地面的方式分为返回型和传输型。返回型是将拍好的胶卷存入回收舱中返回地面 它利用胶片成像的原理 优点是图像分辨率高、直观 易于识别分析 缺点是回收不及时 容易贻误战机。传输型利用光电成像原理 先把图像信息记录在磁带上 飞到地面接收站的控制区时 再将图像信息发送到地面 由地面进行处理、识别。它的优点是地面收到信息快 但图像分辨率不高。美国从1959年2月开始发射照相侦察卫星 其中有代表性的为“大鸟”号 它兼有回收胶卷和无线电传输两种功能 寿命52—220天 它拍的照片可以清晰地分辨出火车、汽车、建筑物及行人。

电子侦察卫星 用来侦辨雷达或者其他无线电设备的位置和特性 窃听遥测和通信等机密信息。这种卫星一般运行在高约 500或1000多公里的近圆形轨道上。电子侦察卫星是窃听能手 当它经过别国上空时 星上磁带迅速录下雷达信号、电台信号等 等飞经本国上空时又把这些信号输送到地面站 经地面分析、研究 就能掌握别国地面雷达的位置、特性 破译电台的信号。美国1988年8月发射的一颗重型电子侦察卫星 可以同时监听到中苏两国11000条电话和步话机的通话。

海洋监视卫星 装有雷达、无线电接收机、红外探测器等侦察设备 监视海上舰船和潜艇的活动。为了对广阔的海洋连续监视 卫星轨道一般比较高 为1000公里左右的近圆形轨道 并需要由多颗卫星组成海洋监视网。

预警卫星 运行在地球静止轨道 并由几颗卫星组成一个预警网。星上装有红外探测仪 用来探测敌方导弹飞行时发动机尾焰的红外辐射 配合电视摄像机及时准确地判断导弹飞行方向 迅速报警 使防空部队及时拦击导弹 城市居民紧急疏散隐蔽。在预警卫星出现前 人们用巨型雷达预警 由于地球曲面的阻挡 只有当导弹爬高到 250公里高空时 雷达才能“看”到目标 预警时间只有15分钟 常常由于来不及准备而被动挨打。预警卫星可以把预警时间提前到30分钟 海湾战争中 美国的爱国者导弹拦截伊拉克的飞毛腿导弹 预警卫星起了极大的作用。

气象卫星

明天天气怎么样？这是人们经常要问的一个问题。可是用地面气象台、气球、飞机乃至火箭等去观察天气却有很大局限性 而且地球上有80%的地区无法用上述工具去观测 于是气象卫星便大显身手。

气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星 具有范围大、及时迅速、连续完整的特点 并能把云图等气象信息发给地面用户。

气象卫星的本领来自于它携带的气象遥感器。这种遥感器能够接收和测量地球及其大气的可见光、红外与微波辐射 并将它们转换成电信号传送到地面。地面接收站再把电信号复原绘出各种云层、地表和洋面图片 进一步处理后就可以发现天气变化的趋势。

气象卫星的轨道大致有两种 一种是太阳同步轨道 一种是地球静止轨道。按照前一种轨道运行 卫星每天对地球表面巡视两遍 其优点是可以获得全球气象资料 缺点是对某一地区每天只能观测两次。 若运行于地球静止轨道 则可以对地球近1/5的地区连续进行气象观测 实时将资料送回地面 用四颗卫星均匀地布置在赤道上空 就能对全球中、低纬度地区气象状况进行连续监测；它的缺点是对纬度大于55度地区的气象观测能力差。这两种卫星如果同时在天上工作 就可以优势互补。

到目前为止 美国、苏联、日本、欧洲空间局、中国、印度等共发射了100多颗气象卫星。

世界上第一颗气象卫星是美国发射的“泰罗斯”卫星 它为美国提供了大量气象资料。但它的云图分辨率不高 随发随收的功能还不理想 只能作为试验型卫星。第三代太阳同步轨道卫星——“泰罗斯N/诺阿”号则有较佳表现 卫星上携带着高分辨率扫描辐射计和垂直探测器。它拍摄的云图可以及时传输给地面 也可以把一地的云图贮存在磁带里 在卫星飞经另一地地面接收站时传给地面。它每天可输出全球范围内的 16000多个地点的大气探测资料 二至四万个点的海面温度测量值。每天全球有一百多个地面接收站在接收这类的卫星云图。

前苏联的气象卫星命名为“流星”号 分Ⅰ、Ⅱ号两个系列。“流星Ⅱ号”卫星为太阳同步轨道卫星 每天两次探测全球有关云层分布、雪和冰层覆盖、地面温度、云顶高度等数据 并将数据传给本国及其他国家的60多个自动图象接收站 业务十分繁忙。

中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云一号”太阳同步轨道气象卫星。卫星云图的清晰度可与美国“诺阿”卫星云图媲美 但由于星上元器件发生故障 它只工作了39天。目前 性能更先进的“风云二号”地球静止轨道气象卫星已经投入应用 并为国民经济建设发挥了巨大作用。

哈勃太空望远镜

哈勃号太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米 镜筒直径4.27米 重11吨 由三大部分组成 第一部分是光学部分 第二部分是科学仪器 第三部分是辅助系统 包括两个长11.8米 宽2.3米 能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板 两个与地面通讯用的抛物面天线。镜筒的前部是光学部分 后部是一个环形舱 在这个舱里面 望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器；太阳电池帆板和天线从筒的中间部分伸出。  

望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统 由两个双曲面反射镜组成 一个是口径 2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜 口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上 然后再由副镜射向主镜的中心孔 穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像 供各种科学仪器进行精密处理 得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。

除了光学部分 望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器 分别是：宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。

这些科学仪器是为望远镜在最初几年运转期间所配备的。为了使太空望远镜能够充分利用最新技术成果 焦平面上的这些仪器设计成可作各种不同组合和更换方式。在望远镜工作期间 可以通过航天飞机上的航天员进行维修更换 必要时 也可以用航天飞机将整个望远镜载回地面作大的修理 然后再送入轨道。太空望远镜的寿命按设计要求至少15年 估计实际可达几十年。

太空望远镜在距地面500公里的太空上进行观测 不仅不受恶劣气候的影响 每天都可以进行观测 而且摆脱了地球大气的干扰 能够达到地面上任何望远镜也达不到的高灵敏度和高分辨能力。

但不幸的是 由于制造上的误差 哈勃太空望远镜不能辨别140亿光年以外的物体 而只能看清40亿光年的物体。 另外 它的太阳能电池板因热胀冷缩还存在颤抖。为此 美国的数名宇航员于1993年进行了两次检修 经过艰苦的努力 终于修复了患了“近视”的哈勃太空望远镜 使其分辩率达到最初要求。

资源卫星

资源卫星 是勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层 发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构 能普查农作物、森林、海洋、空气等资源 预报各种严重的自然灾害。

资源卫星利用星上装载的多光谱遥感设备 获取地面物体辐射或反射的多种波段电磁波信息 然后把这些信息发送给地面站。由于每种物体在不同光谱频段下的反射不一样 地面站接收到卫星信号后 便根据所掌握的各类物质的波谱特性 对这些信息进行处理、判读 从而得到各类资源的特征、分布和状态等详细资料 人们就可以免去四处奔波 实地勘测的辛苦了。

资源卫星分为两类：一是陆地资源卫星 二是海洋资源卫星。陆地资源卫星以陆地勘测为主 而海洋资源卫星主要是寻找海洋资源。

资源卫星一般采用太阳同步轨道运行 这能使卫星的轨道面每天顺地球自转方向转动1度 与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测 又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区 实现定时勘测。

世界上第一颗陆地资源卫星是美国1972年7月23日发射的 名为“陆地卫星1号”。它采用近圆形太阳同步轨道 距地球920公里高 每天绕地球14圈。星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况 每幅图象可覆盖地面近两万平方公里 是航空摄影的140倍。

世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的 名为“海洋卫星1号”。它装备有各种遥测设备 可在各种天气里观察海水特征 测绘航线 录找鱼群 测量海浪、海风等。


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