人造卫星_全球百科

人造卫星简介

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人造卫星一般指人造地球卫星，是一种遵循天体力学规律，绕地球轨道运行的无人航天器。它们通常由有效载荷和平台组成。人造卫星是目前发射次数最多、应用最广泛、发展最快的航天器。

卫星按用途可分为科学卫星、应用卫星和技术实验卫星。其结构主要由承重结构、外壳、安装构件、天线结构、太阳能阵列结构、防热结构、分离连接装置等组成。截至2023年4月22日，全球轨道上共有10829颗卫星，其中7766颗是活跃的。

人造卫星类型划分

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按卫星用途划分

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按照卫星的用途，可以分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。

科学卫星

科学卫星是用于科学探索和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用于研究高层大气、地球辐射带、地球磁层、宇宙射线、太阳辐射等，以及观测其他天体。

应用卫星

直接为国民经济、军事、文化教育服务的人造地球卫星称为应用卫星。主要包括通信广播卫星、气象卫星、大地测量卫星、地球资源卫星、导航卫星、侦察卫星以及特种军事拦截卫星。有些卫星还具有多种功能。

侦察卫星

在各种应用卫星中，侦察卫星发射最早(1959年发射)，发射次数最多。侦察卫星有两种:照相侦察卫星和电子侦察卫星。

照片侦察卫星是使用光学设备拍摄地面目标照片的卫星。自1950年代以来，前苏联和美国每年发射的军事卫星中约有三分之一用于各种形式的摄影侦察、在近地轨道进行测量和详细测量。

电子侦察卫星使用机载电子设备拦截在太空中传播的电磁波并将其转发到地面。通过分析和解码，他们获得了敌人的情报。电子侦察的目的是确定对方的飞机、雷达等系统的位置和特征参数，窃听对方的无线电和微波通信。电子侦察卫星用无线电探测和记录设备完成这些任务。

气象卫星

气象卫星利用其携带的各种气象遥感器接收和测量来自地球、海洋和大气的可见光辐射、红外辐射和微波辐射信息，然后将其转换成电信号发送到地面接收站。气象学家对收集到的信息进行处理，以获得有关全球大气温度、湿度、风和其他因素的气象数据。全球气象数据可以在几个小时内获得，可以进行长期天气预报，确定台风中心的位置和变化，并预测台风和其他风暴。气象卫星在保障航行、航空安全、保障农业、渔业、畜牧业生产等方面发挥着重要作用。

气象卫星从单纯的气象实验向多学科、多领域的综合应用发展;从低轨道系统到高轨道系统，形成了全球气象卫星观测网络。气象卫星在军事活动中的应用也日益加强。一些国家建立了军事气象数据全球采集系统，为军事单位提供实时或非实时气象数据。

地球资源卫星

资源卫星是在侦察卫星和气象卫星的基础上发展起来的。利用卫星上安装的多光谱遥感传感器，获取地面目标辐射和反射各波段的电磁波，并将其传输到地面，处理成地球资源的有用信息。它们包括地面和地下，陆地和海洋，等等。
地球资源卫星可广泛用于地下矿藏、海洋资源和地下水资源的调查;土地资源调查、土地利用、区域规划;研究农业、林业、畜牧业和水资源的合理规划和管理;预测作物生长和收成;研究自然植物的发生和地貌;检查和监测病虫害、森林火灾、洪水等各种自然灾害;环境污染和海洋污染;测量水源和雪源;铁路、公路选线、港口建设、沿海利用与管理、城市规划。地球资源卫星具有重要的经济价值和潜在的军事应用。

海洋卫星

海洋是生命的摇篮，是风雨的故乡，海洋与人类的密切关系正逐渐被人们所认识。海洋控制着自然界的水循环和大气运动，从而调节了大陆性气候，提供了负担得起的交通条件和高质量的水产食品。海洋蕴藏着巨大的能源和矿产资源。
海洋卫星的任务是预测海洋环境，包括远洋船舶的最优航路选择、海洋渔业种群分析、近岸和近岸海洋资源调查、近岸和近岸海洋环境监测和监测、灾害性海况预测和预警、海洋环境保护和执法管理、海洋科学研究、海洋科学研究、海洋科学研究等。以及来自海洋浮标、接收站和船舶的数据传输，以及海上军事活动。

通信卫星

与普通地面通信相比，利用卫星进行通信具有以下优点:通信容量大;覆盖范围广;通信距离远;可靠性高;良好的灵活性;低成本。通信卫星一般采用地球静止轨道，相当于静止在天空中。如果有三颗地球静止轨道卫星彼此相隔120度，就可以实现除地球极地部分地区以外的全球通信。
通信卫星用于国际、国内和军事通信业务，同时还开展区域通信和卫星间通信。卫星通信技术被赋予了浓厚的军事色彩，在战略战术通信中具有绝对优势。各国现有的国际和国内卫星通信系统承担着军事通信任务。

广播卫星

广播卫星是一种主要用于电视广播的通信卫星。这种类型的广播卫星可以在没有任何中介的情况下向地面播放或传送电视节目，供公众团体或个人直接接收，因此也被称为直播卫星。普通的家用电视配有小直径天线和机顶盒，可以直接接收卫星电视直播节目。

跟踪和数据中继卫星

跟踪和数据中继卫星是通信卫星技术的重大发展。它利用卫星跟踪和测量另一颗卫星的位置，其基本思想是将地球上的测控站移至地球静止轨道，形成卫星地面测控系统网络。这样可以大大增加低地球轨道卫星，如气象卫星、侦察卫星、资源卫星、海洋卫星、通信卫星等的跟踪和测轨弧，提高测轨精度，减少地面站的设置数量。

导航卫星

这种类型的卫星发射出一对频率非常稳定的无线电波，海上的船只、水下的潜艇和陆地上的移动物体可以通过接收卫星发射的无线电波信号来确定自己的位置。利用导航卫星进行导航是航空航天史上的重大技术突破。卫星可以覆盖全球，实现全天候导航，导航精度高。

测地卫星

卫星大地测量的原理与卫星导航的原理相似。由于地面测量站固定，测量精度高于船舶导航定位。卫星大地测量的精度是传统大地测量精度的几十倍。大地测量卫星可以完成大地测量、地形测量、测绘、地球形状测量以及重力和地磁场测量。大地测量卫星可分为主动和被动两种方式，可以通过三角测量、激光测距、多普勒系统等多种手段实现。

拦截卫星

卫星作为一种武器，在轨道上接近、识别和摧毁敌方空间系统，被称为反卫星卫星。反卫星卫星的拦截方法多种多样，主要包括:使拦截卫星在空间中遇到目标卫星，然后自毁摧毁目标;从拦截卫星发射反卫星武器，如激光、粒子和微波等定向高能束武器;拦截卫星使用自己的小型火箭助推器加速并与目标卫星相撞;试图使目标卫星失去工作能力，如利用核辐射破坏目标卫星的电路和结构，向目标卫星的摄像机镜头上喷洒材料等。

轨道轰炸系统

轨道轰炸系统是一种空间对地攻击武器。它的任务是在地球轨道上部署武器，当它绕地球轨道运行到指定位置时，使用反向推力减速火箭使其减速，降低轨道，并根据地面命令向目标发射。

技术验证卫星

技术验证卫星是对航天领域各种新原理、新技术、新系统、新设备、新材料等进行在轨试验的卫星。航空航天技术中有许多新的原理、材料和仪器，它们的可用性必须在天空中进行测试;新卫星的性能只有发射升空进行实际训练和实验成功后才能应用;在人类升天之前，必须进行动物实验，等等。这些是技术测试卫星的任务。在大多数情况下，科学卫星还具有技术实验功能。

按卫星轨道高度划分

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根据轨道高度，卫星可分为低轨道卫星、中轨道卫星和高轨道卫星。

一般来说，高度在200公里至2000公里的轨道称为低轨道，高度在2000公里至20000公里的轨道称为中轨道，高度在20000公里以上的轨道称为高轨道。例如，大多数地球观测卫星在低轨道运行。如果轨道太高，航天器将进入或接近地球的辐射区;如果轨道过低，残余大气阻力显著增加，大大增加了维持航天器轨道所需的推进剂消耗。对地观测卫星将运行在500-1000公里高度的轨道上，可以获得高分辨率的地面图像，并有一定的覆盖范围。

按卫星重量划分

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按重量分类，重量超过1000公斤的卫星统称为大型卫星或大卫星，重量在500至1000公斤之间的卫星称为小卫星;重量在100到500公斤之间的被称为微型卫星;10到100公斤是微型卫星;1至10公斤的纳米卫星;0.1到1千克的卫星称为微型卫星;重量小于0.1公斤的卫星称为飞行卫星。

人造卫星技术特点

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基本结构

卫星的结构形式因其具体用途而有很大差异，但从功能上看，主要由承重结构、外壳、安装构件、天线结构、太阳电池阵结构、热防护结构、分离连接装置等组成。

承力结构

承载结构与运载火箭相连，在发射时承受火箭的推力，因此对强度和刚度要求较高。一般由铝合金、钛合金或纤维增强复合材料制成的薄壁结构或蜂窝夹层结构组成。

外壳

外壳形成卫星本体的形状，同时也承受一定的外力，起到承重部件的作用。外壳的形状可以是球形、多面体、圆锥形或不规则多面体。除了保持外观外，外壳还应满足体积、热控制和防辐射等功能要求。其结构形式包括半硬壳结构、蜂窝和夹层结构、整体结构和柔性张力表面结构。

安装部件

安装构件是安装仪器设备以保证安装精度、防震、防磁、密封性等要求的一种结构。它可以是仪表室型或安装盘型。

天线结构

天线结构有抛物线型或平面型，有固定式和展开式两种。由于发射要求，大型天线在发射时折叠，进入太空后展开。为防止热变形影响天线的电性能，通常采用线膨胀系数非常小的石墨纤维复合材料制成。可展开天线包括伞型、花瓣型、渔网型和桁架型。

太阳能电池阵

太阳能电池阵列可将一组太阳能电池粘贴在壳体表面;为了增加太阳能电池的面积，还可以使用太阳能电池板。太阳能电池板进入太空后展开成翅膀状，也被称为太阳能电池板翼。不需要考虑太空中的空气阻力，所以太阳能电池板可以是不对称的。

卫星稳定结构

卫星功能的实现对其姿态有一定的要求，如通信卫星要求转发天线始终面向地面接收位置，太阳观测卫星要求其辐射探测器始终对准太阳。卫星通过姿态控制系统稳定姿态。卫星姿态稳定控制包括自旋稳定控制、重力梯度稳定控制和三轴稳定控制。

自旋稳定

自旋稳定卫星需要轴对称结构，这种卫星的形状通常是圆柱形、球形或椭球形。卫星利用陀螺仪的固定轴，绕对称轴旋转，实现稳定控制。与中国的“实践”1号实验卫星一样，它具有典型的球形对称结构;东方红2号通信卫星采用圆柱结构，圆柱直径大于高度。这是为了使旋转轴与最大转动惯量轴对齐，有利于稳定。卫星本体绕圆柱形轴旋转，天线部分沿相反方向匀速旋转，形成双自旋稳定结构。

重力梯度稳定性

卫星的重力梯度稳定方法是在卫星的顶部有一根具有一定质量的重力棒，利用卫星各部分受到的不均匀重力所产生的重力梯度力矩来稳定卫星的姿态。为了获得足够的控制力矩，重力杆一般大于卫星的高度。为使重力杆在发射时能装入运载火箭整流罩，将重力杆制成可收放机构。在发射过程中，重力棒被折叠在卫星体内，然后在进入轨道后延伸到所需的长度。

三轴稳定控制

三轴稳定控制对外观要求比较灵活，由姿态传感器、姿态控制器和姿态控制发动机组成的姿态控制系统进行控制。此外，还有一种以三轴惯性飞轮为主，辅以姿态控制发动机的三轴姿态控制方法。对于采用三轴姿态控制稳定方法的卫星，其结构不需要对称。例如，中国-巴西资源卫星要求其冷却系统的一侧不面向太阳，它被设计成一个单一的太阳能帆板帆。除了单一太阳能电池板的特点外，日本地球资源卫星还有一个大合成孔径天线。

系统组成

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人造地球卫星的外观和内部结构可以说是千差万别，但在系统构成上都由两大部分组成，即公共系统和专用系统。卫星共同系统是指必须为任何类型和用途的卫星配备的系统，共同系统的综合现在统称为“平台”;专用系统是指卫星为不同目的而装备的完成技术任务的唯一系统，专用系统现在统称为“有效载荷”。

公用系统

卫星的公用系统（平台）一般包括以下几个系统：结构与机构系统、热控制系统、电源系统、姿态和轨道控制系统、测控系统和数据管理系统等。

专用系统

卫星专用系统(载荷)是卫星用于完成任务的有效部分。不同用途的卫星有不同的有效载荷。例如，资源卫星的有效载荷包括各种遥感传感器，包括可见光相机、多光谱相机、多光谱扫描仪、红外相机、微波辐射计、微波扫描仪和合成孔径雷达;气象卫星的有效载荷包括扫描辐射计、红外光谱仪、垂直大气探测器、大气温度探测器等;通信卫星的有效载荷主要由通信收发器和通信天线组成;天文卫星的载荷包括各种类型的天文望远镜，包括红外望远镜、可见光望远镜和紫外望远镜。

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