人造衛(wèi)星學(xué)習(xí)課件

人造衛(wèi)星制作人：李涵耀

人造衛(wèi)星按運(yùn)行軌道區(qū)分為低軌道衛(wèi)星、中高軌道衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星、地球靜止衛(wèi)星、太陽同步衛(wèi)星、大橢圓軌道衛(wèi)星和極軌道衛(wèi)星(見人造地球衛(wèi)星運(yùn)行軌道)。人們更多的是按用途把人造衛(wèi)星分為科學(xué)衛(wèi)星、應(yīng)用衛(wèi)星和技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。1、科學(xué)衛(wèi)星用于科學(xué)探測(cè)和研究的衛(wèi)星，主要包括空間物理探測(cè)衛(wèi)星和天文衛(wèi)星。科學(xué)衛(wèi)星使用的儀器包括望遠(yuǎn)鏡、光譜儀、蓋革計(jì)數(shù)器、電離計(jì)、壓力測(cè)量?jī)x和磁強(qiáng)計(jì)等。借助這些儀器可研究高層大氣、地球輻射帶、地球磁層、宇宙線、太陽輻射和極光，觀測(cè)太陽和其他天體。

2、技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行新技術(shù)試驗(yàn)或?yàn)閼?yīng)用衛(wèi)星進(jìn)行試驗(yàn)的衛(wèi)星。航天技術(shù)中的新原理、新技術(shù)、新方案、新儀器設(shè)備和新材料往往需要在軌道上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)成功后才投入實(shí)用。這類衛(wèi)星數(shù)量較少，但試驗(yàn)內(nèi)容廣泛，如重力梯度穩(wěn)定試驗(yàn)，電火箭試驗(yàn)，生物對(duì)空間環(huán)境適應(yīng)性的試驗(yàn)，載人飛船生命保障系統(tǒng)和返回系統(tǒng)的驗(yàn)證試驗(yàn)，交會(huì)對(duì)接試驗(yàn),無線電新頻段的傳輸試驗(yàn),新遙感器的飛行試驗(yàn)和軌道上截?fù)粼囼?yàn)等。

3、應(yīng)用衛(wèi)星直接為國民經(jīng)濟(jì)和軍事服務(wù)的衛(wèi)星。在所有人造地球衛(wèi)星中其種類最多，發(fā)射數(shù)量也最多。應(yīng)用衛(wèi)星按用途可分為通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、測(cè)地衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、截?fù)粜l(wèi)星和多用途衛(wèi)星等。

按其是否專門用于軍事目的又可分為軍用衛(wèi)星和民用衛(wèi)星，有許多應(yīng)用衛(wèi)星都是軍民兼用的。應(yīng)用衛(wèi)星主要有三大用途：①無線電信號(hào)中繼：這類衛(wèi)星發(fā)展很快,有“國際通信衛(wèi)星”、國內(nèi)通信衛(wèi)星、軍用通信衛(wèi)星、海事衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星和搜索營(yíng)救衛(wèi)星。這些衛(wèi)星上裝有工作在各種頻段的轉(zhuǎn)發(fā)器和天線，它們轉(zhuǎn)發(fā)來自地面、海上、空中和低軌道衛(wèi)星的無線電信號(hào)，用于傳輸電話、電報(bào)和電視廣播節(jié)目以及數(shù)據(jù)通信。這類衛(wèi)星大部分運(yùn)行在靜止軌道上。還有一些采用大橢圓軌道，如蘇聯(lián)的“閃電”號(hào)通信衛(wèi)星。

②對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)：這類衛(wèi)星有氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星，稱為對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星。在這些衛(wèi)星上裝有對(duì)地觀測(cè)的從紫外光到遠(yuǎn)紅外光各種波長(zhǎng)的遙感儀器或其他探測(cè)儀器，收集來自陸地、海洋、大氣的各種頻段的電磁波，從中提取有用的信息，分析、判斷、識(shí)別被測(cè)物體的性質(zhì)和所處的狀態(tài)。這些衛(wèi)星可以直接服務(wù)于氣象、農(nóng)林、地質(zhì)、水利、測(cè)繪、海洋、環(huán)境污染和軍事偵察等方面。這類衛(wèi)星許多采用太陽同步軌道，也有使用靜止軌道和其他軌道的。③導(dǎo)航定位基準(zhǔn)：這類衛(wèi)星有導(dǎo)航衛(wèi)星、測(cè)地衛(wèi)星等。在這些衛(wèi)星上裝有光信標(biāo)燈、激光反射器和無線電信標(biāo)機(jī)、應(yīng)答機(jī)等。這種衛(wèi)星的空間位置、到地面的距離和運(yùn)行速度都可以預(yù)先確定，因而可用作定位、導(dǎo)航和大地測(cè)量的基準(zhǔn)。地面固定的或移動(dòng)的物體、空中飛機(jī)和海上艦艇，都可以利用這類衛(wèi)星確定自己的坐標(biāo)。這類衛(wèi)星的軌道大多為極軌道。宇宙飛船(英語名為spaceship)，是一種運(yùn)送航天員、貨物到達(dá)太空并安全返回的一次性使用的航天器。它能基本保證航天員在太空短期生活并進(jìn)行一定的工作。它的運(yùn)行時(shí)間一般是幾天到半個(gè)月，一般乘2到3名航天員。

世界上第一艘載人飛船是前蘇聯(lián)的"東方"1號(hào)宇宙飛船，于1961年4月12日發(fā)射。它由兩個(gè)艙組成，上面的是密封載人艙，又稱航天員座艙。這是一個(gè)直徑為2.3米的球體。艙內(nèi)設(shè)有能保障航天員生活的供水、供氣的生命保障系統(tǒng)，以及控制飛船姿態(tài)的姿態(tài)控制系統(tǒng)、測(cè)量飛船飛行軌道的信標(biāo)系統(tǒng)、著陸用的降落傘回收系統(tǒng)和應(yīng)急救生用的彈射座椅系統(tǒng)[2][3][4][5][6]。另一個(gè)艙是設(shè)備艙，它長(zhǎng)3.1米，直徑為2.58米。設(shè)備艙內(nèi)有使載人艙脫離飛行軌道而返回地面的制動(dòng)火箭系統(tǒng)，供應(yīng)電能的電池、儲(chǔ)氣的氣瓶、噴嘴等系統(tǒng)?！皷|方”1號(hào)宇宙飛船總質(zhì)量約為4700千克。它和運(yùn)載火箭都是一次性的，只能執(zhí)行一次任務(wù)。航天飛機(jī)（SpaceShuttle，又稱為太空梭或太空穿梭機(jī)）是可重復(fù)使用的、往返于太空和地面之間的航天器，結(jié)合了飛機(jī)與航天器的性質(zhì)。它既能代表運(yùn)載火箭把人造衛(wèi)星等航天器送入太空，也能像載人飛船那樣在軌道上運(yùn)行，還能像飛機(jī)那樣在大氣層中滑翔著陸。航天飛機(jī)為人類自由進(jìn)出太空提供了很好的工具，它大大降低航天活動(dòng)的費(fèi)用，是航天史上的一個(gè)重要里程碑。

宇宙空間站也稱航天站，是在固定軌道上長(zhǎng)期運(yùn)行的供宇航員長(zhǎng)期居住和工作的大型空間平臺(tái)?？臻g站是迎送宇航員和太空物資的場(chǎng)所，是環(huán)繞地球軌道運(yùn)行的空間基地，人們又稱它為“宇宙島”。

自蘇聯(lián)發(fā)射第一個(gè)空間站“禮炮1號(hào)”以來，已有一系列空間站進(jìn)入太空，先后多次有數(shù)十批上百人次宇航員到站上工作，進(jìn)行多次科學(xué)試驗(yàn)，取得了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和寶貴的科學(xué)資料。美國也在1973年5月14日發(fā)射了“天空實(shí)驗(yàn)室”，在1983年11月28日發(fā)射了“空間實(shí)驗(yàn)室”航天站?？臻g站與一般航天器相比，有效容積大，可裝載比較復(fù)雜的儀器，如長(zhǎng)焦距照相機(jī)等，使獲取的照片分辨率大大提高。由于空間站可以長(zhǎng)期載人，許多儀器可由人直接操作，增強(qiáng)了分辨能力，可避免機(jī)械動(dòng)作帶來的誤差，可以完成比較復(fù)雜、非重復(fù)性的工作任務(wù)。地球?qū)χ車奈矬w有引力的作用，因而拋出的物體要落回地面。但是，拋出的初速度越大，物體就會(huì)飛得越遠(yuǎn)。牛頓在思考萬有引力定律時(shí)就曾設(shè)想過，從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次離山腳遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星。人造衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量最多，用途最廣，發(fā)展最快的航天器。1957年10月4日蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)