人造卫星

人造卫星一般指人造地球卫星，是在围绕地球的轨道上、基本按照天体力学的规律运行的无人航天器，一般由有效载荷和平台组成。人造卫星是目前发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。

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。

科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气、地球辐射带、地球磁层、宇宙线、太阳辐射等，并可以观察其他星体。

直接为国民经济、军事和文化教育服务的人造地球卫星称为应用卫星，主要有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星和侦察卫星等，还有专门军事用途的截击卫星，部分卫星还具有多种功能。

在各类应用卫星中侦察卫星发射得最早（1959年发射），发射的数量也最多。侦察卫星有照相侦察和电子侦察卫星两种。

照相侦察卫星是用光学设备对地面目标进行拍照的卫星。20世纪50年代以来，前苏联和美国每年发射的军用卫星中，约有1/3的卫星用于各种形式的照相侦察，它们在近地轨道上进行普查和详查。

电子侦察卫星利用星载电子设备截获空间传播的电磁波，并转发到地面，通过分析和破译，获得敌方的情报。电子侦察的目的是确定他方的飞机、雷达等系统的位置和特征参数，窃听他方的无线电和微波通信。电子侦察卫星以无线电探测和记录设备完成这些使命。

气象卫星利用所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、红外线辐射和微波辐射信息，再将它们转换成电信号传送给地面接收站。气象人员根据收集的信息，经过处理，得出全球大气温度、湿度、风等气象要素资料。几小时就可得到全球气象资料，从而做出长期天气预报，确定台风中心位置和变化，预报台风和其它暴。气象卫星对于保证航海和航空的安全，保证农业、渔业和畜牧业生产，都有很大作用。

气象卫星已由单纯的气象试验，发展到多学科和多领域的综合应用；由低轨道系统，发展到高轨道系统，形成了全球气象卫星观测网。气象卫星在军事活动中的应用也日益加强，有的国家已建立了全球性的军事气象资料的收集系统，向军事单位提供实时的或非实时的气象资料。

资源卫星是在侦察卫星和气象卫星的基础上发展而来的。利用星上装载的多光谱遥感器获取地面目标辐射和反射的多种波段的电磁波，然后将其传送到地面，再经过处理，变成关于地球资源的有用资料。它们包括地面的和地下的，陆地的和海洋的等等。

地球资源卫星可广泛用于：地下矿藏、海洋资源和地下水源调查；土地资源调查，土地利用，区域规划；调查农业、林业、畜牧业和水利资源合理规划管理；预报农作物长势和收成；研究自然植物的生成和地貌；考查和监视各种自然灾害如病虫害、森林火灾、洪水等；环境污染、海洋污染；测量水源，雪源；铁路，公路选线，港口建设，海岸利用和管理，城市规划。地球资源卫星具有重大的经济价值和潜在的军事用途。

海洋是生命的摇篮和风雨的故乡，海洋与人类的密切关系正逐渐被认识。海洋控制着自然界中水的循环和大气运动，主导调节大陆的气候，提供廉价的运输条件和高质量的水产食物。海洋中蕴藏着巨大的能源和矿物资源。

利用卫星进行通信和平常的地面通信相比较，具有下列优点：通信容量大；覆盖面积广；通信距离远； 可靠性高；灵活性好；成本低。通信卫星一般采用地球静止轨道，相当于静止在天空上。若有3颗地球静止轨道卫星，彼此相隔120度，就可实现除地球两极部分地区外的全球通信。

通信卫星已用于国际、国内和军事通信业务，同时开展了区域性通信和卫星对卫星的通信。卫星通信技术已赋有很浓的军事色彩，它在战略通信和战术通信中占有绝对的优势。各国已有的国际、国内卫星通信系统都承担着军事通信任务。

广播卫星是一种主要用于电视广播的通信卫星。这种广播卫星不需要经过任何中转就可向地面转播或发射电视广播节目，供公众团体或者个人直接接收，因此又称为直播卫星。普通的家庭电视机配一架直径不大的天线和机顶盒就可以直接接收直播卫星的电视广播节目。

这种卫星发出一对频率非常稳定的无线电波，海上船只、水下的潜艇和陆地上的运动体等都可以通过接收卫星发射的电波信号来确定自己的位置。利用导航卫星进行导航是航天史上的一次重大技术突破，卫星可以覆盖全球进行全天候导航，而且导航精度高。

卫星测地的原理与卫星导航的原理相似。由于地面上的测量站是固定的，所以测量精度比对舰船导航定位的精度高。卫星测地达到的精度比常规大地测量的精度高几十倍以上。测地卫星可完成大地测量、地形测定、地图测绘、地球形状测量，以及重力和地磁场测定。测地卫星有主动和被动之分，可采用三角测量、激光测距、多普勒系统等多种手段达到测地目的。

轨道轰炸系统是一种空间对地的进攻型武器。其任务是将武器部署在地球轨道上，当它绕地球运行到指定位置时，用反推减速火箭使其减慢速度，降低轨道，按地面指令射向目标。

技术验证卫星是对航天领域中的各种新原理、新技术、新系统、新设备以及新材料等进行在轨实验的卫星。航天技术中有很多新原理、新材料、新仪器，其能否使用，必须在天上进行试验；一种新卫星的性能如何，也只有把它发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；人上天之前必须先进行动物试验等等。这些都是技术试验卫星的使命。多数情况下，科学卫星也兼有技术试验功能。

按运行轨道高度划分，卫星可分为低轨道卫星、中轨道卫星、高轨道卫星。

一般把200千米～2000千米高的轨道称之为低轨道，2000千米～20000千米高的轨道称之为中轨道，20000千米以上的轨道称之为高轨道。如，大部分对地观测卫星运行都在低轨道。若轨道过高，航天器将进入或接近地球辐射带；若轨道过低，残余大气阻力明显增加，大大提高保持航天器轨道的推进剂消耗量。而对地观测卫星会运行在500～1000千米高的轨道，这样既能获得清晰度较高的地面图片，也有一定的覆盖范围。

按重量划分，重量在1000kg以上的卫星统称为大卫星或大型卫星，500至1000千克的为小型卫星；100至500千克的叫微小卫星；10至100千克的是微型卫星；1至10千克的叫纳卫星；0.1至1千克的叫皮卫星；重量小于0.1千克的叫飞卫星。

卫星的结构形式因其具体用途而有较大差别，但从功能上看主要都是由承力结构、外壳、安装部件、天线结构、太阳能电池阵结构、防热结构及分离连接装置等组成。

承力结构与运载火箭相连接，承受发射时火箭的推力，因而需要有很高的强度和刚度，一般由铝合金、钛合金或纤维增强复合材料的薄壁结构或蜂窝夹层结构制成的壳体或杆件组成。

外壳构成卫星本体的外形，也承受一部分外力，起到承力构件的作用。外壳的形状可以是球形、多面柱形、锥形或不规则多面体等。除维持外形外，外壳还应满足容积、热控制、防辐射等功能要求。其结构形式有半硬壳式、蜂窝结构和夹层结构、整体结构和柔性张力表面结构等。

安装部件是安装仪器设备并保证安装精度和防震、防磁、密封等要求的结构，它可以是仪器舱式或者安装盘式。

天线结构为抛物面形或平板形，有固定式和展开式。由于发射的要求，大的天线在发射时是折叠起来的，进入太空后再展开。为防止热变形影响天线的电性能，通常用线膨胀系数很小的石墨纤维复合材料制成。可展开式天线有伞式、花瓣式、渔网式和桁架式。

太阳能电池阵可以是一组粘贴在外壳表面的太阳能电池片；为了增大太阳能电池的面积，也可以是太阳能电池帆板。电池帆板是在进入太空后展开成翼状，所以也称太阳能电池翼。在空间不必考虑空气阻力的问题，因而太阳能电池帆板可以是非对称的。

卫星功能的实现对其姿态都有一定的要求，如通信卫星要求转发天线始终朝向地面的接收地点，太阳观测卫星要求其射线探测仪始终对准太阳等。卫星通过姿态控制系统稳定自己的姿态。卫星的姿态稳定控制有自旋稳定、重力梯度稳定和三轴稳定控制等方式。

自旋稳定方式的卫星要求构型是轴对称结构，这类卫星的形状一般是圆柱形、球形或椭球形。卫星通过绕对称轴的转动，利用陀螺的定轴性进行稳定控制。如中国的“实践”1号实验卫星，是典型的球形对称结构；“东方红”2号通信卫星是圆柱形结构，并且圆柱的直径大于高度，这是为了使自转轴与最大转动惯量轴重合，有利于稳定。卫星本体绕圆柱轴线旋转，天线部分则反向等速旋转，构成双自旋稳定结构。

重力梯度稳定方式的卫星有一根顶端装有一定质量的重力杆，利用卫星各部分质量受到的不相等引力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高度，为使发射时能装入运载火箭整流罩内，重力杆做成可伸缩机构，发射时重力杆收拢在卫星体内，入轨后再伸展到需要的长度。

三轴稳定控制对外形的要求比较自由，它是通过姿态敏感器、姿态控制器和姿态控制发动机组成的姿态控制系统控制姿态。另外还有以三轴惯性飞轮为主，姿态控制发动机为辅的三轴姿态控制方式。对于用三轴姿态控制稳定方式的卫星，其结构不需要是对称的，如中国和巴西合作的中巴资源卫星，由于其冷却系统要求一面不能朝向太阳，因而设计成单太阳能电池帆板式。日本地球资源卫星除了有单太阳能电池帆板的特点外，还有很大的合成孔径天线。

人造地球卫星无论从外形还是内部结构上讲，可以说千差万别，但是它们在系统组成上都包括两大部分，即公用系统和专用系统。卫星的公用系统是指不管任何类型和用途的卫星都必须配备的系统，公用系统的集成现统称为“平台”；而专用系统则是指不同用途的卫星，为了完成技术任务而配备的特有系统，专用系统现统称为“有效载荷”。

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。

卫星的专用系统（有效载荷）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就是各种遥感器，它包括可见光照相机、多光谱相机、多光谱扫描仪、红外相机、微波辐射计和微波扫描仪和合成孔径雷达等；气象卫星的有效载荷包括扫描辐射计、红外分光计、垂直大气探测器和大气温度探测器等；通信卫星的有效载荷主要是通信转发器及通信天线；天文卫星的有效载荷是各种类型的天文望远镜，包括红外天文望远镜、可见光天文望远镜和紫外天文望远镜等。典型卫星型号

斯普特尼克1号卫星即人造地球卫星1号，是前苏联研制发射的第一颗地球卫星，也是人类研制发射的第一颗人造地球卫星，开启了人类的航天时代。该卫星于1957年10月4日由卫星号运载火箭在拜科努尔发射场发射，主要用于获取高层大气密度、无线电电离层传输等方面测量数据。该卫星在轨工作了22天，于1958年1月4日再入大气层烧毁。斯普特尼克1号卫星在轨运行期间还探测到空间微流星体。

斯普特尼克一号

1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”升空飞行。“斯普特尼克1号”（俄语:Спутник-1，又称“卫星一号”，俄语名原意“旅行者”）由前苏联火箭专家科罗廖夫利用导弹改制而成，由卫星号运载火箭从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射升空。“斯普特尼克1号”在轨运行了92天，绕地球飞行约1400圈，运转了六千万公里，最后于1958年1月4日脱离轨道坠入大气层烧毁

这颗卫星的本体是一只用铝合金做成的圆球，直径为58厘米，重近83.6千克。圆球外面附着4根弹簧鞭状天线，其中一对长240厘米，另一对长290厘米。在发射后的3个星期内，卫星以20.005和40.002兆赫的频率向地球发送无线电波信号。

当“斯普特尼克1号”于哈萨克拜科努尔航天中心发射之时，正值是联合国所公布的国际地球观测年（又译作国际地球物理年），器成为第一个进入外层空间的人造物体，在外层空间向地球发送无线电波信号，并可由业余无线电用户所接收。其发送一直持续至1957年10月26日，才因为电池用尽而中断。1958年初，“斯普特尼克1号”失去动力，脱离其工作轨道并坠入大气层。

“斯普特尼克1号”升空的意义，在于通过量度其轨道变化，有助研究高空地球大气层的密度，并为于电离层作无线电波传递提供原始的资料。“斯普特尼克1号”也作了第一次人造物体作陨石探测的尝试。。

1970年4月24日，中国第一颗人造地球卫星在酒泉卫星发射中心成功发射，由此开创了中国航天史的新纪元，使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。东方红1号卫星重173 千克，由长征一号运载火箭送入近地点441千米、远地点2368千米、倾角68.44度的椭圆轨道。它测量了卫星工程参数和空间环境，并进行了轨道测控和《东方红》乐曲的播送。

1967年初，国防科委正式确定中国第一颗人造卫星要播送《东方红》乐曲，让全世界都听一听远东中国的声音。年底，国防科委又为这颗卫星正式命名为“东方红一号”。1968年1月，国家正式批准了“东方红一号”人造地球卫星的研制任务书。

1970年1月30日，供预期飞行试验用的两级火箭发射成功，表明中国已具备发射卫星的能力。 在先后完成空间模拟实验和地面测控跟踪系统之后，装载卫星和火箭的专列于当年4月1日秘密抵达位于酒泉的卫星发射基地。4月17日，“长征一号”运载火箭和东方红一号卫星顺利进入2号发射阵地。18日，火箭与卫星开始垂直测试；19日，各分系统测试，一切准备就绪。

1970年4月24日21时35分，东方红一号卫星由长征一号运载火箭发射升空，中国成为世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。

1970年5月14日，东方红一号卫星停止发射信号，《东方红》乐曲停止播放，卫星结束了其工作寿命。