人造卫星
航天器類型
人造卫星（英语：Satellite），在不产生歧义的情况下亦称卫星，是由人类建造的一种航天器，也是数量最多的一种。人造卫星以太空飞行载具如运载火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星运行。通信卫星就是在地球轨道上，放置卫星，以作为地面微波与广播站间的通信媒介。[1]虽然通信卫星的造价很高，但由于能传输大量的信息，而且免除架设的费用，因此对于长距离的传输仍是最普遍与最经济的方法；因为一个通信卫星所传播的地域相当的大，只要三个通信卫星就能涵盖地球上大部分的地域。人造卫星除了自身具备的功能以外，也衍伸出太空垃圾的隐忧。
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结构
人造卫星一般由有效载荷（payload）和卫星平台。有效载荷是指为了直接实现该卫星的应用目的或者科研任务各种仪器设备。卫星平台则是用于支持有效载荷正常工作的所有保障系统的总成[2]。一般来说卫星平台的设计在一段时期内都是相对稳定的，在升级换代前只会做小幅改良。只要功能合适，某一种卫星平台可以根据需要搭载各种各样的有效载荷。例如嫦娥一号和二号卫星使用的都是东方红三号卫星平台，但它们各自搭载的有效载荷则是不一样的。卫星平台又分为多个子系统：
- 有效有效载荷（不同类型卫星均不同，共同的有：）
- 对地相机
- 恒星相机
- 搭载的有效有效载荷
- 卫星平台（为有效有效载荷的操作提供环境及技术条件，包括：）
- 服务系统
- 热控分系统
- 姿态和轨道控制分系统
- 程序控制分系统
- 遥测分系统
- 遥控分系统
- 跟踪和测试分系统
- 供配电分系统
- 返回分系统（限于返回式卫星）
- 卫星结构平台
- 服务系统
人造卫星供电和电子系统制冷
大部分人造卫星采用太阳能板提供电源，也有部分使用放射性同位素热电机供电。因为无法长期人为维护，人造卫星的供电系统常采用热电发电器与核反应堆、光伏电板组合使用的设计方式。根据麻省理工学院的唐爽和崔瑟豪斯夫人提出的“唐-崔瑟豪斯理论”，[3][4] 提高电子-空穴的非对称性、增加有效带隙、带边对齐等方法在大多数半导体材料中均可以提高热电发电材料系统的能源转换率。通常也可附件材料纳米化的方法，但该方法更适合运用于低载流子浓度的热电发电材料体系。[5][6]
对电子系统的热管理和制冷技术是维持人造卫星的计算、通信、遥感系统正常运作的必要前提。目前常采用热电主动制冷技术，包括“珀耳帖冷却器”、“能斯特-埃廷斯豪森冷却器”和“唐-崔瑟豪斯冷却器”。
人造卫星工程系统
人造卫星能够成功执行预定任务，单凭卫星本身是不行的，而需要完整的卫星工程系统，一般由以下系统组成：
- 发射场系统
- 运载火箭系统
- 卫星系统
- 测控系统
- 卫星应用系统
- 回收区系统（限于返回式卫星）
分类
在航天器分类中的位置
| 航天器 |
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按轨道种类区分
按轨道高度区分
- 高轨道卫星：运行于地球静止轨道。高轨道卫星距离地表约36000公里高空，并且于赤道上绕行地球，又称同步轨道卫星或地球静止轨道卫星
- 中轨道卫星：运行于中地球轨道（MEO: Medium-Earth Orbit）
- 低轨道卫星（又称地表卫星）：运行于低地球轨道（LEO: Low-Earth Orbit）
按卫星重量区分
- 大型卫星：大于1000kg（1吨）。
- 中型卫星：界于500到1000kg（半吨）。
- 小型卫星：不到500kg的都叫小型卫星，其中分类如下：
- 迷你型卫星：500到100kg
- 微卫星：小于100kg
- 纳卫星：10kg或更低
- 皮卫星：按国际标准约1.3kg
- 飞卫星：仅以公克为单位
依用途区分
- 科学卫星
- 气象卫星：古时候的人们对于多变的气候，最多只能凭着经验加以揣测。而气象卫星的出现，使得人们得以掌握数日内的气候变化。气象卫星从遥远的太空中观测地球，不但能观测大区域天气的变化，针对小区域的天气变化做观察也一样是他的例行任务。一般我们在看新闻的天气预报时，主播背后的那幅卫星云图就是气象卫星的观测结果。而台风的预报更是大家耳熟能详的。气象卫星除了对地球天气与气候的观察外，他还能对所谓的太空天气做监测工作。如太阳表面的风暴便属此类。此类的事件经常会造成地球上许多电器物件损毁。气象卫星还有其他功能。它能为诸如洪涝、森林大火等天然灾害提供监测情报，同时也能对诸如渔场资源、或土地资源提供一定的情报。如此可使各种天然资源开发与天灾救助达到事半功倍的效果。
- 地球观测卫星：这些卫星允许科学家聚集有价值的关于地球的生态系统的数据。
- 天文卫星
- 应用卫星
卫星服务
发射国家和机构
截至20世纪末，全球只有少数国家具有独立卫星发射能力。这些国家和地区包括（截至2013年）：俄罗斯、美国、法国、日本、中国、英国、印度、以色列、伊朗、朝鲜和韩国。伊拉克的发射并未被承认。巴西在1997、1999和2003年进行了3次发射尝试，但均未成功。直到今天仍有少数国家依旧尝试进入航天俱乐部。早期意大利和哈萨克斯坦都具备火箭和卫星研发技术条件，并且都有火箭发射场（圣马科意海上平台和拜科努尔发射场，主要为美国和俄国担负发射任务）。乌克兰具备火箭制造能力但却不具备发射场等条件。多国合作的欧洲空间局ESA，以及私有的海上发射公司等公司也被认为是航天俱乐部的成员。
能发射卫星的国家
| 次序 | 国家 | 首次发射年份 | 火箭 | 卫星 |
|---|---|---|---|---|
| 1 |  苏联 |
1957 | Sputnik-PS | Sputnik 1 |
| 2 |  美国 |
1958 | 朱诺一号运载火箭 | 探险者1号 |
| 3 |  法国 |
1965 | 钻石 | Astérix |
| 4 |  日本 |
1970 | Lambda-4S | Ōsumi |
| 5 |  中华人民共和国 |
1970 | 长征一号 | 东方红一号 |
| 6 |  英国 |
1971 | 黑箭运载火箭 | Prospero X-3 |
| 7 |  印度 |
1980 | SLV | Rohini |
| 8 |  以色列 |
1988 | 沙维特 | Ofeq 1 |
| — |  俄罗斯[1] |
1992 | Soyuz-U | Template:Kosmos |
| — |  乌克兰[1] |
1992 | Tsyklon-3 | Strela (x3, Russian) |
| 9 |  伊朗 |
2009 | 信使二号 | 希望号 |
| 10 |  朝鲜 |
2012 | 银河3号 | 光明星3号 (2期) |
| 11 |  韩国 |
2013 | 罗老号运载火箭 | STSAT-2C |
- 说明
- 俄罗斯和乌克兰的发射能力继承自前苏联。
- 法国、英国使用自己的发射器在外国航天发射场发射了本国的第一颗人造卫星。
- 伊拉克（1989）声称进行过轨道发射（相应地包括卫星和武器弹头），但未予承认。
- 除此以外，包括南非、西班牙、意大利、德国、加拿大、澳大利亚、阿根廷、埃及在内的国家以及例如OTRAG这样的私人公司，都发展了各自的发射器，但均未成功发射。
- 截至2013年，只有十个上述列表中的国家（俄罗斯和乌克兰取代前苏联，以及美国、日本、中国、印度、以色列、伊朗、朝鲜和韩国）和一个区域组织（欧洲空间局，ESA）通过本国研制的发射装置独立地完成了人造卫星发射。（现时英国和法国的发射能力归于欧洲空间局之下）
- 不少其它国家，包括巴西、巴基斯坦、罗马尼亚、中华民国、印尼、哈萨克、澳大利亚、马来西亚以及土耳其，正处于开发各自小型发射器能力的不同阶段。
各国首次成功发射的卫星
以下是航天俱乐部几大成员首次成功发射的卫星：
| 次序 | 发射时间 （UTC） |
国家 | 卫星名称 （原文） |
运载火箭 （原文） |
发射地点 （坐标） |
重量 （kg） |
备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1957年10月4日 19时28分34秒 |
苏联
|
斯普特尼克1号 Спутник-1 |
斯普特尼克运载火箭 Спутник 8К71ПС |
苏联哈萨克斯坦丘拉坦 拜科努尔航天发射场一号发射场区 45°55′13″N 63°20′32″E / 45.920278°N 63.342222°E |
83.6 | 研究地球电离层、测量外层空间大气层空气密度 |
| 2 | 1958年2月1日 03时47分56秒 |
美国
|
探险者一号 Explorer 1 |
朱诺一号运载火箭 Juno I |
美国佛罗里达州布里瓦德县卡纳维拉尔角 卡纳维拉尔角空军基地第26号发射工位A发射台 28°26′39″N 80°34′17″W / 28.44417°N 80.57139°W |
13.7 | 测量宇宙射线、地球范艾伦辐射带、微流星体以及卫星本体温度 |
| 3 | 1965年11月26日 14时47分21秒 |
法国
|
阿斯泰利克斯 Astérix 1 |
钻石号A型运载火箭 Diamant A |
阿尔及利亚贝沙尔省汉马吉尔 特种火箭联合测试中心B2发射场布丽吉特发射工位 30°46′42″N 3°03′14″W / 30.77833°N 3.05389°W |
42 | 钻石号A型运载火箭性能试验 |
| 4 | 1970年2月11日 04时25分 |
日本
|
大隅号（5） おおすみ（5） |
拉姆达-4S（5号机） L-4Sロケット（5号機） |
日本鹿儿岛县肝付町 内之浦宇宙空间观测所拉姆达发射台 31°15′08″N 131°04′43″E / 31.2523°N 131.0785°E |
23.8 | 试验运载火箭子级级间分离与火箭第4级入轨性能，卫星在轨运行10多小时 |
| 5 | 1970年4月24日 21时35分45秒 |
中华人民共和国
|
东方红一号 | 长征一号运载火箭（601904） | 中国内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗 酒泉卫星发射中心二号发射阵地5020工位 41°18′22″N 100°18′48″E / 41.306140°N 100.313220°E |
173 | 之前各国首发卫星当中最重的一颗，探测外层空间空间环境，测量卫星工程参数，轨道测控，播放《东方红》 |
| 6 | 1971年10月28日 04时09分29秒 |
英国
|
普罗斯帕罗 Prospero |
黑箭号运载火箭（R3） Black Arrow (R3) |
澳大利亚南澳大利亚州伍默拉军事禁区 伍默拉试验场五号发射场区B发射台 30°57′00″S 136°27′34″E / 30.9500°S 136.4595°E |
66 | 试验轻型太阳能电池帆板、热控以及电子设计，测量宇宙尘埃 |
| — | 1979年12月24日 17时14分38秒 |
 欧空局 |
阿里安遥测设备舱1号 CAT 1 |
阿丽亚娜一号运载火箭（L-01） Ariane 1 (L-01) |
法国法属圭亚那卡宴区库鲁 圭亚那航天中心阿里安一号发射场区 5°14′10″S 52°46′30″W / 5.236°S 52.775°W |
1602 | 阿里安一号运载火箭性能试验，携带压舱物 |
| 7 | 1980年7月18日 02时33分45秒 |
印度
|
罗希尼1B号（RS-1） Rohini-1B (RS-1) रोहिणी1B (आर एस - १) |
卫星运载火箭（3 D1） Satellite Launch Vehicle (3 D1) उपग्रह प्रक्षेपण यान (3 D1) |
印度安得拉邦内洛尔县斯里赫里戈达岛 萨迪什·达万航天中心一号发射台 13°43′59″N 80°14′06″E / 13.733°N 80.235°E |
40 | 卫星运载火箭性能试验，评估卫星性能，检验地面测控系统 |
| 8 | 1988年9月19日 09时34分 |
以色列
|
地平线1号 אופק 1 |
沙维特运载火箭 שביט |
以色列中央区帕勒马希姆 帕勒马希姆空军基地 31°53′04″N 34°40′49″E / 31.88444°N 34.68028°E |
157 | 测量外层空间大气层、磁场以及地球引力，进行外空间技术试验 |
| — | 1991年9月28日 07时05分 |
乌克兰
|
六颗俄罗斯制天箭三号卫星[注 3] Стрела-3 |
旋风三号运载火箭 Циклон-3 |
俄罗斯阿尔汉格尔斯克州米尔内 普列谢茨克航天发射场32号发射场区 62°54′23″N 40°47′12″E / 62.90639°N 40.78667°E |
6×220 | 军用通信卫星，苏联时期研制的运载火箭，火箭制造厂位于独立后的乌克兰境内，在俄罗斯境内发射升空。 |
| — | 1992年1月21日 15时00分00秒 |
俄罗斯
|
宇宙2175号 Космос-2175 |
联盟-U型运载火箭 Союз-У |
俄罗斯阿尔汉格尔斯克州米尔内 普列谢茨克航天发射场43号发射场区 62°55′12″N 40°28′1″E / 62.92000°N 40.46694°E |
6600 | 军用侦测卫星 |
| 9 | 2009年2月2日 18时34分 |
伊朗
|
希望号卫星 امید |
信使2号运载火箭 سفیر ۲ |
伊朗塞姆南省塞姆南市 塞姆南发射场 35°14′5″N 53°55′15″E / 35.23472°N 53.92083°E |
27 | 通信卫星 |
| 10 | 2012年12月12日 00时49分46秒 |
朝鲜
|
光明星3号 (2期) 광명성3호2호기위성 |
银河3号运载火箭 은하3호 |
朝鲜平安北道铁山郡东昌里 西海卫星发射场 39°39′36.27″N 124°42′19.06″E / 39.6600750°N 124.7052944°E |
100 | 通信卫星，广播金日成、金正日将军歌曲。 |
| 11 | 2022年6月21日 |
韩国
|
0.2吨的技术示范卫星和1.3吨的卫星模型 | 世界号运载火箭 | 韩国全罗南道高兴郡 罗老宇宙中心 34°25′54.72″N 127°32′6.25″E / 34.4318667°N 127.5350694°E |
1500 | 首个完全自主研发的火箭。 |
注释
- ^ Austria's first two satellites, TUGSAT-1 and UniBRITE, were launched together aboard the same carrier rocket in 2013. Both were based on the Canadian Generic Nanosatellite Bus design, however TUGSAT was assembled by Austrian engineers at Graz University of Technology while UniBRITE was built by the University of Toronto Institute for Aerospace Studies for the University of Vienna.[12]
- ^ Italian built (by La Sapienza) first Iraqi small experimental Earth observation cubesat-satellite Tigrisat [14] launched in 2014 [15][16] prior to ordered abroad also for $50 million the first national large communication satellite near 2015.[17][18][19]
- ^ 宇宙2157至2162号。
参考文献
引用
- ^ Wragg, David W. A Dictionary of Aviation first. Osprey. 1973: 234. ISBN 9780850451634.
- ^ ,谢础, 贾玉红, 黄俊, 吴永康. 航空航天技术概论（第2版）. 北京航空航天大学出版社. 2008: 8. ISBN 978-7-81124-428-1.
- ^ Dresselhaus, Mildred. New Ideas for Advancing Thermoelectric Performance. mrs.digitellinc.com. Materials Research Society. [October 13, 2020]. （原始内容存档于2023-06-19）.
- ^ Liu, Weishu. New trends, strategies and opportunities in thermoelectric materials: A perspective. Materials Today Physics. 2017, 1: 50–60 [2023-07-26]. doi:10.1016/j.mtphys.2017.06.001. （原始内容存档于2023-06-19）.
- ^ Tang, Shuang; Dresselhaus, Mildred. Building the Principle of Thermoelectric ZT Enhancement. 2014. arXiv:1406.1842
[cond-mat.mtrl-sci].
- ^ Tang, Shuang. Using Pseudo-ZTs for Thermoelectric Materials Search (PDF). ES Materials & Manufacturing. 2019, 4: 45–50 [2023-07-26]. S2CID 210801068. doi:10.30919/esmm5f213. （原始内容存档 (PDF)于2022-08-02）.
- ^ First time in History. The Satellite Encyclopedia. [2016-02-08]. （原始内容存档于2015-11-17）.
- ^ SATCAT Boxscore. celestrak.com. [2011-05-01]. （原始内容存档于2016-04-21）.
- ^ India launches Switzerland's first satellite
- ^ First Romanian satellite Goliat successfully launched. [2016-02-07]. （原始内容存档于2014-04-06）.
- ^ Azerbaijan`s first telecommunications satellite launched to orbit. APA. [2016-02-07]. （原始内容存档于2016-04-10）.
- ^ Nanosatellite Launch Service. University of Toronto Institute for Aerospace Studies. [2013-03-02]. （原始内容存档于2013-03-10）.
- ^ PUCP-SAT-1 Deploys POCKET-PUCP Femtosatellite. AMSAT-UK. [2013-12-20]. （原始内容存档于2013-12-14）.
- ^ Iraq to launch its first satellite before the end of 2013. [2016-02-07]. （原始内容存档于2012-09-15）.
- ^ 存档副本. [2016-02-07]. （原始内容存档于2021-02-09）.
- ^ Iraq launches its first satellite – TigriSat. [2016-02-07]. （原始内容存档于2021-02-09）.
- ^ Iraq launching the first satellite into space at a cost of $ 50 million. [2016-02-07]. （原始内容存档于2013-07-09）.
- ^ Iraqi first satellite into space in 2015. [2016-02-07]. （原始内容存档于2012-09-15）.
- ^ 存档副本. [2013-02-11]. （原始内容存档于2012-09-15）.
来源
- 书籍
- 林华宝 著：《返回式卫星》 清华大学出版社、暨南大学出版社 (ISBN 978-7-302-04882-4)
外部链接
- 卫星的运行轨迹图 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 所有卫星的实时轨迹.（中文）（德文）（英文）（西班牙文）（法文）（意大利文）（葡萄牙文）
- INTELSAT and PANAMSAT （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Gunter's Space Page - Lists of nearly all satellites（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Lloyd's satellite constellations （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- everything, customized searchable catalogue[永久失效链接]
- J-Track 3D（页面存档备份，存于互联网档案馆） displays a globe and orbiting satellites.
- Satellite Tracking in Recreation Radio Amateur[永久失效链接] an excellent link to many links
- UN Office for Outer Space Affairs（页面存档备份，存于互联网档案馆） ensures all countries benefit from satellites
- Satellite Radio
- Satellite Provider
