人造衛星的分類
60年代以來,人造衛星的發射數量約占航天器發射總數的90%以上,它是用途最廣、發展最快的航天器。一般來說,人造衛星可按運行軌道分為:低軌道、中高軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、太陽同步軌道、大橢圓軌道和極軌道7大類。但是人們習慣上更多是按用途劃分為科學、技術試驗和應用衛星三個大類。
應用類衛星直接服務於國民經濟和軍事需要,在人造衛星中種類最繁雜,發射量也高居榜首。按用途的性質,應用衛星也可分為三個大類:信號中繼——用於電話、電報、廣播、電視及數據傳輸的廣播通信衛星;對地觀測——用於氣象觀測、資源勘探和軍事偵察的衛星;導航定位基準——用於導航、定位和測量的導航及大地測量衛星。
通信衛星
通信衛星分為國際通信衛星和國內通信衛星兩大類。國際通信衛星是指國際間的衛星通信組織發射的衛星。1964年4月,在美國成立了一個國際商用衛星通信組織,它已先後發射了6代34顆國際通信衛星,衛星代號是INTELSATⅠ-Ⅵ號。它的轉發器數量由開始的2個,已逐步增加到目前的30個;通信容量由Ⅰ號240路電話通道擴展到Ⅵ號12萬條話路和3路彩色電視通道;設計壽命也由1.5年增長到7~10年。不過,國際通信衛星的功率比較小,國內的通信業務不能用它傳送。另外,用它來轉播電視節目,需要地麵站接收後送到電視台才能轉播給用戶。
衛星地麵站的構成
通信衛星的信號,必須通過衛星地麵站進行傳送。它一般由6個分係統組成:
天線分係地麵站的天線好像一口大鍋,麵向通信衛星,它的直徑一般是10.30米,由天線本身、饋電部分、跟蹤部分和驅動部分組成。
發射分係統將需要播發的音頻和視頻信號調製到工作波段的載波上,經大功率放大後,經天線向衛星發射出去。
接收分係統接收來自衛星的信號,經放大、檢波後,再發送到終端係統。
終端分係統由載波電話終端設備、電視終端設備、傳真終端設備和數據終端設備等組成。
通信監控分係統負責對地麵站內的各種設備進行監視、控製和定期測試。
電源分係統為全部地麵站設備提供電源。
地麵站是衛星通信係統中重要的組成部分,各種用途的地麵站略有差異,但基本設施相同。
美國的通信衛星
1958年12月18日,美國首先發射一顆攜帶了美國總統講話錄音帶的“斯科爾”號衛星,試驗了衛星向地麵發送語音的可行性。
1961年7月10日,美國又發射了“電星”1號通信衛星,成功地進行了橫跨大西洋的美國與法國、英國的首次電視中繼轉播、照片傳真和電話通信實驗。它們都是近地軌道衛星,軌道周期短,隻有90多分鍾到100多分鍾,經過某地上空的時間最多隻有十幾分鍾,兩地要用同一衛星通信的機會很少。
國際衛星通信係統
蘇聯集團國際衛星通信係統該係統早在1971年11月15日由蘇聯、東歐等9國籌建,後又發展了越南、敘利亞等5個成員國。此外,還有一些發展中國家也租用該係統的衛星通信信道進行國際通信。該係統主要提供電視節目、電視電話會議和數傳服務。
歐洲衛星通信係統始建於1985年9月1日,截止1990年上半年已有27個成員國,由5顆衛星組網,為各成員國提供視頻會議、電話會議、高速傳真、電視教育和各種商業通信等。
阿拉伯衛星通信係統主要用於阿拉伯國家間通信聯絡和建立農村地區通信網、電視廣播節目等。由3顆衛星組成,於1985年投入使用。主要使用C頻段和S頻段2500~2690兆赫。
非洲國家衛星通信係統於1985年8月籌組,由非洲的22個國家在歐洲空間局幫助下組網,已開始投入使用。
國際海事衛星通信係統這是專門提供海事通信的國際組織,到1989年4月已經對8759個船舶電台包括陸上設置的965個電台提供了電報、電話直通業務以及遇險呼救服務。該係統在大西洋、太平洋和印度洋上空各發射一顆通信衛星,使用頻率分為:星—船間16千兆赫~15千兆赫頻段,星—岸間6千兆赫~4千兆赫頻段。
氣象衛星
氣象衛星實質上是一個高懸在太空的自動化高級氣象站,是空間、遙感、計算機、通信和控製等高技術相結合的產物。由於軌道的不同,可分為兩大類,即:太陽同步極地軌道氣象衛星和地球同步氣象衛星。前者由於衛星是逆地球自轉方向與太陽同步,所以又稱太陽同步軌道氣象衛星;後者是與地球保持同步運行,相對地球是不動的靜止軌道氣象衛星,又稱地球同步軌道氣象衛星。衛星雲圖的拍攝也有兩種形式:一種是借助於地球上物體對太陽光的反射程度而拍攝的可見光雲圖,隻限於白天工作;另一種是借助地球表麵物體溫度和大氣層溫度輻射的程度,形成紅外雲圖,可以全天候工作。
氣象衛星,可連續、快速、大麵積地探測全球的大氣變化情況。從1960年4月1日美國發射第一顆試驗氣象衛星至1990年底,30年間全世界共發射116顆氣象衛星,形成了全球氣象衛星網,消滅了全球4/5地方的氣象觀測空白區,使人們能獲得連續的、全球範圍內的大氣運動規律,作出精確的氣象預報,大大減少災害性損失。據統計,如果對自然災害能有3~5天的預報,就可以減少農業方麵的30%~50%的損失,僅農、牧、漁業就可年獲益1.7億美元,每年還能減少經濟損失50億美元。例如,自1982年至1983年,在中國登陸的33次台風無一漏報。1986年在廣東汕頭附近登陸的8607號台風,由於預報及時準確,減少損失達10多億元。
“風雲”1號
中國於1988年9月7日首次發射了一顆太陽同步軌道實驗性氣象衛星,星上主要遙感儀器是兩台五通道可見光和紅外掃描輻射儀,掃描寬度可達3000千米,星下點分辨率為1.1千米。衛星發送資料有三種方式:一是甚高分辨率圖像傳輸HRPT發射機;二是高分辨率圖像傳輸APT發射機;三是延時圖像傳輸DPT發射機。衛星進入近圓形軌道不久,就發回了氣象信息。這顆氣象衛星星體呈六麵體,為1.4米×1.4米×1.2米,星體外側對稱安裝6塊太陽電池帆板,全部展開後星體總長8.6米,6塊帆板上共裝有14000片太陽能電池,可以產生800瓦電力,電池效率為11.5%~12%。衛星軌道高度900千米,傾角99度,運行周期103分鍾,姿控方式為三軸穩定對地定向。
民用氣象衛星
1968年8月,從一顆“艾薩”衛星發出的最新雲圖,預示一場罕見的強台風就要來臨。於是,氣象部門立即向當地居民發出警報,要求他們迅速向北轉移。結果,避免了一場可能會造成5000多人死亡的悲劇。
1985年8月,中國東北三省受到6號、8號、9號強台風的襲擊,河水暴漲,泛濫成災。由於氣象部門根據衛星雲圖及早地做出了正確的預報,減少了損失。
1986年4月21日14時,中國國家氣象局衛星氣象中心根據衛星紅外雲圖的分布,及時發現了內蒙興安盟地區長70千米~80千米,寬25千米的森林大火。為及時撲滅山火發揮了不可替代的作用。
被命名為“卡拉”和“卡米爾”的颶風曾被國際氣象組織準確測出,及時的預報使30萬人撤離,5萬人免於喪生。
戰略衛星通信係統
美國從1966年就開始正式發射軍用通信衛星,它們的名稱為“國防衛星通信係統”DSCS。1991年的海灣戰爭中,美國軍隊就大量采用衛星通信,在海灣戰場上負責多國部隊前線總指揮的中央指揮司令部,利用TCS9200衛星係統將沙特、伊、科邊境的戰況,及時傳送到遠在10000多千米之外的美國五角大樓。國防通信局處理的從沙特到美國本土的通信業務中有90%是經衛星傳輸的,衛星通信係統成為遠程戰略通信的主角。它大大增強了多國部隊的戰鬥力和安全性。在整個海灣戰爭期間,多國部隊以美國全球軍事指揮控製係統WWMCCS為核心,進行戰略任務和組織協調工作,以國防數據網DDN為主要戰略通信手段,用三軍聯合戰術通信係統TRITAC來協同陸、海、空軍的戰術通信,構成了完整的陸、海、空、天一體化通信網,保障了戰區通信的需要。
在這些通信網絡中,衛星通信是戰區中央指揮司令部與美國五角大樓總指揮部和各盟國指揮當局的主要戰略通信手段。多國部隊通過國防衛星通信係統,動用了14顆通信衛星,它們包括用於戰略通信的“國防通信衛星”Ⅱ型2顆、“國防通信衛星”Ⅲ型4顆;用於戰術通信的艦隊通信衛星3顆,“辛康”Ⅳ型通信衛星4顆。還有一顆主要用於英軍通信的“天網”Ⅳ通信衛星。多國部隊各軍兵種都配有一批國防衛星通信係統接收機和通信接口。另外,在沙特的美軍部隊還配有一支20人組成的衛星通信分隊操作衛星地麵站,用以確保衛星通信網正常運轉的。
“發現者”
1959年2月28日,美國發射了第一顆試驗偵察衛星“發現者”1號。“發現者”係列衛星是一種回收型照相偵察衛星,通過它拍攝的照片,曾偵察到蘇聯研製新一代洲際導彈及其拜科努爾發射場的情況。它是用雷神—阿金納運載火箭從範登堡空軍基地發射升空的,是美國第一顆成功的極地軌道衛星。從那時直到1962年2月,美國一共發射了38顆“發現者”偵察衛星,其中成功進入軌道的26顆,成功回收的12顆。“發現者”衛星與“阿金納”末級火箭連為一體進入軌道,長5.94米,直徑1.52米,呈圓柱形,起飛重量3850千克,軌道重量770千克。最後一顆“發現者”38號重952千克,衛星的回收艙長0.68米,直徑0.84米,重135千克。“發現者”衛星軌道呈橢圓形,近地點介於103千米至208千米,遠地點介於208千米至1032千米,入軌後運行1至4天。
從1961年至1972年,美國研製和發射了第二代照相偵察衛星。衛星的性能越來越好。10年內,這一代衛星共發射成功87顆,其中包括19顆電子偵察衛星。70年代以後,美國大量使用第三代名叫KH9的詳查偵察衛星,共發射入軌95顆,其中8顆為電子偵察衛星。最初在軌道上隻能飛行14至17天,發展到後期可達到90天。
1982年英阿馬島之戰,美國利用偵察衛星及時發現了阿根廷“貝爾格拉諾將軍”號巡洋艦的座標和航向,英軍統帥部在接到美國的情報後及時進行部署,於同年5月2日,英軍核動力潛艇“征服者”號一舉擊沉“貝爾拉格諾將軍”號,艦上368名官兵全部喪生。