衛(wèi)星是有意放入軌道的物體。這些物體被稱(chēng)為人造衛(wèi)星,以區(qū)別于地球的月球等天然衛(wèi)星。
1957年10月4日,蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星Sputnik 1。從那時(shí)起,來(lái)自 40 多個(gè)國(guó)家的約 8,900 顆衛(wèi)星已發(fā)射。根據(jù) 2018 年的估計(jì),約有 5,000 顆仍在軌道上。其中,約有 1,900 架處于運(yùn)行狀態(tài),而其余的已超過(guò)其使用壽命并成為空間碎片。大約 63% 的運(yùn)行衛(wèi)星處于低地球軌道,6% 處于中地球軌道(20,000 公里),29% 處于地球靜止軌道(36,000 公里),其余 2% 處于各種橢圓軌道。
衛(wèi)星按照功能分成不同用途的衛(wèi)星。
- 天文衛(wèi)星是用于觀測(cè)遙遠(yuǎn)行星、星系和其他外太空物體的衛(wèi)星。
- 生物衛(wèi)星是設(shè)計(jì)用于攜帶生物體的衛(wèi)星,通常用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
- 通信衛(wèi)星是為了通信目的而駐扎在太空中的衛(wèi)星?,F(xiàn)代通信衛(wèi)星通常使用地球同步軌道、 Molniya 軌道或低地球軌道。
- 地球觀測(cè)衛(wèi)星是用于非軍事用途的衛(wèi)星,例如環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象學(xué)、地圖制作等。
- 導(dǎo)航衛(wèi)星是使用發(fā)射的無(wú)線電時(shí)間信號(hào)使地面上的移動(dòng)接收器能夠確定其確切位置的衛(wèi)星。衛(wèi)星和地面接收器之間相對(duì)清晰的視線,再加上不斷改進(jìn)的電子設(shè)備,使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠以幾米的精度實(shí)時(shí)測(cè)量位置。
- 殺手衛(wèi)星是旨在摧毀敵方彈頭、衛(wèi)星和其他太空資產(chǎn)的衛(wèi)星。
- 載人航天器(宇宙飛船)是大型衛(wèi)星,能夠?qū)⑷祟?lèi)送入(和超越)軌道,并將他們送回地球。包括可重復(fù)使用系統(tǒng)的航天飛機(jī)在內(nèi)的航天器具有主要的推進(jìn)或著陸設(shè)施。它們可以用作往返軌道站的交通工具。
- 小型化衛(wèi)星是質(zhì)量異常低且尺寸小的衛(wèi)星。[18]新的分類(lèi)用于對(duì)這些衛(wèi)星進(jìn)行分類(lèi):小衛(wèi)星(500-1000 公斤)、微型衛(wèi)星(100 公斤以下)、納米衛(wèi)星( 10 公斤以下)。
- 偵察衛(wèi)星是為軍事或情報(bào)應(yīng)用部署的地球觀測(cè)衛(wèi)星或通信衛(wèi)星。人們對(duì)這些衛(wèi)星的全部功能知之甚少,因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)這些衛(wèi)星的政府通常會(huì)將與其偵察衛(wèi)星有關(guān)的信息保密。
- 恢復(fù)衛(wèi)星是提供從軌道到地球的偵察、生物、空間生產(chǎn)和其他有效載荷恢復(fù)的衛(wèi)星。
- 天基太陽(yáng)能衛(wèi)星是提議的衛(wèi)星,它們將從太陽(yáng)光中收集能量并將其傳輸?shù)降厍蚧蚱渌胤绞褂谩?/li>
- 空間站是為人類(lèi)在外太空生活而設(shè)計(jì)的人造軌道結(jié)構(gòu)??臻g站與其他載人航天器的區(qū)別在于它缺乏主要的推進(jìn)或著陸設(shè)施??臻g站是為在軌道上的中期生活而設(shè)計(jì)的,為期數(shù)周、數(shù)月甚至數(shù)年。
- 系繩衛(wèi)星是通過(guò)稱(chēng)為系繩的細(xì)電纜連接到另一顆衛(wèi)星的衛(wèi)星。
- 氣象衛(wèi)星主要用于監(jiān)測(cè)地球的天氣和氣候。
衛(wèi)星的多功能性嵌入在其技術(shù)組件和運(yùn)行特性中,查看典型衛(wèi)星的“解剖結(jié)構(gòu)”,可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)模塊。
航天器總線模塊由以下子系統(tǒng)組成 :
結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)為機(jī)械基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度,以承受發(fā)射過(guò)程中的應(yīng)力和振動(dòng),在軌道站上保持結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性,并保護(hù)衛(wèi)星免受極端溫度變化和微隕石損壞。
遙測(cè)
遙測(cè)子系統(tǒng)(又名命令和數(shù)據(jù)處理,C&DH)監(jiān)控機(jī)載設(shè)備運(yùn)行,將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)降厍蚩刂普?,并接收地球控制站的命令以?zhí)行設(shè)備運(yùn)行調(diào)整。
電源
電力子系統(tǒng)可能包括將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池板、調(diào)節(jié)和分配功能,以及在衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影時(shí)儲(chǔ)存電力并為衛(wèi)星供電的電池。核動(dòng)力源(放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī))也被用于幾個(gè)成功的衛(wèi)星計(jì)劃,包括Nimbus 計(jì)劃(1964-1978 年)。
熱控制
熱控制子系統(tǒng)有助于保護(hù)電子設(shè)備免受由于強(qiáng)烈陽(yáng)光或衛(wèi)星主體不同側(cè)面缺乏陽(yáng)光照射而導(dǎo)致的極端溫度(例如光學(xué)太陽(yáng)能反射器)
姿態(tài)和軌道控制
·姿態(tài)和軌道控制子系統(tǒng)由測(cè)量飛行器方向的傳感器、嵌入在飛行軟件中的控制規(guī)律和執(zhí)行器(反作用輪、推進(jìn)器)組成。這些應(yīng)用所需的扭矩和力將車(chē)輛重新定向到所需的高度,使衛(wèi)星保持在正確的軌道位置,并使天線指向正確的方向。
第二個(gè)主要模塊是通信有效載荷,它由轉(zhuǎn)發(fā)器組成。轉(zhuǎn)發(fā)器能夠:
- 接收來(lái)自地球衛(wèi)星發(fā)射站(天線)的上行無(wú)線電信號(hào)。
- 放大接收到的無(wú)線電信號(hào)
- 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分類(lèi),并通過(guò)輸入/輸出信號(hào)復(fù)用器將輸出信號(hào)引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)南滦墟溌诽炀€,以便重新傳輸?shù)降厍蛐l(wèi)星接收站(天線)。
當(dāng)衛(wèi)星完成任務(wù)(這通常發(fā)生在發(fā)射后 3 或 4 年內(nèi))時(shí),衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商可以選擇使衛(wèi)星脫離軌道,將衛(wèi)星留在當(dāng)前軌道或?qū)⑿l(wèi)星移至墓地軌道。從歷史上看,由于衛(wèi)星任務(wù)開(kāi)始時(shí)的預(yù)算限制,衛(wèi)星很少被設(shè)計(jì)為脫離軌道。
大多數(shù)衛(wèi)星不是脫離軌道,而是留在當(dāng)前軌道或移動(dòng)到墓地軌道。自 2002 年起,F(xiàn)CC 要求所有地球靜止衛(wèi)星在發(fā)射前承諾在其運(yùn)行壽命結(jié)束時(shí)移動(dòng)到墓地軌道。在不受控制的離軌情況下,主要變量是太陽(yáng)通量,以及次要變量,衛(wèi)星本身的組件和形狀因素,以及太陽(yáng)和月球產(chǎn)生的引力擾動(dòng)(以及大山脈所產(chǎn)生的引力擾動(dòng),無(wú)論是高于還是低于海平面)。