衛(wèi)星是有意放入軌道的物體。這些物體被稱為人造衛(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。從那時起,來自 40 多個國家的約 8,900 顆衛(wèi)星已發(fā)射。根據(jù) 2018 年的估計,約有 5,000 顆仍在軌道上。其中,約有 1,900 架處于運行狀態(tài),而其余的已超過其使用壽命并成為空間碎片。大約 63% 的運行衛(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)計用于攜帶生物體的衛(wèi)星,通常用于科學(xué)實驗。
- 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。
- 地球觀測衛(wèi)星是用于非軍事用途的衛(wèi)星,例如環(huán)境監(jiān)測、氣象學(xué)、地圖制作等。
- 導(dǎo)航衛(wèi)星是使用發(fā)射的無線電時間信號使地面上的移動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清晰的視線,再加上不斷改進的電子設(shè)備,使衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠以幾米的精度實時測量位置。
- 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祟愃腿耄ê统剑┸壍溃⑺麄兯突氐厍?。包括可重?fù)使用系統(tǒng)的航天飛機在內(nèi)的航天器具有主要的推進或著陸設(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]新的分類用于對這些衛(wèi)星進行分類: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)星是為軍事或情報應(yīng)用部署的地球觀測衛(wèi)星或通信衛(wèi)星。人們對這些衛(wèi)星的全部功能知之甚少,因為運營這些衛(wèi)星的政府通常會將與其偵察衛(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。
- 天基太陽能衛(wèi)星是提議的衛(wèi)星,它們將從太陽光中收集能量并將其傳輸?shù)降厍蚧蚱渌胤绞褂谩?/li>
- 空間站是為人類在外太空生活而設(shè)計的人造軌道結(jié)構(gòu)。空間站與其他載人航天器的區(qū)別在于它缺乏主要的推進或著陸設(shè)施??臻g站是為在軌道上的中期生活而設(shè)計的,為期數(shù)周、數(shù)月甚至數(shù)年。
- 系繩衛(wèi)星是通過稱為系繩的細(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)為機械基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供足夠的剛度,以承受發(fā)射過程中的應(yīng)力和振動,在軌道站上保持結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性,并保護衛(wèi)星免受極端溫度變化和微隕石損壞。
遙測
遙測子系統(tǒng)(又名命令和數(shù)據(jù)處理,C&DH)監(jiān)控機載設(shè)備運行,將設(shè)備運行數(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)備運行調(diào)整。
電源
電力子系統(tǒng)可能包括將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池板、調(diào)節(jié)和分配功能,以及在衛(wèi)星進入地球陰影時儲存電力并為衛(wèi)星供電的電池。核動力源(放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機)也被用于幾個成功的衛(wèi)星計劃,包括Nimbus 計劃(1964-1978 年)。
熱控制
熱控制子系統(tǒng)有助于保護電子設(shè)備免受由于強烈陽光或衛(wèi)星主體不同側(cè)面缺乏陽光照射而導(dǎo)致的極端溫度(例如光學(xué)太陽能反射器)
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、推進器)組成。這些應(yīng)用所需的扭矩和力將車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:
- 接收來自地球衛(wèi)星發(fā)射站(天線)的上行無線電信號。
- 放大接收到的無線電信號
- 對輸入信號進行分類,并通過輸入/輸出信號復(fù)用器將輸出信號引導(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,衛(wèi)星運營商可以選擇使衛(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)開始時的預(yù)算限制,衛(wèi)星很少被設(shè)計為脫離軌道。
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)射前承諾在其運行壽命結(jié)束時移動到墓地軌道。在不受控制的離軌情況下,主要變量是太陽通量,以及次要變量,衛(wèi)星本身的組件和形狀因素,以及太陽和月球產(chǎn)生的引力擾動(以及大山脈所產(chǎn)生的引力擾動,無論是高于還是低于海平面)。