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一、卫星定义

目前,绕地球轨道运行的人造卫星数量已达数十万颗,卫星是太空中围绕较大物体运行的物体。卫星有两种:天然卫星(例如绕地球运行的月球)或人造卫星(例如绕地球运行的国际空间站)。

太阳系中有数十颗天然卫星,几乎每颗行星都至少有一颗卫星。以土星为例,它至少有 53 颗天然卫星,2004 年至 2017 年间,它还有一颗人造卫星——卡西尼号宇宙飞船,它探索了这颗环状行星及其卫星。

然而,人造卫星直到20世纪中叶才成为现实。第一颗人造卫星是人造卫星,这是一颗沙滩球大小的俄罗斯太空探测器,于 1957 年 10 月 4 日升空。这一行为震惊了西方世界的大部分地区,因为人们认为苏联没有能力将卫星发送到太空空间。

二、人造卫星简单史

继这一壮举之后,苏联于 1957 年 11 月 3 日发射了一颗更大的卫星——人造卫星 2 号——上面载着一只名叫莱卡的狗。美国的第一颗卫星是1958 年 1 月 31 日的“探索者 1”号。该卫星的质量仅为 Sputnik 2 号的 2%,但重 30 磅(13 公斤)。

人造卫星和探索者 1 号成为美国和苏联之间太空竞赛的开场镜头,这场竞赛至少持续到了 20 世纪 60 年代末。随着两国于 1961 年将人类送入太空,对卫星作为政治工具的关注开始让位于人类。然而,在这十年的后期,两国的目标开始出现分歧。当美国继续将人类送上月球并制造航天飞机时,苏联建造了世界上第一个空间站——礼炮 1 号,并于 1971 年发射升空。(其他空间站紧随其后,例如美国的天空实验室和美国的太空实验室)

其他国家开始将自己的卫星送入太空,其好处波及整个社会。气象卫星改善了预报,即使是偏远地区也是如此。Landsat 系列(现已是第九代)等陆地观测卫星跟踪森林、水和地球表面其他部分随时间的变化。电信卫星可以拨打长途电话,最终,来自世界各地的电视直播成为生活的一部分。后来的几代人帮助建立了互联网连接。

随着计算机和其他硬件的小型化,现在可以发射更小的卫星,这些卫星可以在轨道上执行科学、电信或其他功能。现在,公司和大学创建“立方体卫星”或经常在近地轨道运行的立方体形状的卫星是很常见的。

这些可以与更大的有效载荷一起在火箭上发射,或者从国际空间站(ISS)上的移动发射器发送。美国宇航局目前正在考虑将立方体卫星发送到火星或木卫二(靠近木星)的卫星以执行未来的任务,尽管立方体卫星尚未被确认包含在内。

1970年4月24日,我国成功发射了属于自己的第一颗人造地球卫星,也就是大家现在熟知的——“东方红1号”。

这颗卫星的意义极为重大,它使中国成为继苏、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,也标志我们正式开启了对太空的探索实践。

二、卫星的部件组成

每一颗可用的人造卫星——无论是人类卫星还是机器人卫星——都有四个主要部分:动力系统(例如,可以是太阳能或核能)、控制其姿态的方法、传输和接收信息的天线、以及收集信息的有效负载(例如相机或粒子探测器)。

然而,另外的观点认为,并非所有人造卫星都一定是可行的。即使是一颗螺丝或一点油漆也被认为是“人造”卫星,尽管它们缺少这些部件。

三、卫星为什么不坠落到地球

卫星最好被理解为一颗抛射物,或者一个只有一种力作用在其上的物体——重力。从技术上讲,任何在 100 公里(62 英里)高度跨越卡门线的物体都被视为在太空中。然而,卫星需要快速运行——至少每秒 8 公里(5 英里) ——才能阻止立即落回地球。

如果卫星运行得足够快,它就会永远“坠落”到地球,但地球的曲率意味着卫星会围绕我们的星球坠落,而不是坠落到地球表面。距离地球较近的卫星有坠落的风险,因为大气分子的阻力会减慢卫星的速度。那些离地球较远的轨道需要应对的分子较少。

卡门线是大气层和外太空的界线,通常被认为位于海拔100公里的高度2004管家婆一肖一码澳门码。这个界线是由国际航空联合会所接受的,它基于飞行器在这个高度无法通过空气动力学原理来维持飞行,而必须依靠轨道速度来保持飞行。简而言之,卡门线是航空和航天的分界线。

在卡门线以下,飞行器主要通过空气动力学原理来飞行,也就是说,飞机的升力来自于机翼与空气的相互作用。但在卡门线以上,空气太稀薄,无法产生足够的升力,因此飞行器必须达到足够的速度,以便通过离心力来保持轨道飞行。这个界线得名于匈牙利裔美国工程师、物理学家西奥多·冯·卡门,他首次提出了这个概念。

3.1、近地轨道

有几个公认的绕地球轨道“区域”。一种称为近地轨道,其长度约为 160 至 2,000 公里(约 100 至 1,250 英里)。这是国际空间站轨道运行的区域,也是航天飞机过去工作的区域。事实上,除了阿波罗登月之外的所有人类任务都发生在这个区域。大多数卫星也在这个区域工作。

3.2、地静止或地球同步轨道

对地静止或地球同步轨道是通信卫星使用的最佳地点。该区域位于地球赤道上方,海拔 35,786 公里(22,236 英里)。在这个高度上,绕地球“下落”的速度与地球自转的速度大致相同,这使得卫星几乎始终保持在地球同一地点的上方。因此,卫星与地面上的固定天线保持永久连接,从而实现可靠的通信。当对地静止卫星达到其使用寿命时,协议规定它们将被移开,以便新卫星取代它们。这是因为该轨道上只有这么多空间或这么多“槽”,可以让卫星在不受干扰的情况下运行。

3.3、极轨卫星

有些卫星更适合更多的极地轨道——那些从两极到两极环绕地球的轨道,这样它们的覆盖区域就包括北极和南极。极轨卫星的例子包括气象卫星和侦察卫星。

四、环绕其他星球的卫星

太阳系中的大多数行星都有天然卫星,我们也称之为卫星。对于内行星:水星和金星都没有卫星。地球有一颗相对较大的卫星,而火星有两颗小行星大小的小卫星,分别称为火卫一和火卫二。(火卫一正在缓慢地盘旋进入火星,并可能在几千年后分裂或落入火星表面。)

在小行星带之外,还有四颗气态巨行星,每颗行星都有一个庞大的卫星群。截至 2018 年底,木星有 79 颗经确认的卫星,土星有 53 颗,天王星有 27 颗,海王星有 14 颗。新卫星偶尔会被发现--主要是通过任务(过去或现在的任务,因为我们可以分析旧照片)或通过望远镜进行新的观测。

土星是一个特殊的例子,因为它被成千上万的小天体包围着,形成了一个即使在地球上的小型望远镜中也能看到的星环。在卡西尼号飞行任务的 13 年中,科学家们对星环进行了近距离观察,看到了新卫星可能诞生的条件。科学家们对螺旋桨特别感兴趣,螺旋桨是环中的碎片在环中形成的漩涡。就在卡西尼号的任务于2017年结束后,NASA表示,螺旋桨有可能与年轻恒星气体盘周围行星形成的过程有相同之处。

不过,再小的天体也有卫星。从技术上讲,冥王星是一颗矮行星。然而,2015年飞越冥王星的 '新视野号 '任务的幕后人员认为,冥王星多样的地理位置使它更像一颗行星。不过,有一点是没有争议的,那就是冥王星周围的卫星数量。冥王星有五颗已知的卫星,其中大部分是在 '新视野号 '研发或飞往这颗矮行星的途中被发现的。

太阳系中的许多行星和世界也有人造 '卫星',特别是火星周围--那里有几个探测器围绕火星运行,对火星表面和环境进行观测。水星、金星、火星、木星和土星在历史上都曾有过人造卫星对其进行观测。其他天体也有人造卫星,如 67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星(欧洲航天局的 '罗塞塔 '任务访问过)或灶神星和谷神星(美国国家航空航天局的 '黎明 '任务都访问过)。从技术上讲,在 1968 年至 1972 年的阿波罗任务期间,人类曾乘坐人造 '卫星'(航天器)环绕我们自己的月球飞行。未来几十年,NASA 甚至可能在月球附近建造一个 '深空网关 '空间站,作为人类火星任务的出发点。

资料来源:space

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