人造卫星的作用(人造卫星对人类生活的作用)

人造卫星是人类建造的物体,绕地球和其他行星旋转。人造卫星用于研究地球和其他行星,用于服务人类和探索未知的遥远宇宙。

太空中的地球——宇宙给太阳创造的卫星

宇宙是否有尽头是个悬而未决的科学问题,人类所在的银河系只是广阔无边的宇宙中的一点。而离地球最接近的恒星——太阳,只是银河系中成千上万颗恒星中的一颗。地球是九个绕椭圆轨道绕太阳公转的"卫星"之一。控制太阳行星运动的规则被称为天体力学,被像约翰尼斯·开普勒和艾萨克·牛顿这样的科学家在数百年前发现。

现在这九个太阳行星所描述的轨道已经被人们非常精确地了解了,并且构成了一个非常有条理和令人着迷"机器"。这些精密的"机器"描述了它们的相对运动被称为重力。行星离太阳越近,其引力越强,沿着其轨道行进的速度也就越快,不会掉落到太阳上。

反过来,许多行星有一颗或多颗人造卫星围绕它们运行。例如,地球有一颗自然卫星,即月球。那么如何定义卫星?卫星基本上是任何以圆形或椭圆形路径绕行星旋转的物体,它只是一个绕另一个轨道运行的物体,重力为轨道运动提供了粘合剂,卫星有两种:自然卫星(例如绕地球轨道的月球,围绕太阳轨道的地球)或人造卫星(例如绕地球轨道的国际空间站)。

人造卫星的过去——超级大国之间太空竞赛的产物,并极大的推动了航天技术的长足发展

人造卫星是指:人类利用火箭把人造形式的设备放置在其他星球的轨道上,为执行其预期功能而定制的,使之围绕目标星球旋转的人造机器。通过对天体力学的准确了解,以及对月球等自然卫星运动的仔细观察,使科学家能够制造人造卫星并将其发送到太空。大多数人造卫星都在绕地球飞行。已经发射了几颗卫星来探索我们太阳系的其他行星。人造卫星也是一个系统工程,通常由包含以下子系统:

总线——这是卫星的框架和结构,其他所有部分也都与之相连;

一个电源——大多数卫星都有太阳能电池板来发电。电池会在卫星处于地球阴影下的时间里存储一些这种能量;

热控制系统——卫星由于暴露在阳光下而暴露于极高的温度下。需要一种反射和辐射热量的方法。卫星的电气组件也会产生大量热量;

计算机系统——卫星需要计算机来控制其运行方式,并监视高度,方向和温度等信息;

通信系统——所有卫星都必须能够向地球上的地面站或其他卫星发送和接收数据;

姿态控制系统——这是使卫星指向正确方向的系统。陀螺仪和火箭推进器通常用于改变方向。光传感器通常用于确定卫星指向的方向;

推进系统——卫星上的火箭发动机可用于帮助将卫星置于正确的轨道上。一旦进入轨道,卫星就不需要任何火箭来保持它们的移动。但是,如果卫星需要稍微改变轨道,则使用称为推进器的小型火箭。

人造卫星直到20世纪中叶才成为现实,这起源于超级大国美国和前苏联的军事竞赛——太空竞赛,是指二十世纪,美国与前苏联为了争夺航天实力的最高地位而展开的竞赛。在冷战时期(1946-91年),前苏联和美国之间的航空航天竞赛处于高潮。太空竞赛催生了开创性的努力,以发射人造卫星并对金星、火星和月球的天体进行无人太空探测。

这场竞赛始于1955年8月2日,当时的前苏联对4天前美国宣布发射人造卫星的意图做出了回应,并在1957年10月4日,苏联成功发射了人类首颗人造卫星——"人造卫星1",它是一个直径58厘米的抛光金属球,没有科学仪器,但带有四个外部无线电天线,可以在地球上广播简单的无线电脉冲。

科技改变生活,改变世界——人造卫星的用途有什么?

美国的第一颗卫星探索者1号,也是第一颗运载科学仪器的卫星,于1958年1月31日发射成功,该卫星的质量仅为13公斤。人造卫星1和探索者1成为了美国和苏联之间的太空竞赛的开场镜头。

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1961年4月12日,"沃斯托克"号航天飞机上的苏联军事飞行员和宇航员尤里·阿列克谢维奇·加加林进行了首次绕地球飞行的轨道飞行。他成为第一个飞入太空的人类。

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然而1969年7月20日,美国阿波罗 11 号安全登陆月球,美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林成为第一个登上月球的人类。

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直到1975年7月17日,阿波罗号与联盟号飞船实现了太空对接,人类在太空中第一次相会,两国宇航员握手言和,太空竞赛才正式谢幕。

地球周围的卫星是怎么分布的

人造卫星根据其任务被发射到不同的轨道,通常有三种主要的轨道类型:对地静止轨道(GEO)距地球表面36000公里,GEO是最常见的轨道之一,在这里,人造卫星需要24小时才能绕地球运行,与地球绕其轴旋转一次所需的时间相同,这样可以使卫星位于地球上的同一位置,它们看起来好像在天空中静止不动,从而可以进行通信和电视广播;中地球轨道(MEO)。轨道高度在地球上方2,000至36,000公里之间,一个轨道的时间为12小时;低地球轨道(LEO),位于地球上方约160至2,000公里,一个轨道的时间约为90分钟,卫星可能仅位于地球上方几百公里处(比如埃隆·马斯克的星链计划,全部都是地轨卫星),卫星置于地球大气层之外,但仍足够接近以至于它可以从太空对行星表面成像或促进通信。

强大的火箭用于将人造卫星送入太空。如果火箭的发射速度太低,则卫星将回落到地球上,因为地球对卫星施加的引力将太高而无法克服。另一方面,如果发射速度太高,卫星将不会受到地球引力的限制,它将逃逸到外太空。所以根据不同的需要配置不同推力的火箭把人造卫星送到对应的轨道中去。卫星的轨道高度决定了它在轨道上停留的时间。低轨道卫星大部分位于地球大气层之上,但它们仍然受到大气的干扰,其轨道最终会衰减,并坠回大气层(这就是为什么地柜人造卫星,每隔一段时间就需要再次发射,进行补足)。其他绕高轨道运行的卫星可能已经存在了数百万年。

在太空中现在有多少颗人造卫星?

太空竞赛后,各国都发现了卫星的重要价值,数十个国家发射了大量的人造卫星,目前有3000多个正在运行的航天器绕地球飞行。估计有8,000多件太空垃圾,当然废弃的卫星或碎片也绕地球旋转。截至2019年3月31日按国家划分的在轨卫星数。

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人造卫星和地球间的通信方式

我们需要与卫星进行某种形式的通信,以向其发送命令并检索它们在绕地球运行时获取的信息。尽管它们使用不同的方式传达此信息,但所使用的基本字母由无线电波组成,无线电波与用于广播电视和广播节目的无线电波类型完全相同。使用无线电波进行通信的一个很好的理由是它们不受天气条件的影响很大。在白天或夜晚,在完全晴朗的一天或暴风雪中,都可以发送和接收它们。

人造卫星主要用途是什么?科技改变生活,改变世界——人造卫星的用途有什么?

人造卫星看似离我们很遥远,但它们经常影响我们的生活,而我们却没有意识到,它们使我们更安全,提供现代便利,实现我们以前不敢想象的服务,还有就是探索未知。如今人造卫星有多种用途,有些卫星只能实现一个目的,而另一些卫星则可以同时执行多项功能。卫星的多种用途的一些示例是:

(1) 气象观测

气象卫星可帮助气象学家预测天气或了解当前情况。典型的气象卫星包括TIROS,COSMOS和GOES卫星。该卫星通常包含摄像机,可以返回地球的照片天气。

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(2) 军事应用

出于军事用途是人造卫星最开始的目的,使用高科技电子和先进的照相设备侦察技术进行情报收集,主要功能包括中继加密通信,核监视,观察敌方行动,导弹发射的预警,窃听地面无线电链路,雷达成像,摄影等。比较著名的有:美国间谍卫星计划;长曲棍球萨摩斯·夸萨;俄罗斯苏维埃、宇宙、阿尔玛斯等。

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(3) 科学研究

天文卫星,其携带诸如可见光、X射线或伽玛射线的望远镜等仪器,例如Spitzer望远镜(红外),哈勃(可见光)和钱德拉(伽玛射线),用于研究地球变化和未知的宇宙。

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(4) 导航测绘

提供全球定位导航服务和地球物理学研究,以及遥感测绘等功能。其中全球定位导航服务是使用最为广泛的卫星功能,包括美国的GPS,中国的北斗和俄罗斯的GLONASS等。

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(5) 地球观测

地球观测可以观测到行星从温度到森林到冰盖覆盖的所有变化,从而可以实现制图、遥感、森林覆盖、海洋调查、地球温度、气候与环境监测、环境污染和城市发展等多学科领域的研究。

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(6) 通信卫星

地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信,可用于电视、电话、广播、互联网等。

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(7)国际空间站

国际空间站是轨道上最大的卫星,有16个国家从1998年开始,不间断的为它提供金融和物质基础设施,直到2011年建成完毕投入正式使用。国际空间站主要由美国国家航空航天局(NASA)、俄罗斯国家航天集团(Roscosmos)、欧洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和加拿大空间局(CSA)共同运营。

科技改变生活,改变世界——人造卫星的用途有什么?

由于其他国家不带我们玩,我们不求人,自己建造国际空间站!随着5月5日,长征五号首飞成功,拉开了我国空间站建站飞行任务的帷幕,预计在2025年前完成中国自己的空间站。

写在最后

人造卫星是人类摆脱地球的束缚,走向探索神秘宇宙的一项创举,宇宙有太多的未知,太空有广泛的机会。从过去的广播通信到现在的6G天地一体化融合通信,卫星在改变着这个世界的样子,未来以微小卫星为代表的小型化航天器已成为航天领域重要发展趋势,与卫星通信、卫星导航和卫星遥感等应用场景紧密结合。时代在发展,技术在变革,探索如何更好地利用太空和卫星技术,为人类谋福祉是一项长期的工作,相信不远的将来,人造卫星可以给我们带来更多的惊喜。

(今完)

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