天文學科普知識系列之走近人造衛星

2020-12-19 熙巖知識百科

人造衛星是人們通過運載火箭發射進入地球軌道的物體。目前,已有超過一千顆活躍的衛星繞地球旋轉,衛星的大小,運行高度以及功能設計取決於它的用途。

衛星大小不一,一些立方體衛星小到10釐米,一些通信衛星長約7米,太陽能電池板可延伸50米。最大的人造衛星是國際空間站(ISS),它的主體部分有一個五居室的房子那麼大,如果再算上它的太陽能電池板,那將會有一個橄欖球場那麼大。

地球表面衛星的高度也不盡相同,衛星的高度取決於它所要完成的任務,其中有三種常見的運行軌道:近地軌道衛星(LEO),其高度從200公裡到2000公裡不等,國際空間站以每小時28000公裡的速度運行,一個軌道的時間約為90分鐘。中地軌道衛星(MEO),大多數中地軌道衛星的高度為20000公裡,一個軌道的時間約為12小時。地球靜止軌道衛星(GEO),其高度距離地球36000公裡,一個軌道的時間是24小時。這是為了與地球的自轉相匹配,使衛星看起來停留在地球上空的同一點上,地球靜止軌道衛星主要用於通信和氣象領域。

接下來我們再說說衛星的類型: 導航衛星是全球定位系統的重要組成部分,其主要由24顆衛星組成,它們在地球表面20000公裡的高度上運行。從四顆衛星接收信號的時間差被用來計算接收器在地球上的準確位置。 通信衛星主要用於電視、電話或網際網路信號傳輸使用,例如,Optus D1衛星位於赤道上方,覆蓋範圍為澳大利亞和紐西蘭全境提供信號。氣象衛星通常被用來觀測雲成像,測量溫度和降雨量,地球靜止軌道和低地球軌道的使用取決於氣象衛星的類型。

地球觀測衛星大部分是由低地球軌道衛星組成,主要用途是對地球進行拍攝和成像使用。天文衛星主要用於對宇宙空間的監控和成像使用。例如哈勃太空望遠鏡這樣的天文衛星,其軌道高度為600公裡,可以提供非常清晰的恆星和遙遠星系的圖像。國際空間站是一個可居住的太空實驗室,其高度在400公裡範圍,國際空間站以28000公裡/小時的速度運行,每92分鐘繞地球一周,國際空間站內的科學家能夠在微重力環境下進行許多有價值的太空實驗。

至於衛星設計方面,其實每顆衛星都會有一些相同的基礎部分:總線系統,這是衛星的框架和結構,其他所有功能部分都與之相連;電源系統,大多數衛星都有獨立的太陽能電池板來供電;熱力控制系統,由於衛星會長時間暴露在陽光下,進而會產生極高的溫度,因此就需要一種反射輻射熱量的設備。計算機系統,衛星需要計算機以控制其工作方式以及監視其高度,方向及溫度等信息。

通信系統,所有衛星都必須能夠向地球上的指揮中心或其他衛星發送和接收數據。姿態控制系統,這是使衛星能夠指向正確方向的系統,陀螺儀和火箭推進器通常用於改變方向,光傳感器通常用於確定衛星所指的方向;推進系統,衛星上的發動機,可用於幫助將衛星置於正確的軌道上,一旦進入軌道,衛星就不需要任何火箭推進裝置來調整它們的行進方向。但是,如果衛星需要稍微改變軌道的話,就需要使用動力推進裝置了。

人造衛星,可以說是人類近代史上的一項偉大發明,人造衛星的出現讓我們的生活更加便捷,不僅如此,還讓人類在探索宇宙未知領域方面邁出了一大步。歡迎關注我的頻道,我在這裡將會為你揚起知識的風帆,帶你遨遊科學的海洋。

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