是的，在天空中，太空鏡子在地球上蹦蹦跳的電話， 天上的指南針幫助我們回家——這只是其中的三個 事情 衛(wèi)星 為我們做。當(dāng)您凝視時 在燦爛的藍(lán)色日子里，您可能會看到飛機或 兩個留下了蒸汽痕跡。但你是 不可能 看到所有數(shù)千顆精心設(shè)計的衛(wèi)星，一些 像你的手一樣小，有些像 卡車，在你頭頂高處的軌道上旋轉(zhuǎn)?！把鄄灰姡鋈?心靈“可能是我們選擇衛(wèi)星的原因之一 當(dāng)然，盡管它們在電視的所有內(nèi)容中都起著至關(guān)重要的作用 廣播和跨大陸電話到天氣 預(yù)測和互聯(lián)網(wǎng)。究竟什么是衛(wèi)星以及如何 行得通嗎?讓我們仔細(xì)看看!

　　照片：美國宇航局的 紅外天文衛(wèi)星 實際上是太空中的遙控望遠(yuǎn)鏡，用紅外光測量天空。 除此之外，它還發(fā)現(xiàn)了六顆新彗星。圖片由 美國宇航局在下議院.

　　什么是衛(wèi)星?

　　一個 衛(wèi)星 不一定是錫罐旋轉(zhuǎn) 通過太空。“衛(wèi)星”這個詞比這更籠統(tǒng)：它 指在循環(huán)(軌道)中移動的較小的天體 圍繞較大的物體。月球是地球的天然衛(wèi)星，因為 例如，因為 重力 將其鎖定在我們星球周圍的軌道上。錫 我們認(rèn)為衛(wèi)星的罐頭實際上是人造的(人造的) 以精確計算的路徑移動的衛(wèi)星，圓形或 橢圓形(橢圓形)，與地球距離不同，通常很好 在大氣層之外。

　　我們將衛(wèi)星送入太空以克服 地球的地理——它幫助我們走出地球的生活。 如果你想從北極打電話，你可以發(fā)射一個 使用通信向空間發(fā)出信號并再次返回 衛(wèi)星作為鏡子將信號反射回 地球及其目的地。如果您想調(diào)查作物或 海洋溫度，你可以從飛機上做到，但衛(wèi)星可以 捕獲更多數(shù)據(jù)的速度更快，因為它更高、更遠(yuǎn) 離開。同樣，如果你想開車去你從未去過的地方 以前，你可以研究地圖或向隨機陌生人問路， 或者你可以使用來自衛(wèi)星的信號來指導(dǎo)你。 簡而言之，衛(wèi)星幫助我們精確地生活在地球的極限內(nèi) 因為他們自己坐著 外面 他們。

　　照片：航天飛機于1995年通過陀螺儀旋轉(zhuǎn)從其有效載荷艙發(fā)射了一顆通信衛(wèi)星。你可以看到地球就在后面。圖片由 美國宇航局在下議院.

　　衛(wèi)星為我們做了什么?

　　我們傾向于根據(jù)衛(wèi)星所做的工作對衛(wèi)星進(jìn)行分組 或它們遵循的軌道。然而，這兩件事是非常 密切相關(guān)，因為衛(wèi)星所做的工作通常決定了 它離地球有多遠(yuǎn)，它必須移動多快， 以及它必須遵循的軌道。衛(wèi)星的三個主要用途是：

　　通信

　　攝影、成像和科學(xué)測量

　　導(dǎo)航

　　現(xiàn)在，我們將更詳細(xì)地了解其中的每一個。

　　通信

　　照片：1980年代的典型通信衛(wèi)星。藍(lán)色方塊是 太陽能電池板 提供電力。白色圓圈是發(fā)送和接收 天線.圖片由 NASA Glenn研究中心(NASA-GRC).

　　通信衛(wèi)星主要用于中繼 無線電波 從地球上的一個地方到另一個地方，捕捉發(fā)射信號 從地面站(基于地球的衛(wèi)星天線)到他們， 放大它們，使它們有足夠的力量繼續(xù)(和 以其他方式修改它們)，然后將它們彈回去 到其他地方的第二個地面站。這些信號可以攜帶 任何無線電信號都可以在地面上攜帶，從 電話 和 互聯(lián)網(wǎng) 廣播和電視廣播的數(shù)據(jù)。通信 衛(wèi)星基本上克服了發(fā)送無線電波的問題， 以直線拍攝，圍繞我們的曲線 換句話說，行星——洲際信號。他們也是 適用于與普通地區(qū)的偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行通信 有線或無線通信無法到達(dá)。使用呼叫 傳統(tǒng)的固定電話(有線電話)，你需要一個非常復(fù)雜的 電線和交換網(wǎng)絡(luò)，以形成完整的物理電路 從發(fā)送方一直到接收方;與一個 手機你 可以在任何可以獲得信號的地方進(jìn)行通信，但是您和接收器 兩者都需要在手機桅桿的范圍內(nèi);但是，隨著 一部衛(wèi)星電話，你可以在珠穆朗瑪峰之巔或深處 亞馬遜叢林。你完全沒有任何類型的 電信“基礎(chǔ)設(shè)施”，為您提供地理 自由和即時溝通能力(您不必等待) 讓某人串起電話線或設(shè)置手機桅桿)。

　　最著名的現(xiàn)代通信衛(wèi)星系統(tǒng)可能是國際海事衛(wèi)星組織和國際通信衛(wèi)星組織。 國際海事衛(wèi)星組織最初是用于船舶，飛機和其他旅行者的衛(wèi)星系統(tǒng)， 盡管它現(xiàn)在還有許多其他用途。國際通信衛(wèi)星組織是一個國際財團，擁有并運營著幾十個 提供國際廣播等功能的通信衛(wèi)星 和衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)。

　　通信衛(wèi)星如何工作?

　　他們做什么?

　　通信衛(wèi)星是“太空鏡”，可以幫助我們反彈無線電、電視、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和其他種類。 從地球一側(cè)到另一側(cè)的信息。

　　上行鏈路和下行鏈路

　　如果您想從地球的一側(cè)發(fā)送諸如電視廣播之類的東西到 其他，涉及三個階段。首先，有 上行哪里 數(shù)據(jù)從地球上的地面站傳送到衛(wèi)星。接下來， 衛(wèi)星使用多個機載處理數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)發(fā)器 (無線電接收器、放大器和發(fā)射器)。這些增強傳入信號和 更改它們的頻率，這樣傳入信號就不會與傳出信號混淆。 同一衛(wèi)星中的不同轉(zhuǎn)發(fā)器用于處理不同頻率承載的不同電視臺。 最后，還有 下行，在那里數(shù)據(jù)被發(fā)送回地球上其他地方的另一個地面站。雖然通常只有一個上行鏈路，但可能有數(shù)百萬個下行鏈路，例如， 如果許多人同時接收相同的衛(wèi)星電視信號。 雖然通信衛(wèi)星可能會在一個發(fā)送方和 接收器(發(fā)射到太空并再次返回， 對于一個上行鏈路和一個下行鏈路)，衛(wèi)星廣播通常涉及一個或多個上行鏈路(對于一個或多個上行鏈路) 電視頻道)和多個下行鏈路(到地面站或單個衛(wèi)星電視用戶)。

　　插圖：通信衛(wèi)星將信號從地球的一側(cè)反射到另一側(cè)，有點像太空中的巨型鏡子。地面衛(wèi)星發(fā)射碟(紅色)將信號發(fā)射到衛(wèi)星的接收碟(黃色)。 衛(wèi)星增強信號并將其從發(fā)射盤(紅色)發(fā)送回地球 地球上其他地方的接收盤(黃色)。由于整個過程使用 收音機 波浪，以 光，這種“衛(wèi)星中繼”通常最多不超過幾秒鐘。衛(wèi)星上的各種發(fā)射器和接收器 在地球上是例子 天線.

　　衛(wèi)星就像任何其他車輛一樣，因為它們有兩個 主要部分：通用車輛本身及其具體事物 攜帶(有效載荷)來完成其獨特的工作?！败囕v”部分 衛(wèi)星稱為總線，它包括外殼， 提供電力、遙測(a 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，從 衛(wèi)星到地球，作戰(zhàn)指揮回到另一個 方向)，火箭推進(jìn)器以使其保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫⒎瓷? 材料或其他系統(tǒng)(“熱管”)以保護(hù)其免受 太陽輻射和散熱。有效負(fù)載可能包括 通信衛(wèi)星、計算機和原子的應(yīng)答器 為導(dǎo)航衛(wèi)星生成時間信號的時鐘， 相機和 計算機將圖像返回到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以進(jìn)行攝影 衛(wèi)星，等等。

　　衛(wèi)星里面有什么?

　　藝術(shù)品：通信衛(wèi)星。來自美國專利：#3，559，919：有源通信衛(wèi)星，由美國專利商標(biāo)局提供。

　　這些是非常復(fù)雜和昂貴的機器，帶有大量的電子位 和碎片塞進(jìn)去，但我們不要太糾結(jié)于細(xì)節(jié)：基本思想非常簡單。在這個典型衛(wèi)星的外部視圖中，來自德國工程師漢斯·薩斯(Hans Sass)于1968年申請的專利(美國專利：#3，559，919：有源通信衛(wèi)星)，您可以看到所有主要部分，并且很容易弄清楚它們的作用。

　　我已經(jīng)在圖表上留下了原始數(shù)字，我不會費心將它們?nèi)繕?biāo)記出來，因為有些是顯而易見的，有些是其他數(shù)字的重復(fù)。最有趣的部分是為衛(wèi)星供電的折疊式太陽能電池板，收集來自地球的信號并將其發(fā)送回去的發(fā)送和接收天線，以及始終使衛(wèi)星保持在正確位置的電機和發(fā)動機：

　　4：用于發(fā)送/接收信號的大型拋物面碟形天線。(橙色)

　　5：用于發(fā)送/接收信號的小型拋物面碟形天線。(橙色)

　　6：降低四個太陽能電池板的太陽能“電池”。(紅色)

　　7：另外四個太陽能電池板的上部太陽能“電池”。(紅色)

　　8：支持衛(wèi)星進(jìn)入軌道后折疊下部太陽能電池板。(灰褐色)

　　9：支持折疊上部太陽能電池板。(灰褐色)

　　10：主衛(wèi)星火箭發(fā)動機。(淺藍(lán)色)

　　11, 12, 15, 17：小型控制引擎使衛(wèi)星保持其精確位置、旋轉(zhuǎn)和軌道。(綠色)

　　攝影、成像和科學(xué)測量

　　照片：衛(wèi)星攝影幫助科學(xué)家了解我們的變化 行星。這張圖片顯示了阿拉斯加的哥倫比亞冰川。通過將其與 從同一視角拍攝的早期圖像，我們可以測量速率 哪 氣候變化 正在發(fā)生。 圖片由Lauren Dauphin使用美國地質(zhì)調(diào)查局的Landsat數(shù)據(jù)提供。 圖片由 美國宇航局地球天文臺.

　　不是很多年前，報紙曾經(jīng)是恐慌的 關(guān)于太空中可以閱讀報紙的間諜衛(wèi)星的故事 在你的肩膀上。如今，我們都可以訪問衛(wèi)星照片， 盡管不是那么詳細(xì)：它們內(nèi)置于搜索引擎中 像谷歌和必應(yīng)一樣，它們經(jīng)常出現(xiàn)在新聞中(給 我們即時的視覺印象，例如 消失的熱帶雨林 或 海嘯破壞)和天氣預(yù)報?？茖W(xué)衛(wèi)星在 與攝影方式相似，但不是捕捉簡單的 視覺圖像，系統(tǒng)地收集大量其他類型的數(shù)據(jù) 全球地區(qū)。

　　有許多有趣的科學(xué) 過去幾十年的衛(wèi)星任務(wù)。美國宇航局的 托佩克斯/波塞冬 和杰森 例如，衛(wèi)星定期測量海平面 自 1990 年代初以來。 海維 (有效至2010年)掃描顏色 海洋測量浮游生物和海洋中的營養(yǎng)活動。 顧名思義，一顆氣象衛(wèi)星叫做 三元 (熱帶 降雨量測量任務(wù))從1997年開始監(jiān)測赤道附近的降雨 到2015年。截至2016年，美國宇航局列出了25個正在進(jìn)行的衛(wèi)星任務(wù) 其網(wǎng)站，包括 卡利普索 (研究云和氣溶膠如何相互作用); 雨云 (利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)對天氣和氣候進(jìn)行長期科學(xué)研究);并且， 運行時間最長，也許是最著名的科學(xué)衛(wèi)星 史無前例， 陸地衛(wèi)星，由八顆衛(wèi)星組成的系列，自 1972 年以來一直在不斷繪制和監(jiān)測地球土地利用的變化。

　　照片：美國宇航局的 杰森-3 衛(wèi)星于2016年1月發(fā)射，是一個長期運行的項目的一部分，該項目旨在監(jiān)測地球海洋表面的高度，產(chǎn)生 研究地球氣候的寶貴數(shù)據(jù)。它的主要儀器是非常復(fù)雜的 雷達(dá) 高度表.藝術(shù)家印象由 美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室.

　　導(dǎo)航

　　最后，我們大多數(shù)人都擁有支持GPS的手機和“衛(wèi)星導(dǎo)航” 我們汽車中的設(shè)備熟悉衛(wèi)星像天空一樣的行為方式 圓規(guī);你會發(fā)現(xiàn)GPS，Glonass和類似的系統(tǒng)在討論 在我們的文章中有更多詳細(xì)信息 衛(wèi)星導(dǎo)航.

　　衛(wèi)星軌道

　　關(guān)于衛(wèi)星最令人驚訝的事情之一是 它們在地球上空非常不同的高度遵循不同的路徑。 如果任其自生自滅，發(fā)射到太空的衛(wèi)星可能會退回 對地球來說，就像一塊石頭被拋向空中一樣。為了阻止它 發(fā)生時，衛(wèi)星必須一直保持移動，因此即使 盡管重力在拉扯著他們，但他們從未真正過。 墜回地球。有些以與地球相同的自轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動 所以它們有效地固定在我們頭頂?shù)囊粋€位置;別人 走得更快。雖然有很多不同類型的衛(wèi)星 軌道，它們有三種基本品種，低、中、高——它們 分別在地球上空的短距離、中距離和長距離。

　　低地球軌道

　　科學(xué)衛(wèi)星往往離地球很近——通常只是 幾百公里，沿著一條幾乎是圓形的路徑行駛 稱為低地球軌道(LEO)。由于他們必須非常移動 快速克服地球引力，而且它們有一個相對較小的 軌道(因為它們太近了)，它們覆蓋了大面積的 地球很快，永遠(yuǎn)不會停留在地球的某一部分 超過幾分鐘。有些遵循所謂的極地軌道， “循環(huán)”地越過北極和南極 只需一個半小時即可完成。

　　中地球軌道

　　衛(wèi)星越高，它在任何衛(wèi)星上花費的時間就越長 地球的一部分。這就像噴氣式飛機飛過你的 頭：它們在天空中移動的速度越慢，它們就越高。一個 中地球軌道(MEO)比LEO高約10倍。全球定位系統(tǒng) 導(dǎo)航星衛(wèi)星位于MEO軌道上，距離我們的軌道約20，000公里(12，000英里) 頭，需要 12 個小時才能“循環(huán)”地球。它們的軌道是 半同步，這意味著，雖然它們并不總是完全 在我們頭頂?shù)耐粋€地方，它們經(jīng)過相同的點上方 赤道在每天的同一時間。

　　高地球軌道

　　許多衛(wèi)星的軌道距離地面約36，000公里(22，000英里)。 這個“神奇”的位置確保它們只用一天的時間繞地球運行，并始終返回同一位置 在它上面，在一天中的同一時間。像這樣的高地球軌道被稱為地球同步(因為它與地球的自轉(zhuǎn)同步)或地球靜止軌道(如果衛(wèi)星一直停留在地球上的同一點上)。 通信衛(wèi)星——我們的“太空鏡”——通常是 停在地球靜止軌道上，因此它們的信號始終到達(dá)衛(wèi)星天線 指著他們。氣象衛(wèi)星經(jīng)常使用地球靜止軌道，因為它們需要 不斷從同一廣泛部分收集云或降雨圖像 地球從小時到小時，從一天到一天(與LEO科學(xué)不同 衛(wèi)星 通過 周期相對較短的地球靜止氣象衛(wèi)星 在較長時間內(nèi)從較小的區(qū)域收集數(shù)據(jù))。

　　小型衛(wèi)星

　　想想一顆太空衛(wèi)星，你可能會想到一個巨大的閃亮 可以大致相當(dāng)于卡車的大小。但并非所有衛(wèi)星都那么大。 在過去的二十年里，聰明的工程師一直在試驗 使用更小、更簡單、更便宜的微型太空儀器， 更大膽、更具實驗性、更低的發(fā)射風(fēng)險。 1999年， 鮑勃·特維格斯, 當(dāng)時斯坦福大學(xué)的一位教授，開啟了這種下行趨勢 當(dāng)他提出CubeSat時，這是一種由10厘米立方體的標(biāo)準(zhǔn)化模塊建造的衛(wèi)星，盡管從那時起已經(jīng)建造了更小的衛(wèi)星。今天，閱讀有關(guān)皮衛(wèi)星(通常重達(dá)1公斤)，納米衛(wèi)星(重達(dá)10公斤)，微型衛(wèi)星(重達(dá)100公斤)和迷你衛(wèi)星(重達(dá)500公斤)的信息是很常見的。 2017年，美國宇航局發(fā)射了世界上最小的皮碳衛(wèi)星，重量僅為64g，裝在一個3.8cm立方體中， 并完全使用 3D打印機. 未來衛(wèi)星會變得更小嗎?沒那么快!人們嚴(yán)重?fù)?dān)心皮薩特 太小而無法正確監(jiān)測，可能對其他航天器構(gòu)成重大風(fēng)險 如果它們變成不可預(yù)測的空間碎片。

　　藝術(shù)品：最小的衛(wèi)星與方形網(wǎng)球的大小大致相同。這 稍大一點的有小型天線，相機，太陽能電池和火箭。 包裝在一個尺寸為 13 × 13 × 25 厘米(5 ×5 × 10 英寸)且重 3.7 千克(8 磅)的盒子中。 這是亞特蘭蒂斯號航天飛機發(fā)射的最后一顆衛(wèi)星，當(dāng)時它飛行了 最后一次任務(wù)，STS-135，2011年7月。照片由美國宇航局提供。

　　誰發(fā)明了衛(wèi)星?

　　插圖：蘇聯(lián)工程師是第一個建造工作衛(wèi)星Sputnik的人，并于1957年將其送入太空。 像這樣的郵票慶祝了這一驚人的成就。被認(rèn)為屬于公有領(lǐng)域的藝術(shù)品，由 維基共享資源.

　　使用衛(wèi)星作為太空中的鏡子的想法 - 從一側(cè)反射信號 地球到另一個——由科幻小說作家于1945年“發(fā)射” 亞瑟·克拉克 (1917-2008)，他寫了兩部極具影響力的作品 詳細(xì)闡述他的計劃的文章(一篇未發(fā)表，另一篇發(fā)表為“外星中繼：火箭站能否提供全球無線電覆蓋嗎?”，發(fā)表在《無線世界》，1945 年 10 月)。他的建議是放置三顆衛(wèi)星 在地球上空35，000公里(23，000英里)的地球同步軌道上，均勻間隔以覆蓋大約 地球各占三分之一：一個將覆蓋非洲和歐洲，第二個將覆蓋中國和亞洲，三分之一將專門用于美洲。雖然克拉克沒有為地球靜止通信衛(wèi)星申請專利，但他的發(fā)明通常被認(rèn)為是他的發(fā)明，盡管其他太空先驅(qū)(特別是德國戰(zhàn)時先驅(qū) 赫爾曼·奧伯斯)多年前就提出了類似的想法。

　　照片：歷史的回聲：由美國宇航局設(shè)計的回聲通信衛(wèi)星是一個巨大的聚酯薄膜氣球，直徑約30米(100英尺)，設(shè)計用于坐在太空中并像鏡子一樣將信號反射回來。你可以從大小看出它有多大 車和底部的人，我把它涂成紅色，以幫助你挑選它們。圖片由 美國宇航局在下議院.

　　又過了十年，克拉克的大膽計劃才走向現(xiàn)實。首先，衛(wèi)星本身必須是 證明是可行的;這發(fā)生在俄羅斯的發(fā)射上 人造衛(wèi)星 1 1957年10月。三年后，當(dāng) 回波 通信衛(wèi)星發(fā)射后，工程師們成功地證明了無線電通信信號可以像克拉克預(yù)測的那樣被中繼到太空并返回。 泰斯達(dá)第一顆通信衛(wèi)星于1962年7月發(fā)射，并立即徹底改變了跨大西洋電信。在1960年代中期，11個國家聚集在一起組成了INTELSAT(國際電信衛(wèi)星聯(lián)盟)，該聯(lián)盟發(fā)射了世界上第一個 商業(yè)通信衛(wèi)星INTELSAT 1(“早鳥”)，在地球同步軌道上，1965年4月。 這個不起眼的小型太空機器是一個微小的電子奇跡：重量只有35公斤(76磅)，它可以傳輸240部電話。 同時通話或單個黑白電視頻道。