談一談人造衛星:概念及發射的歷史

科學點點事兒 發佈 2022-05-28T22:39:44.991794+00:00

衛星是有意放入軌道的物體。這些物體被稱為人造衛星,以區別於地球的月球等天然衛星。衛星的現狀1957年10月4日,蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星Sputnik 1。從那時起,來自 40 多個國家的約 8,900 顆衛星已發射。

衛星是有意放入軌道的物體。這些物體被稱為人造衛星,以區別於地球的月球等天然衛星。

衛星的現狀

1957年10月4日,蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星Sputnik 1。從那時起,來自 40 多個國家的約 8,900 顆衛星已發射。根據 2018 年的估計,約有 5,000 顆仍在軌道上。其中,約有 1,900 架處於運行狀態,而其餘的已超過其使用壽命並成為空間碎片。大約 63% 的運行衛星處於低地球軌道,6% 處於中地球軌道(20,000 公里),29% 處於地球靜止軌道(36,000 公里),其餘 2% 處於各種橢圓軌道。在衛星數量最多的國家中,美國擁有最多的衛星,2944 顆,中國以 499 顆位居第二,俄羅斯以 169 顆位居第三。[1]包括國際空間站在內的 一些大型空間站已分批發射並在軌組裝。十多個太空探測器已被放置在其他天體周圍的軌道上,並成為月球、水星、金星、火星、木星、土星、一些小行星、[2]彗星和太陽的人造衛星。

衛星有多種用途。在其他幾個應用程式中,它們可用於製作星圖和行星表面地圖,還可以為它們發射到的行星拍照。常見的類型包括軍用和民用地球觀測衛星、通信衛星、導航衛星、氣象衛星和太空望遠鏡。在軌空間站和人類太空飛行器也是衛星。

衛星可以單獨運行,也可以作為更大系統、衛星編隊或衛星星座的一部分運行。

衛星軌道根據衛星的用途有很大的範圍,並以多種方式分類。眾所周知的(重疊)類別包括近地軌道、極地軌道和地球靜止軌道。

運載火箭是將衛星送入軌道的火箭。通常,它從陸地上的發射台升空。有些是從潛艇或移動海上平台在海上發射的,或者在飛機上發射(參見空中發射到軌道)。

衛星通常是半獨立的計算機控制系統。衛星子系統參與許多任務,如發電、熱控制、遙測、姿態控制、科學儀器、通信等。

人造衛星的概念歷史

第一個發表的關於人造衛星可能性的數學研究是牛頓的炮彈,這是艾薩克·牛頓在他的Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)中解釋自然衛星運動的思想實驗。第一個關於衛星被發射到軌道的虛構描述是愛德華·埃弗里特·黑爾(Edward Everett Hale )的短篇小說《磚月亮》(1869 年)。這個想法在儒勒·凡爾納( Jules Verne)的《貝古姆的財富》( The Begum's Fortune)(1879 年) 中再次浮出水面。

1903 年,康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基 ( Konstantin Tsiolkovsky,1857-1935) 發表了使用噴氣推進裝置探索太空,這是第一部關於使用火箭發射太空飛行器的學術論文。他計算了最小軌道所需的軌道速度,並且以液體推進劑為燃料的多級火箭可以實現這一目標。

1928 年,赫爾曼·波托奇尼克(Herman Potočnik ) (1892-1929) 出版了他唯一的著作《太空旅行的問題——火箭發動機》。他描述了使用軌道太空飛行器進行地面觀測,並描述了太空的特殊條件如何對科學實驗有用。他描述了空間的特殊條件如何對科學實驗有用。這本書描述了地球靜止衛星(首先由康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出)並討論了它們與地面之間使用無線電通信的問題,但沒有提出使用衛星進行大規模廣播和作為電信中繼的想法。

在 1945 年無線世界的一篇文章中,英國科幻作家亞瑟 C.克拉克詳細描述了通信衛星在大眾通信中的可能用途。他建議三顆地球同步衛星將覆蓋整個地球。

1946年5月,美國空軍的蘭德計劃發布了《實驗性環繞世界宇宙飛船的初步設計》,其中指出「配備適當儀器的衛星飛行器有望成為第 20 屆最強大的科學工具之一。世紀。」 自 1945 年以來,美國一直在考慮在美國海軍航空局的領導下發射軌道衛星。蘭德項目最終發布了這份報告,但認為衛星是科學、政治和宣傳的工具,而不是潛在的軍事武器。

1946年,美國理論天體物理學家萊曼·斯皮策提出了一種軌道空間望遠鏡。

1954 年 2 月,蘭德項目發布了由 RR Carhart 撰寫的「衛星飛行器的科學用途」。這擴展了衛星飛行器的潛在科學用途,並於 1955 年 6 月由 HK Kallmann 和 WW Kellogg 撰寫了「人造衛星的科學用途」。

在為國際地球物理年(1957-58)計劃的活動的背景下,白宮於 1955年7月29 日宣布,美國打算在1958年春天發射衛星。這被稱為先鋒計劃。7月31日,蘇聯宣布他們打算在 1957 年秋天發射一顆衛星。

發射人造衛星

第一顆人造衛星是人造衛星 1 號,由蘇聯於 1957年10月4日在人造衛星計劃下發射,謝爾蓋·科羅廖夫擔任首席設計師。人造衛星 1 號通過測量其軌道變化幫助確定了高層大氣的密度,並提供了電離層無線電信號分布的數據。人造衛星一號成功的出人意料的宣布,引發了美國的人造衛星危機,並引發了冷戰中的所謂太空競賽。

人造衛星 2號於 1957 年 11 月 3 日發射升空,並將第一位活著的乘客送入軌道,一隻名叫萊卡的狗。

1955 年初,在美國火箭學會、美國國家科學基金會和國際地球物理年的壓力下,陸軍和海軍正在開展軌道飛行器計劃,其中包括兩個相互競爭的項目。陸軍使用木星C火箭,而民用/海軍計劃使用先鋒火箭發射衛星。Explorer 1於1958年1月31 日成為美國的第一顆人造衛星。

我國在1969年嘗試使用自己的發射器發射第一顆衛星,然後在 1970年成功發射。

早期的衛星是按照獨特的設計建造的。隨著技術的進步,多顆衛星開始建造在稱為衛星巴士的單一模型平台上。第一個標準化的衛星總線設計是 1972 年發射的HS-333地球同步(GEO)通信衛星。從1997年開始,FreeFlyer是用於衛星任務分析、設計和操作的商業現成軟體應用程式。

目前最大的人造衛星是國際空間站。

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