人造地球卫星是如何被送入预定轨道的,人造卫星是如何绕地球转的

人造地球卫星是如何被送入预定轨道的,人造卫星是如何绕地球转的

题图来自Unsplash,基于CC0协议

在我们现代人的生活中,越来越离不开人造地球卫星,我们每天收看的天气预报,又或者在地图上寻找某一个地方,都有可能需要借助人造卫星。那么人造卫星到底是什么呢?它又是如何被发明出来的呢?又有什么样的用途呢?

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人造卫星就是环绕地球在空间轨道上运行至少1圈的无人航天器,它也是发射数量最多,用途最为广泛,发展最快的航天器。人造卫星的发射数量约占航天器发射总数的90%以上,完整的卫星工程系统通常都是由人造卫星、运载器、航天器发射场、航天控制和数据采集网以及用户台组成。

根据卫星的用途不同,也可以组成不同的卫星应用系统,例如卫星通信系统、卫星导航系统和卫星空间探测系统等等。而人造卫星主要也是由两种设备系统组成的,它们可以分为专用系统和保障系统两大类。

专用系统指的是卫星在执行任务的系统,大致又可以分为探测仪器、遥感仪器和转发器等三类;保障系统则是有结构系统、热控系统、电源系统、无线电测控系统、姿态控制系统和轨道控制系统等等。

既然我们已经了解什么是人造卫星,那么接下来就来了解一下卫星是怎样被发明出来的?世界上的第1颗人造地球卫星是由苏联在1957年10月4日发射的,从那个时候开始,人类就已经进入了太空时代。

但其实人造地球卫星想要升空并不容易,至少是要满足两个重要的条件。第一个就是成熟稳定而且非常可靠的火箭技术,也就相当于是运载工具;第二个则是人造卫星自身功能的完备,由于卫星上天一般都需要执行一些任务,所以就必须要具备相应的功能。

火箭作为人造卫星升空的推动器,早在二战的时候就已经被发明出来。在1936年,纳粹德国就秘密建立起了火箭试验基地,并在1942年10月3日成功发射了由酒精和液态氧作为推进剂的v-2型火箭。

当时的火箭长度就达到了14米,重量约为13吨,飞行高度可以达到80千米,航速可以为7.5千米每秒,有效的射程达到300千米。这种火箭在二战中就已经开始投入使用,而且纳粹德国曾经使用它袭击英伦三岛。

从技术上来说,德国应该是走在最前面的。但就算拥有如此先进的火箭技术,也无法挽救德国战败的命运,而失败者的命运通常都是非常悲惨的,这些先进的技术成果很快就会被其他的胜利国瓜分,也就便宜了美国和苏联。所以二战之后,美国和苏联的航天技术发展得如此迅速,也有德国技术的因素在里面。

而且美国在获取德国技术方面更加精明,因为美军俘获了包括核心火箭技术专家冯·布劳恩在内的100多位专家;苏联却一股劲地将德国火箭基地的设备和剩余的专家运往苏联,虽然苏联也获得了其中一些专家,但最厉害的专家还是去了美国,这也造就了两国航天技术发展出现了不同的命运。

由于苏联已经获得了非常多的设备,所以很多研究都可以从这个基础上展开,因此苏联的航天技术起步也更为迅速,我想这应该也是为什么世界上的第1颗人造地球卫星是由苏联发射的原因。而美国则更侧重于掌握核心技术的专家,虽然在起步阶段要比苏联慢了一些,但发展的后劲非常猛。

二战刚刚结束之后,美国与苏联出于各自的政治和军事利益的考虑,都以争夺德国火箭技术和专家为目标,极力发展射程更远、运载能力更强、性能更为优越的火箭。使得两国的航天技术发展非常迅速,但最终还是苏联的发展更胜一筹,除了苏联获得德国比较多的先进设备的原因之外,另外一个原因就是苏联高层比较重视了。

在1947年,斯大林听取了有关专家的建议,就在苏联党政高级干部参加的联席会议上,多次强调要让苏联的军事航空科技走在世界的前列。那时候的苏联可谓是雄心壮志,在二战中取得了胜利,提高了国家的国际地位,成为了唯一一个可以与美国争雄的国家。

所以苏联也加大了空间技术研究的投入,使得它的空气动力学、波动力学的水平提高都非常快,在其他的学科方面,如地球物理学计算机科学等等也取得了相当的成就。这些基础理论的发展,都为苏联的空间技术迅速发展创造了条件。

苏联在20世纪50年代中期先后成立了国家科学院天文研究所空间技术组,和国家宇宙探测委员会,他们的任务就是直接负责远程火箭和人造卫星事宜。经过了长期的筹备,苏联终于在1957年宣布用于发射卫星的火箭和卫星系统的研制工作已经完成。

所有的这些都准备好了之后,终于在1957年10月4日,苏联在拜科努尔航天发射场成功发射了世界上的第1颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”。这颗卫星的重量达到了180磅,直径为22.8英寸,外部有4根折叠式的天线,由一枚USRR-1行三级火箭送入预定的空间轨道。

这颗卫星每96.2分钟就绕地球一周,主要功能就是测量温度和压力,并且发射无线电信号等。这颗人造地球卫星在轨道上运行了92天之后,就坠入了大气层烧毁,世界上第1颗人造地球卫星就是这样完成了它的使命,虽然将它烧毁有点惋惜,但它标志着人类太空时代的到来,对于全人类来说都是具有划时代意义的。

不管苏联发射人造地球卫星的意义如何,它对于美国的冲击都是非常大的,所以美国也在抓紧发射他们的第1颗人造地球卫星。就在1958年1月,美国的“探险者1号”由大推力火箭“德尔塔”发射升空,也成功送上了太空。

此后,美国趁热打铁,又在1958年的3月17日和1959年的2月17日,将两颗人造卫星分别送入太空。但不管美国在这方面如何努力,他的意义都是比不上苏联的一颗卫星,所以在第1轮的太空竞赛中,美国是处在劣势的。

其他的国家虽然在实力上比不上苏联和美国,但也要争取发射属于自己的人造卫星。例如法国、日本、中国和英国也纷纷开始发射自己研究的卫星。

中国的第1颗人造地球卫星“东方红1号”就是在1970年4月24日发射升空的。虽然中国在那个时候发射“东方红1号”,已经距离苏联发射“斯普特尼克1号”有十几年的时间,但对于中国来说,它的意义还是非常大的。

因为中国的“东方红1号”和火箭技术都是独立研制的,而且发射的时候又是处在国内文革的艰难阶段,虽然比日本的人造卫星发射要迟了两个多月,但我们在技术上要比日本的要高出很多。

从运行时间的一个数字就可以看得出来,日本的“大隅号”还没有完成绕地球1圈,就基本损坏了。我上面已经提到人造卫星的定义,至少要完成绕地球1圈才行,所以日本的那颗卫星还不能算是完整的人造卫星。

而中国的“东方红1号”卫星,走在太空中工作了20天,环绕地球250多圈,这才是一颗完全意义的人造卫星。而且“东方红1号”也有它独特的优势,虽然它已经不工作了,但它现在都还在地球轨道上运行,说不定哪一天我们在技术允许的条件下,还可以将“东方红1号”收回来,最后放进博物馆里面,让后人世世代代瞻仰!

此后中国的航天事业一发不可收,陆续发射了用于科学考察、气象观测和通信广播等的许多卫星,渐渐也开始掌握了卫星回收技术。到了20世纪80年代以后,我国接连向太空发射了4颗静止轨道通信卫星,也使我国成为了世界上少数几个航天工业先进国家之一。

世界上的主要国家为什么还要争先恐后地把自己的人造卫星送到太空中呢?首先,这是一个新的领域,先进的国家肯定不想落后,要是落后了,追上来就很困难了。在用途上,首先的作用就是观测气象,因为卫星一般都是处在大气层的上层,又或者是高出大气层的上层,以俯视的角度更加容易可以随时观察到地球的每一个角落。

第二个作用就是用于通信领域。例如卫星电话、还有电视转播等等,它们不仅方便了人们的生活,也在丰富人们的生活。第三就是用于军事侦察等等,反正卫星的用途非常广泛,到了现在基本上已经可以渗透到国民经济中的各个领域,甚至种田都有可能需要利用卫星来帮助监测气象。

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综上所述,人造卫星开启了一个新的时代,给人类的生活也带来了非常巨大的变化,而且这也还是一个新兴的技术领域,也许对于它的用途,我们也还没有完全地挖掘出来,在将来还有可能会带来更大的福利。你是怎么看的呢?#点亮好奇心#

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