地球同步卫星和太阳同步卫星.docx

地球同步卫星和太阳同步卫星卫星气象学地球同步卫星轨道若卫星轨道倾角为0°,赤道平面与轨道平面重合，则卫星在 赤道上空，并且卫星的轨道周期等于地球的自转周期，其旋转方 向相同，这样的轨道称做地球同步卫星轨道从地面上看，这种 轨道上的卫星相对地球赤道上某一点不动，故又称静止卫星轨道 实现地球同步轨道，必须满足以下条件：①卫星运行方向与地球 自转方向相同； ②轨道倾角为0°； ③轨道偏心率为0，即轨 道是圆形的； ④轨道周期等于23小时56分04秒，即等于地球 自转周期静止卫星的高度为35860公里事实上，静止卫星轨道不完全是圆形，带有一点椭圆形，在 一天当中轨道半径时大时小，轨道半径偏大时，卫星速度减小， 其相对地球就要向西漂移，否则要向东漂移另外卫星的轨道倾 角也不正好为0°，这时卫星作南北漂移若卫星轨道有点椭圆形， 又有一点倾角，则卫星星下点轨迹是上面两种结果的合成，使得 每天星下点轨迹为“8”字形气象卫星气象和人类的生存密切相关一场暴雨或一次台风没有及时 预报，就会摧毁一年的收成，甚至危及人们的生命航行的船舰 和飞机，没有气象预报的保证，后果更是不堪设想我国劳动人民从生产斗争的实践中，很早就学会了从观天察 地中来推测未来天气变化的本领。

以后，气球和无线电探测仪器 的出现，特别是现代的气象火箭把气象仪器送到了几百公里的高 空，使气象观测前进了一大步但是，无论用气球、无线电设备， 还是用气象火箭进行气象观测，都有局限性例如，气球只能探 测低空的气象状况；气象火箭只能得到一个地区短时间的气象资 料此外，用气球或气象火箭进行气象观测还受到地理条件的限 制，许多人迹未到的地方的气象很难进行探测气象卫星的出现就弥补了上面所说的这些气象观测方法的不 足近地气象卫星离地面的高度一般在800公里左右气象卫星 上装有电视摄像机它能够拍摄全球的云图以前，我们只能从 下往上拍摄云图，由于上层云被下层云遮住，所以往往拍摄不到 上层云有了气象卫星，就可以从上往下拍摄云图气象卫星上还装有扫描辐射计扫描辐射计的探头，能敏感 地探到一定波段的电磁辐射当它对云层和大气扫描时，就能记 下云层和大气在各个波段可见光、红外、微波的辐射强度，转变 成电信号以后，通过无线电波发送给地面地面站接收以后，经 过计算机处理，就可以得到云的形状、云顶高度，大气温度和湿 度，海面温度和冰雹覆盖面积等把气象卫星获得的气象资料跟 其他探测方法获得的气象资料一起进行综合分析后，就可以准确 地预报天气。

自1960年美发射〃泰罗斯1号〃第一颗气象卫星以来，世界上 发射了许多类型的气象卫星，至今，美国和苏联已经发射了 100 多颗气象卫星70年代中期，根据世界气象组织和国际科学协会制定的〃全球 大气研究计划〃，由美国、欧洲、日本和苏联发射各种气象卫星， 组成全球气象卫星观测网观测网由五颗地球同步轨道气象卫星 和两颗离地面800〜900公里高度的极轨道气象卫星组成5颗地 球同步轨道气象卫星的位置为0东经140°和70°、西经75° 和135°，分别由欧洲空间局、日本和美国发射1977年发射的位于东经140"赤道上空的日本静止气象卫星能 观测从东经8°到西经160°，南、北纬各5°的广大地区，包括 太平洋、印度洋东部、东亚大陆和大洋洲我国也在日本静止气 象卫星的观测范围内我国已经研制成接收装置，接收日本静止 气象卫星的云图，用于我国的天气预报我国于1988年9月首次发射太阳同步轨道试验气象卫星"风 云一号""风云一号"卫星轨道高度900公里，轨道倾角99°，卫 星质量为750公斤，星体呈盒子形，高回1.76米星体两侧各有 一块太阳电池翼，翼展宽8.6米太阳电池翼上共贴有2 X 2平 方厘米的硅太阳电池14256片。

卫星上装有可见光和红外辐射计， 工作夜5个波段，其中1个波段为红外，其余4个波段均在可见 光范围内可以日夜观测云层、陆地和海面温度等辐射计获得 的图像地面中心分辨率为1.1公里，边缘分辨率4公里之后， 又成功发射了风云二号气象卫星卫星气象学近极地太阳同步卫星轨道所谓太阳同步轨道是指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对 固定的取向由于这种轨道的倾角接近90°，卫星要在极地附近 通过，所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道为保持轨道平面 始终与太阳保持固定的取向，在卫星随地球绕太阳公转时，轨道 平面每天要自西向东作大约1°的转动但是若地球是个均匀球 体，当地球绕太阳公转时，轨道平面随地球作平动，则轨道平面 不能保持与太阳有固定的取向事实上由于地球是个扁椭球体， 这种扁椭球体上的各点对卫星的引力不等，使卫星的轨道平面绕 地轴朝着与卫星运动相反方向旋转，即轨道平面的进动若选定 合适的倾角（大于90°）使卫星轨道平面的进动为1°，正好使 轨道平面与太阳始终保持固定的取向这样就实现了太阳同步轨 道在这种轨道上的卫星以固定的地方时观测地球大气，有较固 定的光照条件对获取可用的资料、资料的接收、轨道的计算等 都十分方便。

通信卫星通信卫星是用来进行远距离无线电通信的卫星在通信卫星出现之前，地球上远距离的两地之间要进行通信 有两种方法；一种是利用电缆，另一种是用地面无线电设备用 电缆进行通信，保密性好，传输也比较稳定，但是敷设和维护电 缆的成本昂贵用无线电进行通信，按照无线电波波长的不同， 可以分为三种最早使有的是长波波段（波长从10000米到1000 米）这种波主要是沿地面传播，由于大地对电波的吸收作用， 使电波强度随传播距离的增加而迅速衰减为了弥补这种衰减损 失，发射机的发射功率必须高达几千瓦，还要把天线架设在几百 米高的塔上，所以长波通信工程巨大此外，长波传输的信息容 量很小，还会产生严重失真，因此，现在已经很少采用无线电长 波进行通信后来人们利用无线电短波（波长从100米到10米） 进行通信，这种电波是依靠地球上空的电离层的反射进行传播的 可是，电离层随昼夜、季节和地理位置而变化；另外，电离层还 受到太阳活动的影响，因此，短波通信很不稳定最近几十年来， 人们开始广泛采用无线电微波进行通信无线电微波（波长从1 米到1毫米）能传输的信息容量很大，又比较稳定但是，这种 电波像光线一样只能在视距（〃看得见〃）范围里直线传播，地球 上两地相隔很远，不在视距范围里，就无法利用无线电微波进行 直接通信。

为了克服这种弱点，人们想出了像接力赛跑那样的中 继方法，每隔50公里左右设立一个中继站，中继站接收到前一站 发来的无线电信号后，进行放大，然后再发向下一站，这样，可 以把信息传到很远很远的地方但是，设置许多中继站，也要耗 费巨大的资金，特别是要在崇山峻岭和浩瀚的大洋上建立中继站， 就更加困难了50年代末，人造地球卫星上天以后，人们很快就想到，在远 距离通信中可以利用人造卫星美国于I960年8月发射了第一颗 这样的卫星这颗卫星直径是30米，取名〃回声1号〃实际上它 是一颗镀铝塑料薄膜制成的气球由于从这颗卫星反射回地面的 无线电波仍然很微弱，要接收这样微弱的无线电波，要求地面接 收站设有高灵敏度的接收机，或者要求地面发射站设有大功率的 发射机所以用卫星来反射无线电波进行远距离通信仍然有很大 困难为了加强从卫星上反射回地面的无线电波，人们就把卫星 做成像地面上的微波中继站一样，卫星接收到地面发来的无线电 波以后，进行放大，然后再发向地面目前工作的通信卫星都采 用这种方法最初，人们只能发射离地面几千公里高的通信卫星这种通 信卫星保持在地雷通信站上空的时间很短，一昼夜里面可通信时 间总共只有几十分钟。

后来，人们发射了一种大椭圆轨道的通信 卫星，把卫星从远地点拉到离地面30000多公里的高空这种卫 星保持在地面通信站上空的时间一昼夜可以达到十几小时，但是 还不能达到全天通信1963年2月，美国首先发射了一个地球同 步轨道的通信卫星地球同步轨道卫星能〃固定〃在地球赤道上空 的某一点，当这种卫星在地面通信站上空的时候，就能达到24小 时的连续通信从理论上说，如果沿地球赤道上空均匀布置三颗 地球同步轨道的通信卫星，那么，除两极地区以外，几乎可以达 到全球连续通信由于地球同步轨道通信卫星具有这样优越的通信条件，因此， 它是近40多年来发展最迅速的一种人造地球卫星，并且变成了商 用通信工具1964年8月，正式成立了由8个国家参加的〃国际通 信卫星财团〃从1965年4月到现在，由这个财团提供经费，由 美国研制发射了 9种型号的国际通信卫星使用国际通信卫星的 国家已经有100多个随着通信业务的增加和空间技术的发展，各国研制了许多不 同用途的通信卫星例如，适用于某一国家或某一地区的国内通 信卫星；专门为军事服务的国防通信卫星；提供船舰使用的海事 通信卫星；提供卫星测轨和数据传输的跟踪和数据中继卫星；为 家庭提供直接电视广播服务的广播卫星等等。

美国从1976年开始研制跟踪和数据中继卫星（TDRS）在地 球静止轨道上适当部署三颗跟踪和数据中继卫星，则相当于把三 个地面测控通信站搬到了空间，它能对轨道高度在200〜12000公 里范围内的所有用户卫星、载入飞船和空间站实现连续跟踪和数 据通信跟踪和数据中继卫星质量为2270公斤，六面体，两块太阳电 池板展开后宽17.4米可提供1850瓦电功率星上装有KU波段 和S波段合用的两个抛物面天线，直径达4.9米另外，星上还 装有一个工作在S波段的相控阵天线，可以同时为20个用户卫星 服务电视广播卫星的无线电发射功率比通信卫星要大得多通信 卫星的无线电发射功率通常只有几瓦到几十瓦，而电视广播卫星 的无线电发射功率可以达到几百瓦由于电视广播卫星具有这样 大的无线电发射功率，因此地面接收站不需要像通信卫星那样要 有几十米直径的抛物面接收天线，而只需要半米或几米直径的抛 物面接收天线电视广播卫星上天，有电视机的家庭都能直接接 收从电视广播卫星上发来的电视节目电视广播卫星非常适合于 像我们这样幅员辽阔、人口众多均国家例如，只要发射两颗广 播卫星，不需要像现在这样庞大的微波干线和许多中继站，就能 把中央电视台的节目送到广大的农村和山区。

这将大大丰富我们 的科学文化生活我国于1984年发射试验通信卫星，之后又成功发射了多颗地 球同步实用通信卫星我国试验通信卫星发射时质量为900公斤，进入静止轨道质 量为420公斤从远地点发动机喷口全天线顶端的最大高度为3. l米，星体直径2.1米我国试验通信卫星的通信频段，选用国际电联规定的频段， 上行6225〜6425兆赫兹，下行4000〜4200兆赫兹星上有两套 转发锅，可24小时全天候通信通信转发器由11个部件组成 它构成完整的接收、放大、变频和发射系统接收机采用了低噪 声的隧道二极管放大器，为了提高放大增益，采用中频放大为 了满足舰船实时通信的需要，在转发器内除设置转播电视的宽带 信道之外，还设置窄带信道，使转发增益提高6个分贝，末级功 率放大器采用行波管放大器。