人造衛星
航天器類型
人造衛星（英語：Satellite），在不產生歧義的情況下亦稱衛星，是由人類建造的一種航天器，也是數量最多的一種。人造衛星以太空飛行載具如運載火箭、太空梭等發射到太空中，像天然衛星一樣環繞地球或其它行星運行。通訊衛星就是在地球軌道上，放置衛星，以作為地面微波與廣播站間的通信媒介。[1]雖然通訊衛星的造價很高，但由於能傳輸大量的資訊，而且免除架設的費用，因此對於長距離的傳輸仍是最普遍與最經濟的方法；因為一個通訊衛星所傳播的地域相當的大，只要三個通訊衛星就能涵蓋地球上大部分的地域。人造衛星除了自身具備的功能以外，也衍伸出太空垃圾的隱憂。
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結構
人造衛星一般由有效載荷（payload）和衛星平台。有效載荷是指為了直接實現該衛星的應用目的或者科研任務各種儀器設備。衛星平台則是用於支持有效載荷正常工作的所有保障系統的總成[2]。一般來說衛星平台的設計在一段時期內都是相對穩定的，在升級換代前只會做小幅改良。只要功能合適，某一種衛星平台可以根據需要搭載各種各樣的有效載荷。例如嫦娥一號和二號衛星使用的都是東方紅三號衛星平台，但它們各自搭載的有效載荷則是不一樣的。衛星平台又分為多個子系統：
- 有效載荷（不同類型衛星均不同，共同的有：）
- 對地相機
- 恆星相機
- 搭載的有效載荷
- 衛星平台（為有效載荷的操作提供環境及技術條件，包括：）
- 服務系統
- 熱控分系統
- 姿態和軌道控制分系統
- 程序控制分系統
- 遙測分系統
- 遙控分系統
- 跟蹤和測試分系統
- 供配電分系統
- 返回分系統（限於返回式衛星）
- 衛星結構平台
- 服務系統
人造衛星供電和電子系統製冷
大部分人造衛星採用太陽能板提供電源，也有部分使用放射性同位素熱電機供電。因為無法長期人為維護，人造衛星的供電系統常採用熱電發電器與核反應堆、光伏電板組合使用的設計方式。根據麻省理工學院的唐爽和崔瑟豪斯夫人提出的「唐-崔瑟豪斯理論」，[3][4] 提高電子-空穴的非對稱性、增加有效帶隙、帶邊對齊等方法在大多數半導體材料中均可以提高熱電發電材料系統的能源轉換率。通常也可附件材料納米化的方法，但該方法更適合運用於低載流子濃度的熱電發電材料體系。[5][6]
對電子系統的熱管理和製冷技術是維持人造衛星的計算、通訊、遙感系統正常運作的必要前提。目前常採用熱電主動製冷技術，包括「珀耳帖冷卻器」、「能斯特-埃廷斯豪森冷卻器」和「唐-崔瑟豪斯冷卻器」。
人造衛星工程系統
人造衛星能夠成功執行預定任務，單憑衛星本身是不行的，而需要完整的衛星工程系統，一般由以下系統組成：
- 發射場系統
- 運載火箭系統
- 衛星系統
- 測控系統
- 衛星應用系統
- 回收區系統（限於返回式衛星）
分類
在航天器分類中的位置
| 航天器 |
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按軌道種類區分
按軌道高度區分
- 高軌道衛星：運行於地球靜止軌道。高軌道衛星距離地表約36000公里高空，並且於赤道上繞行地球，又稱同步軌道衛星或地球靜止軌道衛星
- 中軌道衛星：運行於中地球軌道（MEO: Medium-Earth Orbit）
- 低軌道衛星（又稱地表衛星）：運行於低地球軌道（LEO: Low-Earth Orbit）
按衛星重量區分
- 大型衛星：大於1000kg（1噸）。
- 中型衛星：界於500到1000kg（半噸）。
- 小型衛星：不到500kg的都叫小型衛星，其中分類如下：
- 迷你型衛星：500到100kg
- 微衛星：小於100kg
- 納衛星：10kg或更低
- 皮衛星：按國際標準約1.3kg
- 飛衛星：僅以公克為單位
依用途區分
- 科學衛星
- 氣象衛星：古時候的人們對於多變的氣候，最多只能憑著經驗加以揣測。而氣象衛星的出現，使得人們得以掌握數日內的氣候變化。氣象衛星從遙遠的太空中觀測地球，不但能觀測大區域天氣的變化，針對小區域的天氣變化做觀察也一樣是他的例行任務。一般我們在看新聞的天氣預報時，主播背後的那幅衛星雲圖就是氣象衛星的觀測結果。而颱風的預報更是大家耳熟能詳的。氣象衛星除了對地球天氣與氣候的觀察外，他還能對所謂的太空天氣做監測工作。如太陽表面的風暴便屬此類。此類的事件經常會造成地球上許多電器物件損毀。氣象衛星還有其他功能。它能為諸如洪澇、森林大火等天然災害提供監測情報，同時也能對諸如漁場資源、或土地資源提供一定的情報。如此可使各種天然資源開發與天災救助達到事半功倍的效果。
- 地球觀測衛星：這些衛星允許科學家聚集有價值的關於地球的生態系統的數據。
- 天文衛星
- 應用衛星
衛星服務
發射國家和機構
截至20世紀末，全球只有少數國家具有獨立衛星發射能力。這些國家和地區包括（截至2013年）：俄羅斯、美國、法國、日本、中國、英國、印度、以色列、伊朗、朝鮮和韓國。伊拉克的發射並未被承認。巴西在1997、1999和2003年進行了3次發射嘗試，但均未成功。直到今天仍有少數國家依舊嘗試進入航天俱樂部。早期意大利和哈薩克斯坦都具備火箭和衛星研發技術條件，並且都有火箭發射場（聖馬科意海上平台和拜科努爾發射場，主要為美國和俄國擔負發射任務）。烏克蘭具備火箭製造能力但卻不具備發射場等條件。多國合作的歐洲空間局ESA，以及私有的海上發射公司等公司也被認為是航天俱樂部的成員。
能發射衛星的國家
| 次序 | 國家 | 首次發射年份 | 火箭 | 衛星 |
|---|---|---|---|---|
| 1 |  蘇聯 |
1957 | Sputnik-PS | Sputnik 1 |
| 2 |  美國 |
1958 | 朱諾一號運載火箭 | 探險者1號 |
| 3 |  法國 |
1965 | 鑽石 | Astérix |
| 4 |  日本 |
1970 | Lambda-4S | Ōsumi |
| 5 |  中華人民共和國 |
1970 | 長征一號 | 東方紅一號 |
| 6 |  英國 |
1971 | 黑箭運載火箭 | Prospero X-3 |
| 7 |  印度 |
1980 | SLV | Rohini |
| 8 |  以色列 |
1988 | 沙維特 | Ofeq 1 |
| — |  俄羅斯[1] |
1992 | Soyuz-U | Template:Kosmos |
| — |  烏克蘭[1] |
1992 | Tsyklon-3 | Strela (x3, Russian) |
| 9 |  伊朗 |
2009 | 信使二號 | 希望號 |
| 10 |  北韓 |
2012 | 銀河3號 | 光明星3號 (2期) |
| 11 |  南韓 |
2013 | 羅老號運載火箭 | STSAT-2C |
- 說明
- 俄羅斯和烏克蘭的發射能力繼承自前蘇聯。
- 法國、英國使用自己的發射器在外國航天發射場發射了本國的第一顆人造衛星。
- 伊拉克（1989）聲稱進行過軌道發射（相應地包括衛星和武器彈頭），但未予承認。
- 除此以外，包括南非、西班牙、意大利、德國、加拿大、澳大利亞、阿根廷、埃及在內的國家以及例如OTRAG這樣的私人公司，都發展了各自的發射器，但均未成功發射。
- 截至2013年，只有十個上述列表中的國家（俄羅斯和烏克蘭取代前蘇聯，以及美國、日本、中國、印度、以色列、伊朗、朝鮮和韓國）和一個區域組織（歐洲空間局，ESA）通過本國研製的發射裝置獨立地完成了人造衛星發射。（現時英國和法國的發射能力歸於歐洲空間局之下）
- 不少其它國家，包括巴西、巴基斯坦、羅馬尼亞、中華民國、印尼、哈薩克、澳大利亞、馬來西亞以及土耳其，正處於開發各自小型發射器能力的不同階段。
各國首次成功發射的衛星
以下是航天俱樂部幾大成員首次成功發射的衛星：
| 次序 | 發射時間 （UTC） |
國家 | 衛星名稱 （原文） |
運載火箭 （原文） |
發射地點 （坐標） |
重量 （kg） |
備註 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1957年10月4日 19時28分34秒 |
蘇聯
|
史普尼克1號 Спутник-1 |
斯普特尼克運載火箭 Спутник 8К71ПС |
蘇聯哈薩克斯坦丘拉坦 拜科努爾航天發射場一號發射場區 45°55′13″N 63°20′32″E / 45.920278°N 63.342222°E |
83.6 | 研究地球電離層、測量外太空大氣層空氣密度 |
| 2 | 1958年2月1日 03時47分56秒 |
美國
|
探險者一號 Explorer 1 |
朱諾一號運載火箭 Juno I |
美國佛羅里達州布里瓦德縣卡納維拉爾角 卡納維拉爾角空軍基地第26號發射工位A發射台 28°26′39″N 80°34′17″W / 28.44417°N 80.57139°W |
13.7 | 測量宇宙射線、地球范艾倫輻射帶、微流星體以及衛星本體溫度 |
| 3 | 1965年11月26日 14時47分21秒 |
法國
|
阿斯泰利克斯 Astérix 1 |
鑽石號A型運載火箭 Diamant A |
阿爾及利亞貝沙爾省漢馬吉爾 特種火箭聯合測試中心B2發射場布麗吉特發射工位 30°46′42″N 3°03′14″W / 30.77833°N 3.05389°W |
42 | 鑽石號A型運載火箭性能試驗 |
| 4 | 1970年2月11日 04時25分 |
日本
|
大隅號（5） おおすみ（5） |
拉姆達-4S（5號機） L-4Sロケット（5号機） |
日本鹿兒島縣肝付町 內之浦宇宙空間觀測所拉姆達發射台 31°15′08″N 131°04′43″E / 31.2523°N 131.0785°E |
23.8 | 試驗運載火箭子級級間分離與火箭第4級入軌性能，衛星在軌運行10多小時 |
| 5 | 1970年4月24日 21時35分45秒 |
中華人民共和國
|
東方紅一號 | 長征一號運載火箭（601904） | 中國內蒙古自治區阿拉善盟額濟納旗 酒泉衛星發射中心二號發射陣地5020工位 41°18′22″N 100°18′48″E / 41.306140°N 100.313220°E |
173 | 之前各國首發衛星當中最重的一顆，探測外太空空間環境，測量衛星工程參數，軌道測控，播放《東方紅》 |
| 6 | 1971年10月28日 04時09分29秒 |
英國
|
普羅斯帕羅 Prospero |
黑箭號運載火箭（R3） Black Arrow (R3) |
澳大利亞南澳大利亞州伍默拉軍事禁區 伍默拉試驗場五號發射場區B發射台 30°57′00″S 136°27′34″E / 30.9500°S 136.4595°E |
66 | 試驗輕型太陽能電池帆板、熱控以及電子設計，測量宇宙塵埃 |
| — | 1979年12月24日 17時14分38秒 |
 歐空局 |
阿里安遙測設備艙1號 CAT 1 |
亞利安一號運載火箭（L-01） Ariane 1 (L-01) |
法國法屬圭亞那卡宴區庫魯 蓋亞那太空中心阿里安一號發射場區 5°14′10″S 52°46′30″W / 5.236°S 52.775°W |
1602 | 阿里安一號運載火箭性能試驗，攜帶壓艙物 |
| 7 | 1980年7月18日 02時33分45秒 |
印度
|
羅希尼1B號（RS-1） Rohini-1B (RS-1) रोहिणी1B (आर एस - १) |
衛星運載火箭（3 D1） Satellite Launch Vehicle (3 D1) उपग्रह प्रक्षेपण यान (3 D1) |
印度安得拉邦內洛爾縣斯里赫里戈達島 薩迪什·達萬航天中心一號發射台 13°43′59″N 80°14′06″E / 13.733°N 80.235°E |
40 | 衛星運載火箭性能試驗，評估衛星性能，檢驗地面測控系統 |
| 8 | 1988年9月19日 09時34分 |
以色列
|
地平線1號 אופק 1 |
沙維特運載火箭 שביט |
以色列中央區帕勒馬希姆 帕勒馬希姆空軍基地 31°53′04″N 34°40′49″E / 31.88444°N 34.68028°E |
157 | 測量外太空大氣層、磁場以及地球引力，進行外空間技術試驗 |
| — | 1991年9月28日 07時05分 |
烏克蘭
|
六顆俄羅斯制天箭三號衛星[註 3] Стрела-3 |
旋風三號運載火箭 Циклон-3 |
俄羅斯阿爾漢格爾斯克州米爾內 普列謝茨克航天發射場32號發射場區 62°54′23″N 40°47′12″E / 62.90639°N 40.78667°E |
6×220 | 軍用通訊衛星，蘇聯時期研製的運載火箭，火箭製造廠位於獨立後的烏克蘭境內，在俄羅斯境內發射升空。 |
| — | 1992年1月21日 15時00分00秒 |
俄羅斯
|
宇宙2175號 Космос-2175 |
聯盟-U型運載火箭 Союз-У |
俄羅斯阿爾漢格爾斯克州米爾內 普列謝茨克航天發射場43號發射場區 62°55′12″N 40°28′1″E / 62.92000°N 40.46694°E |
6600 | 軍用偵測衛星 |
| 9 | 2009年2月2日 18時34分 |
伊朗
|
希望號衛星 امید |
信使2號運載火箭 سفیر ۲ |
伊朗塞姆南省塞姆南市 塞姆南發射場 35°14′5″N 53°55′15″E / 35.23472°N 53.92083°E |
27 | 通訊衛星 |
| 10 | 2012年12月12日 00時49分46秒 |
北韓
|
光明星3號 (2期) 광명성3호2호기위성 |
銀河3號運載火箭 은하3호 |
朝鮮平安北道鐵山郡東昌里 西海衛星發射場 39°39′36.27″N 124°42′19.06″E / 39.6600750°N 124.7052944°E |
100 | 通訊衛星，廣播金日成、金正日將軍歌曲。 |
| 11 | 2022年6月21日 |
南韓
|
0.2噸的技術示範衛星和1.3噸的衛星模型 | 世界號運載火箭 | 韓國全羅南道高興郡 羅老宇宙中心 34°25′54.72″N 127°32′6.25″E / 34.4318667°N 127.5350694°E |
1500 | 首個完全自主研發的火箭。 |
注釋
- ^ Austria's first two satellites, TUGSAT-1 and UniBRITE, were launched together aboard the same carrier rocket in 2013. Both were based on the Canadian Generic Nanosatellite Bus design, however TUGSAT was assembled by Austrian engineers at Graz University of Technology while UniBRITE was built by the University of Toronto Institute for Aerospace Studies for the University of Vienna.[12]
- ^ Italian built (by La Sapienza) first Iraqi small experimental Earth observation cubesat-satellite Tigrisat [14] launched in 2014 [15][16] prior to ordered abroad also for $50 million the first national large communication satellite near 2015.[17][18][19]
- ^ 宇宙2157至2162號。
參考文獻
引用
- ^ Wragg, David W. A Dictionary of Aviation first. Osprey. 1973: 234. ISBN 9780850451634.
- ^ ,謝礎, 賈玉紅, 黃俊, 吳永康. 航空航天技术概论（第2版）. 北京航空航天大學出版社. 2008: 8. ISBN 978-7-81124-428-1.
- ^ Dresselhaus, Mildred. New Ideas for Advancing Thermoelectric Performance. mrs.digitellinc.com. Materials Research Society. [October 13, 2020]. （原始內容存檔於2023-06-19）.
- ^ Liu, Weishu. New trends, strategies and opportunities in thermoelectric materials: A perspective. Materials Today Physics. 2017, 1: 50–60 [2023-07-26]. doi:10.1016/j.mtphys.2017.06.001. （原始內容存檔於2023-06-19）.
- ^ Tang, Shuang; Dresselhaus, Mildred. Building the Principle of Thermoelectric ZT Enhancement. 2014. arXiv:1406.1842
[cond-mat.mtrl-sci].
- ^ Tang, Shuang. Using Pseudo-ZTs for Thermoelectric Materials Search (PDF). ES Materials & Manufacturing. 2019, 4: 45–50 [2023-07-26]. S2CID 210801068. doi:10.30919/esmm5f213. （原始內容存檔 (PDF)於2022-08-02）.
- ^ First time in History. The Satellite Encyclopedia. [2016-02-08]. （原始內容存檔於2015-11-17）.
- ^ SATCAT Boxscore. celestrak.com. [2011-05-01]. （原始內容存檔於2016-04-21）.
- ^ India launches Switzerland's first satellite
- ^ First Romanian satellite Goliat successfully launched. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2014-04-06）.
- ^ Azerbaijan`s first telecommunications satellite launched to orbit. APA. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2016-04-10）.
- ^ Nanosatellite Launch Service. University of Toronto Institute for Aerospace Studies. [2013-03-02]. （原始內容存檔於2013-03-10）.
- ^ PUCP-SAT-1 Deploys POCKET-PUCP Femtosatellite. AMSAT-UK. [2013-12-20]. （原始內容存檔於2013-12-14）.
- ^ Iraq to launch its first satellite before the end of 2013. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2012-09-15）.
- ^ 存档副本. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2021-02-09）.
- ^ Iraq launches its first satellite – TigriSat. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2021-02-09）.
- ^ Iraq launching the first satellite into space at a cost of $ 50 million. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2013-07-09）.
- ^ Iraqi first satellite into space in 2015. [2016-02-07]. （原始內容存檔於2012-09-15）.
- ^ 存档副本. [2013-02-11]. （原始內容存檔於2012-09-15）.
來源
- 書籍
- 林華寳 著：《返回式衛星》 清華大學出版社、暨南大學出版社 (ISBN 978-7-302-04882-4)
外部連結
- 衛星的運行軌跡圖 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 所有衛星的實時軌跡.（中文）（德文）（英文）（西班牙文）（法文）（意大利文）（葡萄牙文）
- INTELSAT and PANAMSAT （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Gunter's Space Page - Lists of nearly all satellites（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Lloyd's satellite constellations （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- everything, customized searchable catalogue[永久失效連結]
- J-Track 3D（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） displays a globe and orbiting satellites.
- Satellite Tracking in Recreation Radio Amateur[永久失效連結] an excellent link to many links
- UN Office for Outer Space Affairs（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） ensures all countries benefit from satellites
- Satellite Radio
- Satellite Provider
