日常生活中,大家一听到“卫星”二字,顿时“高大上”的感觉就来了。今天笔者倒是想用很通俗的语言给大家聊聊有关卫星的知识,纯技术的东西比如轨道参数、倾角、星下点,咱也不谈。
其实,我们每次听到卫星发射,都知道卫星有着不同的名字,其实就跟人名一样,不同家里的孩子,那就起不同的名儿。但要从人的本质来讲,再多的人也只能分成男、女两种,卫星也一样,别看卫星的名字多如牛毛,按照功能和业务性质来分的话其实一共三类:通信卫星、遥感卫星和导航卫星。要是在详细一些,那就可以再多一个科学小实验卫星,这类卫星一般都是高校甚至个人都可以做的东东。
一、通信卫星的由来和应用
今天重点先来说说通信卫星。通信卫星的概念最早是由英国空军的雷达教官与技师克拉克在1945年提出来的,他当时在《无线电世界》杂志上发表了一篇文章详细阐述了建立一个在全世界范围内转播无线电与电视信号的通信卫星系统的设想,为今后全球卫星通信奠定了理论基础,克拉克老先生算是提出通信卫星概念的鼻祖了。而顾名思义,通信卫星就是为地球人的通信服务的,它是世界上应用最广和最普遍的卫星之一。通信卫星就像一个二传手,站在36000公里的高空,收集来自地面的各种信息,然后再投递到另一个地方的用户手里。卫星通信的应用领域不断扩大,如远程教育、远程医疗、应急救灾、应急通信、应急电视广播、海陆空导航、连接互联网的网络电话、电视等都可以通过通信卫星来实现。
二、通信卫星在空间的位置
但大家要问了,卫星不是在太空以极高的速度飞行么?地球人怎么能抓住它的信号,这就得提到通信卫星的“宅基地”了,它要建在哪儿?大家都知道,房地产要开发,那就得有地才行,因此,通信卫星要发射,也必须得有“地”,它的“地”就位于地球赤道上空35786公里,这条天然的静止卫星轨道只有一条,理论来讲它属于世界各国共用。
卫星在这条轨道上以每秒3075米的速度自西向东绕地球旋转,绕地球一周的时间为 23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看,卫星就像挂在天上不动,这样就方便地球人用接收站天线固定对准卫星,而不用四处走动去找卫星。理论上,三颗通信卫星即可覆盖全球。
目前,随着通信卫星数量的增多,这条地球赤道正上方的“宅基地”越来越稀少,确切来说这个资源是极其缺乏的。在赤道上方36000公里的地方,理论上可以放最多1800颗静止轨道卫星,但由于地球陆地的不均衡,欧洲、北美和印度洋热点地区上空的卫星已经超级拥挤。
三、通信卫星的寿命计算
我们经常在新闻上看到,某某通信卫星发射成功,设计寿命15年。这个卫星寿命是怎么计算的?难道卫星上的元器件只能工作15年吗?卫星不是有太阳翼靠光供电吗?
回答这个问题之前,我们先说说卫星的变轨。卫星环绕地球飞行,始终是受到地球引力的影响的,为了确保卫星在准确的轨道位置上工作,在卫星轨道运行的过程中,常常需要变轨。说白了,卫星要时而不时地利用其自身携带的化学燃料点火,让卫星持续保持正确的姿态和轨道位置。但卫星携带的化学燃料是有限的,一旦燃烧殆尽,卫星就无法继续保持正确的姿态和位置,如果是低轨卫星,其轨道就会越来越低,最终将会坠落大气层。
说到这里,大家应该就明白了。卫星的设计寿命并不是说元器件工作的寿命,而是其自身携带化学燃料能够使用的年限。卫星设计寿命15年,就是说所携带燃料能够满足15年内的各种变轨操作。通常来讲,通信卫星平台较大,携带燃料也多,理论上都能有15年的工作寿命,但超期服役的卫星也比比皆是。遥感卫星通常是5-8年的寿命。
四、通信卫星死了怎么办?
话说有生就有死。
那些近距离绕行地球的卫星,通常遥感卫星和空间站等都在地球400-500公里上方时,一般过了寿命期,会稍微改变它们的轨道,慢慢的重返地球,并在再入过程中在大气层中燃尽。为了避免未燃尽的卫星碎片砸伤花花草草,技术人员通过预先设计,让他们最终掉落在被称作“航天器公墓”的地方,具体位于南太平洋南部的无人区域。
那么在36000公里上方轨道上的通信卫星,指望他们重返地球大气层烧毁是不现实的,这些卫星也没剩下足够的燃料去降轨。因此会把这些寿命到期的通信卫星,利用其最后仅有的燃料把它们推到更高的位置,即距离静止轨道外235公里的地方,这样距离其他的静止轨道通信卫星也有近300多公里的距离,从而丝毫不会影响到正常运行的卫星,这条轨道也被称为“坟墓轨道”。
总之,通信卫星的应用十分广泛,我们人类从中受益颇多。