人造衞星

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中華人民共和國東方紅一號人造衞星模型
中華民國福爾摩沙衞星五號電腦模型
美國導彈預警衞星
愛沙尼亞ESTCube-1人造衞星
馬來西亞Measat-3B人造衞星

人造衞星(英語:Satellite),在不產生歧義的情況下亦稱衞星,是由人類建造的一種太空船,也是數量最多的一種。人造衞星以太空飛行載具如運載火箭穿梭機等發射到太空中,像天然衞星一樣環繞地球或其它行星運行。通訊衞星就是在地球軌道上,放置衞星,以作為地面微波與廣播站間的通訊媒介。[1]雖然通訊衞星的造價很高,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;因為一個通訊衞星所傳播的地域相當的大,只要三個通訊衞星就能涵蓋地球上大部分的地域。人造衞星除了自身具備的功能以外,也衍伸出太空垃圾的隱憂。

結構

人造衞星一般由載荷(payload)和衞星平台。載荷是指為了直接實現該衞星的應用目的或者科研任務各種儀器設備。衞星平台則是用於支持載荷正常工作的所有保障系統的總成[2]。一般來說衞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,某一種衞星平台可以根據需要搭載各種各樣的載荷。例如嫦娥一號二號衞星使用的都是東方紅三號衞星平台,但它們各自搭載的載荷則是不一樣的。衞星平台又分為多個子系統:

  • 有效載荷(不同類型衞星均不同,共同的有:)
    • 對地相機
    • 恆星相機
    • 搭載的有效載荷
  • 衞星平台(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(限於返回式衞星
    • 衞星結構平台

人造衞星供電和電子系統製冷

大部分人造衞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,人造衞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。根據麻省理工學院唐爽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衞星的計算、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-埃廷斯豪森冷卻器英語Nernst effect」和「唐-崔瑟豪斯冷卻器」。

人造衞星工程系統

位於德國巴伐利亞賴斯廷的世界上最大的衞星地面站

人造衞星能夠成功執行預定任務,單憑衞星本身是不行的,而需要完整的衞星工程系統,一般由以下系統組成:

  • 發射場系統
  • 運載火箭系統
  • 衞星系統
  • 測控系統
  • 衞星應用系統
  • 回收區系統(限於返回式衞星

分類

MILSTAR:通訊衞星
人造衞星博物館
地球觀測衞星,ERS 2

在太空船分類中的位置

太空船
無人太空船
人造地球衞星

科學衞星

應用衞星

技術實驗衞星

空間探測器

月球探測器

行星和行星際探測器

載人太空飛行器
載人飛船

衞星式載人飛船

登月載人飛船

行星際載人飛船

太空站

穿梭機

空天飛機

按軌道種類區分

按軌道高度區分

  • 高軌道衞星:運行於地球靜止軌道。高軌道衞星距離地表約36000公里高空,並且於赤道上繞行地球,又稱同步軌道衞星或地球靜止軌道衞星
  • 中軌道衞星:運行於中地球軌道(MEO: Medium-Earth Orbit)
  • 低軌道衞星(又稱地表衞星):運行於低地球軌道(LEO: Low-Earth Orbit)

按衞星重量區分

  • 大型衞星:大於1000kg(1噸)。
  • 中型衞星:界於500到1000kg(半噸)。
  • 小型衞星:不到500kg的都叫小型衞星,其中分類如下:
    • 迷你型衞星:500到100kg
    • 微衞星:小於100kg
    • 奈米衞星:10kg或更低
    • 方塊衞星:按國際標準約1.3kg
    • 米粒衞星:僅以公克為單位

依用途區分

  • 科學衞星
    • 氣象衞星:古時候的人們對於多變的氣候,最多只能憑着經驗加以揣測。而氣象衞星的出現,使得人們得以掌握數日內的氣候變化。氣象衞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,主播背後的那幅衞星雲圖就是氣象衞星的觀測結果。而颱風的預報更是大家耳熟能詳的。氣象衞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。氣象衞星還有其他功能。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。
    • 地球觀測衞星:這些衞星允許科學家聚集有價值的關於地球的生態系統的數據。
    • 天文衞星
  • 應用衞星

衞星服務

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衞星發射能力。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。早期意大利哈薩克斯坦都具備火箭和衞星研發技術條件,並且都有火箭發射場(聖馬科意海上平台拜科努爾發射場,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。多國合作的歐洲太空總署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。

能發射衞星的國家

擁有衞星的國家(包括本國及地區自行發射和由他國幫助發射)[7]
國家及地區 首次發射年份 首發衞星名稱 至今衞星數 (2016年)[8]
 蘇聯
( 俄羅斯)
1957
(1992)
史普尼克1號
(Cosmos-2175)
1457 (獨聯體數據)
 美國 1958 探險者1號 1113
 英國 1962 Ariel 1 0030
 加拿大 1962 Alouette 1 0034
 意大利 1964 San Marco 1 0022
 法國 1965 Astérix 0057
 澳洲 1967 WRESAT 0013
 德國 1969 Azur 0042
 日本 1970 大隅號 0134
 中華人民共和國 1970 東方紅一號 0535
 波蘭 1973 Intercosmos Kopernikus 500 00002
 荷蘭 1974 ANS 0005
 西班牙 1974 Intasat 0009
 印度 1975 Aryabhata 0054
 印度尼西亞 1976 Palapa A1 0012
 捷克斯洛伐克 1978 Magion 1 0005
 保加利亞 1981 Intercosmos Bulgaria 1300 0001
 沙特阿拉伯 1985 Saudisat 1A 0012
 巴西 1985 Brasilsat A1 0013
 墨西哥 1985 Morelos 1 0007
 瑞典 1986 Viking 0011
 以色列 1988 Ofeq 1 00011
 盧森堡 1988 Astra 1A 0015
 阿根廷 1990 Lusat 0010
 巴基斯坦 1990 Badr-1 0005
 南韓 1992 Kitsat A 0011
 葡萄牙 1993 PoSAT-1 0001
 泰國 1993 Thaicom 1 0007
 土耳其 1994 Turksat 1B 0008
 烏克蘭 1995 Sich-1 0006
 馬來西亞 1996 MEASAT 0006
 挪威 1997 Thor 2 0003
 菲律賓 1997 Mabuhay 1 0002
 埃及 1998 Nilesat 101 0004
 智利 1998 FASat-Alfa 0002
 新加坡 1998 中新一號 0003
 中華民國  1998 中新一號 0005
 丹麥 1999 Ørsted 0004
 南非 1999 SUNSAT 0002
 阿聯酋 2000 Thuraya 1 0006
 摩洛哥 2001 Maroc-Tubsat 0001
 阿爾及利亞 2002 Alsat 1 0001
 希臘 2003 Hellas Sat 2 0002
 塞浦路斯 2003 Hellas Sat 2 0002
 尼日利亞 2003 Nigeriasat 1 0004
 伊朗 2005 Sina-1 0004
 哈薩克 2006 KazSat 1 0002
 白俄羅斯 2006 BelKA 0001
 哥倫比亞 2007 Libertad 1 0001
 毛里裘斯 2007 Rascom-QAF 1 0002
 越南 2008 VINASAT-1 0003
 委內瑞拉 2008 Venesat-1 0002
 瑞士 2009 SwissCube-1[9] 0002
 匈牙利 2012 MaSat-1 0001
 羅馬尼亞 2012 Goliat[10] 0001
 北韓 2012 光明星3號 (2期) 0002
 阿塞拜疆 2013 Azerspace[11] 1
 奧地利 2013 TUGSAT-1/UniBRITE[註 1] 2
 厄瓜多爾 2013 NEE-01 Pegaso 1
 愛沙尼亞 2013 ESTCube-1 1
 卡塔爾 2013 Es'hailSat1 1
 秘魯 2013 PUCPSAT-1[13] 1
 玻利維亞 2013 TKSat-1 1
 立陶宛 2014 LituanicaSAT-1 and LitSat-1 2
 比利時 2014 QB50P1 and QB50P2 2
 烏拉圭 2014 Antelsat 1
 伊拉克 2014 Tigrisat[註 2] 1
 土庫曼 2015 TurkmenAlem52E/MonacoSAT 1
 老撾 2015 Laosat-1 1
能自行發射衞星的國家,不包括幫助其他國家
次序 國家 首次發射年份 火箭 衞星
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英語STSAT-2C
說明
  1. 俄羅斯烏克蘭的發射能力繼承自前蘇聯
  2. 法國英國使用自己的發射器在外國太空發射場發射了本國的第一顆人造衞星。
  3. 伊拉克(1989)聲稱進行過軌道發射(相應地包括衞星和武器彈頭),但未予承認。
  4. 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英語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。
  5. 截至2013年,只有十個上述列表中的國家(俄羅斯烏克蘭取代前蘇聯,以及美國日本中國印度以色列伊朗朝鮮韓國)和一個區域組織(歐洲太空總署,ESA)通過本國研製的發射裝置獨立地完成了人造衞星發射。(現時英國法國的發射能力歸於歐洲太空總署之下)
  6. 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衞星

以下是航天俱樂部幾大成員首次成功發射的衞星:

各國首次自主發射運載火箭時間表
次序 發射時間
UTC
國家 衞星名稱
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
史普尼克運載火箭
Спутник 8К71ПС
蘇聯哈薩克斯坦丘拉坦
拜科努爾太空發射場一號發射場區
45°55′13″N 63°20′32″E / 45.920278°N 63.342222°E / 45.920278; 63.342222
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 / 28.44417; -80.57139
13.7 測量宇宙射線、地球范艾倫輻射帶微流星體以及衞星本體溫度
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 / 30.77833; -3.05389
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 / 31.2523; 131.0785
23.8 試驗運載火箭子級級間分離與火箭第4級入軌性能,衞星在軌運行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
酒泉衞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 / 41.306140; 100.313220
173 之前各國首發衞星當中最重的一顆,探測外太空空間環境,測量衞星工程參數,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 / -30.9500; 136.4595
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
歐洲太空總署
歐空局
阿里安遙測設備艙1號
CAT 1
亞里安一號運載火箭(L-01)
Ariane 1 (L-01)
法國法屬圭亞那卡宴區庫魯
圭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 / -5.236; -52.775
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)
衞星運載火箭(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·達萬太空中心一號發射台
13°43′59″N 80°14′06″E / 13.733°N 80.235°E / 13.733; 80.235
40 衞星運載火箭性能試驗,評估衞星性能,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 / 31.88444; 34.68028
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衞星[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
普列謝茨克太空發射場32號發射場區
62°54′23″N 40°47′12″E / 62.90639°N 40.78667°E / 62.90639; 40.78667
6×220 軍用通訊衞星,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
普列謝茨克太空發射場43號發射場區
62°55′12″N 40°28′1″E / 62.92000°N 40.46694°E / 62.92000; 40.46694
6600 軍用偵測衞星
9 2009年2月2日
18時34分
 伊朗 希望號衞星
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 / 35.23472; 53.92083
27 通訊衞星
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
西海衞星發射場
39°39′36.27″N 124°42′19.06″E / 39.6600750°N 124.7052944°E / 39.6600750; 124.7052944
100 通訊衞星,廣播金日成、金正日將軍歌曲。
11 2022年6月21日
 南韓 0.2噸的技術示範衞星和1.3噸的衞星模型 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 / 34.4318667; 127.5350694
1500 首個完全自主研發的火箭。


註釋

  1. ^ 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]
  2. ^ 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]
  3. ^ 宇宙21572162號

參考文獻

引用

  1. ^ Wragg, David W. A Dictionary of Aviation first. Osprey. 1973: 234. ISBN 9780850451634. 
  2. ^ ,謝礎, 賈玉紅, 黃俊, 吳永康. 航空航天技术概论(第2版). 北京航空太空大學出版社. 2008: 8. ISBN 978-7-81124-428-1. 
  3. ^ 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). 
  4. ^ 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). 
  5. ^ Tang, Shuang; Dresselhaus, Mildred. Building the Principle of Thermoelectric ZT Enhancement. 2014. arXiv:1406.1842可免費查閱 [cond-mat.mtrl-sci]. 
  6. ^ 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). 
  7. ^ First time in History. The Satellite Encyclopedia. [2016-02-08]. (原始內容存檔於2015-11-17). 
  8. ^ SATCAT Boxscore. celestrak.com. [2011-05-01]. (原始內容存檔於2016-04-21). 
  9. ^ India launches Switzerland's first satellite
  10. ^ First Romanian satellite Goliat successfully launched. [2016-02-07]. (原始內容存檔於2014-04-06). 
  11. ^ Azerbaijan`s first telecommunications satellite launched to orbit. APA. [2016-02-07]. (原始內容存檔於2016-04-10). 
  12. ^ Nanosatellite Launch Service. University of Toronto Institute for Aerospace Studies. [2013-03-02]. (原始內容存檔於2013-03-10). 
  13. ^ PUCP-SAT-1 Deploys POCKET-PUCP Femtosatellite. AMSAT-UK. [2013-12-20]. (原始內容存檔於2013-12-14). 
  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). 
  15. ^ 存档副本. [2016-02-07]. (原始內容存檔於2021-02-09). 
  16. ^ Iraq launches its first satellite – TigriSat. [2016-02-07]. (原始內容存檔於2021-02-09). 
  17. ^ 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). 
  18. ^ Iraqi first satellite into space in 2015. [2016-02-07]. (原始內容存檔於2012-09-15). 
  19. ^ 存档副本. [2013-02-11]. (原始內容存檔於2012-09-15). 

來源

書籍

外部連結

參見