• 什么是卫星？
• 围绕行星旋转的一种自然天体。如，月亮。
– 指在外层空间中环绕地球至少运动一圈的航天器。
• 什么是航天器？
– 是人类制造并发射到外层空间的一种飞行器。
– 与航空器的差异是什么？
卫星工程系统包括：应用分系统 卫星分系统 运载分系统 测控分系统 发射场分系统
• 1957年10月4日苏联发射世界上第一颗人造地球卫星-“斯普特尼克-1(Sputnik-1)”卫星，重83kg。
• 自此，世界各国竞相发展自己的航天技术。
• 按照各国发射第一颗卫星的时间先后顺序排列，分别是前苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和以列等，见表1.1。
• 至2008单向离合器轴承年，全球共发射了约 8000 多个航天器，其中约 70% 用于军事目的。
• 卫星大型化发展的优点：大容量；高功率；长寿命；高可靠性；功能复杂；满足多种应用。大型化是过去几十年中人造地球卫星的主要发展方向。
• 卫星大型化发展后面临的问题：研制周期不断延长（5-10年）；重量越来越重（以吨计）；研制成本不断攀升（数亿美元）；风险逐渐增加；新技术不能及时应用。
• 现代小卫星的定义：
• 定义：质量在1000kg以下、造价不超过几千万美元、研制周期1-3年、集多项高新技术为一体并具有高功能密度(单位重量所具备的功能)的人造卫星。
• 特点：现代小卫星是卫星技术发展进步的一种表述，与早期的小型卫星是有区别的，其
主要特点是具有高功能密度
• 现代小卫星的一种划分方法（按重量）
•
• 类 型 | • 重量(kg) | • 研制成本(百万美元) |
• 小卫星(Smallsat) | • 500~1000 | • 20~50 |
• 超小卫星(Minisat) | • 100~500 | • 4~20 |
• 微小卫星(Microsat) | • 10~100 | • 1~4 |
| 午睡宝 • 纳卫星(Nanosat) | • 1~10 | • <1 |
• 皮卫星(Picosat) | • 0.1~1 | • <1 |
• 飞卫星(Femtosat) | • <0.1 | • <1 |
| | | 玻璃砖墙
• 现代小卫星的组成
• 卫星平台是有效载荷的服务系统，把卫星通用部分（例如姿态控制、电源、热控、测控等）按模块结构组成服务舱，又称为公用舱。
• 有效载荷是指卫星上完成特定飞行任务的设备或仪器的总和。可根据不同的任务装载不同类型的有效载荷。
• 1 .小卫星平台
• 现代小卫星平台通常包括以下七个分系统：
• 星载（星务）计算机：负责星上数据与程序的存储、处理以及各分系统的协调管理，也叫数管分系统。
• 电源：产生、存储、变换电能，为整个卫星提供电源。
• 姿态与轨道控制：控制保持卫星姿态与轨道的准确；
• 推进：为姿态与轨道控制提供所需的动力；
• 测控：完成卫星遥测、遥控和跟踪测轨；
• 热控：控制星内外热交换，避免过热过冷，使星体内部的温度适宜；
• 结构与机构：是卫星各受力和支承构件的总成，保持卫星的完整性及完成各种规定动作与功能
• 2. 现代小卫星的有效载荷
• 卫星上直接用于实现任务的仪器、设备和分系统称为卫星的有效载荷。
• 根据应用领域的不同，有效载荷通常分为四类：通信、导航定位、对地观测、空间科学与技术试验。 • 相应地，将卫星分为通信、导航定位、对地观测、空间科学与技术试验卫星。
• （1）通信有效载荷：任务：完成卫星与地面之间的通信。组成：天线；转发器。
• （2）对地观测有效载荷
• 任务：完成对地球的观测。
• 根据任务和技术手段的不同，分为：
• 遥感有效载荷：利用可见光、红外和微波技术实现对地球的观测，可以是主动或被动式探测方式；
• 电子信号侦察有效载荷：主要为被动式探测方式，利用星载传感器实现对电子信号的测量、定位、侦收及监听功能。
• （3）导航定位有效载荷
• 非法请求任务：完成导航定位信号的接收和发射。
• 分为：
• 无源定位载荷：只需向地面发射导航信号；如美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统及欧洲的伽利略系统。
• 有源定位载荷：需接收用户终端的定位请求信号，并通过卫星或地面控制中心进行定位运算，将请求定位终端的位置信息发回给终端；如我国的北斗一号系统。
• （4）空间科学与技术试验有效载荷
• 指各种空间测量与试验装置，这些装置可接收地面控制指令进行相应操作，并将观测与试验结果传送回地面。
• 分为：
• 空间科学有效载荷：用于空间科学探测和研究；
• 技术试验有效载荷：用于空间技术和空间应用技术的原理性或工程性试验。
• 按用途划分：空间科学卫星 技术试验卫星 军用卫星 民（商）用 卫星 军民两用卫星
• 按有效载荷划分：通信卫星导 航定位卫星 对地观测卫星 空间科学与技术试验卫星
• 1.通信卫星
• 包括国际通信卫星、国内通信卫星、海事通信卫星、低轨道通信卫星、广播卫星、跟踪和数据中继卫星、搜索救援卫星和军用通信卫星等。
• 这些卫星装有工作在各种频段的转发器和天线，完成各类通信广播业务的转发和中继。
• 利用许多颗小卫星组成通信卫星星座的典型代表是美国的“铱”系统和“全球星”系统等。
• 铱（Iridium）星概况：空间段：卫星数：66＋6轨道数：6个 轨道高度：780公里
• 运行周期：100分钟28秒 点波束数量：48个/卫星
• 全球星(Globalstar)概况：空间段：星数：48＋8轨道数：8个轨道高度：1414公里运行周期：114分钟 点波束数量：16个/卫星
• 2.导航定位卫星：包括有源导航卫星、无源导航卫星、测绘与重力场测量（测地）卫星等。
• 这些卫星装有高稳定度原子钟、激光反射器、无线电信标机和测控应答机等设备，用作定位、导航和大地测量的空间基准。
• 典型代表：美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS导航系统、欧洲的伽利略导航卫星系统等。
• GPS系统的空间部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，24颗卫星等间隔分布在6个倾角为55°、高度为20183km的近圆形轨道上。能使地球上任何地方的用户在任何时候都能看到至少4颗卫星。
• GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，轨道倾角64.8°。
• 导航定位使精确打击效能倍增
• 3. 对地观测卫星：包括地球资源卫星、侦察卫星、气象和海洋环境监测卫星、测地卫星
• 美国在积极发展小卫星技术的同时，还在重点研究小卫星星座
• 从1970年东方红1号卫星升空到目前已发送了五十余颗小卫星，取得了大量的科学数据。
• 现代小卫星的特点 低成本， 短周期、低风险、灵活发射，使用机动灵活、可即时发射，组网工作、抗毁性强，便于终端小型化，降低进入航天领域的成本，应用广泛。
• 人造地球卫星：指在外层空间中环绕地球至少运动一圈的航天器。
• 聚丙烯吸收塔人造地球卫星运行轨道的基本概念：卫星以一定规律环绕地球作高速运动时，其质心运动的轨迹称为人造地球卫星轨道。
• 轨道六要素：轨道倾角i，升交点赤经Ω，近地点幅角w，轨道半长轴a，轨道偏心率e，卫星过近地点的时刻tp或真近点角f
• 星下点：卫星在地球表面的投影
• 卫星轨道的摄动 卫星运动的实际轨道不断发生不同程度地偏离由开普勒定律所确定的理想轨道，这一现象称为摄动
• 按轨道偏心率分类：圆轨道：偏心率等于零的轨道 椭圆轨道：偏心率在0和1之间的轨道。
• 顺行轨道：轨道倾角在0°和90°之间的轨道
• 逆行轨道：轨道倾角在90°和180°之间的轨道
• 赤道轨道：轨道倾角等于0°或180°的轨道，一般指轨道倾角为0°的情况。
• 极地轨道：轨道倾角等于90°的轨道。工程上常把倾角在90°附近的轨道也称为极地轨道。
• 倾斜轨道：介于赤道轨道和极地轨道之间的轨道，包括了顺行轨道和逆行轨道。
• 低轨道（LEO）：指轨道高度低于5000km的轨道。
• 中轨道（MEO）：指轨道高度介于5000km和20000km之间的轨道。
• 高轨道（HEO）：指轨道高度高于20000km的轨道。
• 4.按轨道面进动角速度分类：太阳同步轨道指轨道平面绕地球自转轴旋转的、旋转方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度（360°/年或0.9856°/日）的轨道。
• 非太阳同步轨道：不满足上述条件的
• 按轨道周期与地球自转周期的关系分类：地球同步轨道
• 地球同步轨道有无数条。对地静止轨道 准对地静止轨道： 非地球同步轨道
• 范·阿伦辐射带 是指在地球外层空间中被地磁场捕获的高强度带电粒子区域；不是电离层。
• 卫星轨道高度窗口选择的考虑因素
• 范·阿伦辐射带的存在，使得卫星要避开分别以3700km和18500km为中心的两个辐射带。 大气阻力影响切纸刀片 轨道高度较低时，卫星还会受到氧离子等的腐蚀
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