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卫星是个“锡罐”, 小说家的一个幻想成就了卫星

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当你在晴日凝视天空时,你可能会看到飞机高空飞行留下的尾迹(飞机拉烟)。

但你不可能看到成千上万的精心设计的卫星,这些卫星一些与手掌一般大小,一些像卡车一样大,它们在苍穹之外的轨道环绕着地球。

GAGO君曾向大家介绍过怎样利用卫星服务于现代农业生产,其实利用卫星可以做的事情枚不胜举。那么,你了解卫星吗?

“看不见,不在乎”成为我们不关心卫星的正当理由,即使它们在电视广播、跨洲电话呼叫、天气预报以及互联网等事项中都起着至关重要的作用。

什么是卫星

卫星并不一定是在太空中运行的锡罐(卫星都被“锡纸”包裹着)。

“卫星”这个词更一般:它意味着一个更小的,基于空间的物体在一个更大的物体的环路(轨道)中移动。月球是地球的天然卫星,这是万有引力的作用。

被锡纸包裹着的卫星属于人造卫星,它们以精确计算的圆形或椭圆形路径,在距离地球不同距离的地方运动,通常在大气层之外。

照片:航天飞机在1984年通过陀螺仪旋转从其有效载荷舱发射通信卫星。你可以看到左边的地球。

图片由NASA约翰逊航天中心(NASA-JSC)提供。

我们将卫星发射到太空,利用卫星帮助我们探寻宇宙,以克服地球地理的各种限制。

如果你想从北极打卫星电话,信号会先发射到太空,再反射到地面,通信卫星如镜子般把从地面发射来的信号反弹至目的地。

如果你想调查作物或海洋温度,你可以从飞机上做,但卫星捕获的数据更多更快,因为它更高、更远。

同样,如果你想驾驶汽车到你从未去过的地方,你可以研究地图或询问陌生人,或者你完全可以使用卫星信号引导,正所谓“旁观者清”。

卫星的用途

我们倾向于根据卫星做的工作或卫星遵循的轨道来进行分组。卫星的工作通常决定了它需要距离地球多远、移动有多快以及它必须遵循的轨道。

卫星的三个主要用途是通信;摄影、成像和科学测量;导航。

通信

通信卫星基本上用于将无线电波从地球上的一个地方中继传输到另一个地方,捕获从地面站点向它们发射的信号,放大它们,使它们有足够的能量继续传输(并修改它们以其他方式),然后将它们弹回到另一个地方的地面站点。这些信号可以携带任何在地面上传输的无线电信号,从电话呼叫、无线电和电视广播到因特网数据。

照片:卫星摄影彻底改变了地图制作。这是哈瓦那,古巴拍摄的大地卫星卫星。

图片由美国宇航局Landsat计划提供。

摄影,成像和科学测量

电影中有过不少描述关于间谍卫星的“恐怖”故事,这些间谍卫星在太空中就可以看到地球上一份报纸的文章,而现实中我们看到的卫星照片并没有那么清晰。

科学卫星以类似于摄影的方式工作,但不是简单的捕获视觉图像,而是系统地收集大范围的其他类型的数据。

在过去的几十年里,有许多有趣的科学卫星任务。例如,NASA的 TOPEX / Poseidon和Jason卫星自20世纪90年代初以来就常规测量海平面。 SeaWiFS(活跃到2010年)监测海洋的颜色,以测量海洋中的浮游生物和营养活动。一个名为 TRMM(热带降雨测量任务)的气象卫星在1997年至2015年监测赤道附近的雨水。截至2016年,NASA在其网站上列出了25个进行中的卫星任务,包括CALIPSO(研究云和气溶胶如何相互作用); Nimbus(使用卫星数据进行天气和气候的长期科学研究); Landsat,也许最著名的科学卫星, 也是执行任务时间最长的卫星,自1972年以来其系列的八个卫星不断在监测土地利用的变化。

1994年美国农民开始使用卫星技术来跟踪和规划他们的耕作方法,使用保护性耕作方法。

美国的农业数据收集工作比中国起步早,卫星数据应用于农业与中国相比工作量也较少。尽管如此,在国内农业大数据领域还是一片荒原之时,已经有大批农业大数据公司涌现出来。而在利用卫星遥感大数据服务于农业生产方面,佳格天地在国内尚属首位。

照片:我在哪里,我去哪里,我怎么到那里?我们大多数智能手机采取卫星导航是理所当然的。

导航

最后,我们大多数人使用支持GPS的手机和“卫星导航”设备来指导出行的是我们对卫星最为熟悉的地方。

卫星如何工作

卫星工作像车辆一样,因为它们有两个主要部分:车辆本身和它携带的具体事物(有效载荷)。

卫星的“车辆”部分被称为总线,它包括外壳,提供电力的太阳能电池板和电池,遥测(遥控系统,其将卫星的监视数据发送到地球并且将操作命令发回另一个方向),火箭推进器以保持其位置,以及反射材料或其他系统(“热管”),以保护其免受太阳辐射和散热。

有效载荷可能包括通信卫星转发器,计算机和原子钟生成导航卫星的时间信号,相机和电脑图像、卫星成像数据等等。

卫星里面有什么

卫星典型的外观图

卫星是非常复杂和昂贵的机器,但是其基本结构很简单。从德国工程师 Hans Sass 在1968年提交的专利,你可以看到卫星所有的主要部分,很容易了解卫星的用途。

卫星结构中,最有趣的是折叠式太阳能电池板,为卫星供电,使卫星有足够的发动机动力,运行在正确的轨道,可以发射和接收来自地球的信号。

以下是对上图卫星结构的标注。(上图中一些明显的功能没有被标注)

4:用于发送/接收信号的大抛物面天线。(橙色)

5:用于发送/接收信号的小抛物面天线。(橙色)

6:四个太阳能电池板的太阳能“电池”。(红色)

7:四个太阳能电池板的上太阳能“电池”。(红色)

8:一旦卫星在轨道上,支持折叠下太阳能电池板。(灰棕色)

9:支撑折叠上部太阳能电池板。(灰棕色)

10:主卫星火箭发动机。(浅蓝)

11,12,15,17:小型控制发动机保持卫星的高精度位置,旋转和轨道。(绿色)

谁发明的卫星

照片:历史回忆:由NASA设计的回声通信卫星是一个巨大的聚酯薄膜气球,直径约30米(100英尺),设计用于放置在太空,像反射一样弹回信号。你可以看到它的大小和人、车辆形成了鲜明的对比。

图片由美国宇航局提供。

使用卫星作为空间中的“镜子”——从地球的一边把反射信号到另一边的想法,是由科幻小说作家Arthur C. Clarke(1917-2008)于1945年“发射”的,他写了两篇非常有影响力的文章详细列出了他的计划(一个未发表,另一个发表为“地球外继电器:火箭站给世界无线电覆盖?”在无线世界,1945年10月)。他的建议是将三颗卫星放置在地球上方35,000公里(23,000英里)的地球同步轨道上,均匀分布,覆盖大约三分之一的地球:一个覆盖非洲和欧洲,一个覆盖中国和亚洲,第三个是覆盖美洲。

正如克拉克所预测的,1962年7月发射的Telstar是第一颗通信卫星,并立即彻底实现了跨大西洋通讯。在20世纪60年代中期,11个国家聚在一起组成了INTELSAT(国际电信卫星联盟),该联盟发射了世界上第一个商业通信卫星INTELSAT 1(“早期鸟”)。