哈工大航天學(xué)院課程空間飛行器動(dòng)力學(xué)與控制第1課緒論

1、空間飛行器動(dòng)力學(xué)與控制 2011年秋季學(xué)期教學(xué)目的和基本要求1了解航天發(fā)展史以及空間飛行器動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域的最新進(jìn)展2掌握空間飛行器動(dòng)力學(xué)與控制問(wèn)題研究的基本概念、基本方法等課程主要內(nèi)容本課程20學(xué)時(shí)，具體如下： 第1課 緒論 第2課 近地空間環(huán)境 第3-5課 空間飛行器軌道動(dòng)力學(xué) 第6-7課 空間飛行器軌道控制 第8課 載人飛船技術(shù) 第9課 航天飛機(jī)技術(shù) 第10課 行星際航行1周軍，航天器控制原理，西北工業(yè)大學(xué)精品課程課件，2005年2劉暾 趙鈞，空間飛行器動(dòng)力學(xué)， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003年3章仁為，衛(wèi)星軌道姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制， 北京航空航天大學(xué)出版社，1998年參考資料一、宇宙的天體

2、系統(tǒng)二、人類早期的航天探索 三、國(guó)外現(xiàn)代航天器的發(fā)展過(guò)程四、國(guó)內(nèi)現(xiàn)代航天器的發(fā)展過(guò)程五、航天器的分類第一課 緒論（上） 自古以來(lái), 飛離地球、遨游宇宙一直是人類未曾中斷過(guò)的愿望。 可以說(shuō)，對(duì)星系及浩淼的宇宙孜孜不倦的探索正是促使人類走出地球，探索宇宙的最原始的動(dòng)力。 一、宇宙的天體系統(tǒng)太陽(yáng)系 太陽(yáng)系是由太陽(yáng)、行星及其衛(wèi)星、小行星、彗星、流星和行星際物質(zhì)構(gòu)成的天體系統(tǒng)，太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心。太陽(yáng)系大家庭海爾波普彗星。 火星 土星 獅子座(Leonid)流星雨 宇航員看到地球的真實(shí)面貌。NASA的阿波羅17號(hào)拍攝。 月圓月缺 隕石 銀河系：是太陽(yáng)系所在的恒星系統(tǒng)，包括一二千億顆恒星和大量的星團(tuán)、星云

3、，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的總質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的1400億倍。 獵戶座中的馬頭星云B33，它是個(gè)暗星云。美國(guó)基特峰國(guó)家天文臺(tái)的0.9米望遠(yuǎn)鏡攝于1994年12月28日 小麥哲倫云中新生的超亮恒星。這類恒星的壽命很短，對(duì)于宇宙時(shí)間尺度來(lái)說(shuō)只是一眨眼的功夫。銀河系仙女座(Andromeda)星系。直徑16萬(wàn)光年，距離220萬(wàn)光年，是一個(gè)比我們銀河系更大的河外星系，也是本星系群的成員之一。 河外星系：位于銀河系之外、由幾十億至幾千億顆恒星、星云和星際物質(zhì)組成的天體系統(tǒng) 橢圓星系半人馬A射電源。此星系大約是在10億年前，由兩個(gè)星系面對(duì)面碰撞后形成的。 如何實(shí)現(xiàn)航天探索？ 真正的航天飛行歷史是

4、從火箭技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始的。追溯源頭，中國(guó)是最早發(fā)明火箭的國(guó)家。 “火箭”這個(gè)詞在三國(guó)時(shí)代(公元220280年)就出現(xiàn)了。不過(guò)那時(shí)的火箭只是在箭桿前端綁有易燃物，點(diǎn)燃后由弩弓射出，故亦稱為“燃燒箭”。二、人類早期的航天探索 隨著中國(guó)古代四大發(fā)明之一的火藥出現(xiàn)，火藥便取代了易燃物，使火箭迅速應(yīng)用到軍事中。公元10世紀(jì)唐末宋初就已經(jīng)有了火藥用于火箭的文字記載。真正靠火藥噴氣推進(jìn)而非弩弓射出的火箭的外形被記載于明代茅元儀編著的武備志中，見(jiàn)下圖。 這種原始火箭雖然沒(méi)有現(xiàn)代火箭那樣復(fù)雜，但已經(jīng)具有了戰(zhàn)斗部(箭頭)、推進(jìn)系統(tǒng)(火藥筒)、穩(wěn)定系統(tǒng)(尾部羽毛)和箭體結(jié)構(gòu)(箭桿)，完全可以認(rèn)為是現(xiàn)代火箭的雛形。中國(guó)

5、古代的火箭 中華民族不但發(fā)明了火箭，而且還最早應(yīng)用了串聯(lián)(多級(jí))和并聯(lián)(捆綁)技術(shù)以提高火箭的運(yùn)載能力。明代史記中記載的“神火飛鴉”就是并聯(lián)技術(shù)的體現(xiàn)；“火龍出水”就是串、并聯(lián)綜合技術(shù)的具體運(yùn)用，如圖所示?；瘕埑鏊?世界上第一個(gè)試圖乘坐火箭上天的“航天員”也出現(xiàn)在中國(guó)。相傳在14世紀(jì)末期，中國(guó)有位稱為“萬(wàn)戶”的人，兩手各持一大風(fēng)箏，請(qǐng)他人把自己綁在一把特制的座椅上，座椅背后裝有47支當(dāng)時(shí)最大的火箭(又稱“起火”)。他試圖借助火箭的推力和風(fēng)箏的氣動(dòng)升力來(lái)實(shí)現(xiàn)“升空”的理想。 “萬(wàn)戶”的勇敢嘗試雖遭失敗并獻(xiàn)出了生命，但他仍是世界上第一個(gè)想利用火箭的力量進(jìn)行飛行的人。今天，為了紀(jì)念這位傳奇式的人物，

6、國(guó)際上將月球表面東方海附近的一個(gè)環(huán)形山以“萬(wàn)戶”命名。 1314世紀(jì)，中國(guó)的火箭技術(shù)與其他火藥兵器一同傳到阿拉伯國(guó)家和印度，后又傳入歐洲。至18世紀(jì)后期，印度軍隊(duì)在抗擊英國(guó)和法國(guó)軍隊(duì)的多次戰(zhàn)爭(zhēng)中就曾大量使用火藥火箭并取得了成功結(jié)果，由此推動(dòng)了歐洲火箭技術(shù)的發(fā)展。 曾在印度作戰(zhàn)的英國(guó)人康格里夫(William Congreve)在19世紀(jì)初對(duì)印度火箭作了改進(jìn)，他確定了黑火藥的多種配方，改善了制造方法并使火箭系列化，最大射程可達(dá)3km。這些初期火箭的原理都成為了近代火箭技術(shù)的最初基礎(chǔ)。 真正的近代火箭的出現(xiàn)是在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)的德國(guó)。1942年10月3日，德國(guó)首次成功地發(fā)射了人類歷史上第一枚彈道導(dǎo)

7、彈V-2(A4型)，并于1944年9月6日首次投入作戰(zhàn)使用。第二次世界大戰(zhàn)期間，先后大約有4300多枚V-2導(dǎo)彈襲擊了英國(guó)、荷蘭安特衛(wèi)普港和其他目標(biāo)，破壞嚴(yán)重。 三、國(guó)外現(xiàn)代航天器的發(fā)展過(guò)程 V-2是單級(jí)液體火箭，全長(zhǎng)14m，質(zhì)量為13t，箭體直徑1.65m，最大射程320km，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火高度96km，飛行時(shí)間約320s，有效載荷約1t。 V-2的設(shè)計(jì)雖不盡完善，但它卻是人類第一件向地球引力挑戰(zhàn)的工具，成為航天技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。V-2火箭 1957年10月4日，前蘇聯(lián)用“衛(wèi)星”號(hào)運(yùn)載火箭把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)”送入太空，衛(wèi)星呈球形，外徑0.58m，外伸4根條形天

8、線，質(zhì)量83.6kg，它是世界上第一個(gè)人造天體，它的發(fā)射成功標(biāo)志著人類活動(dòng)范圍的又一飛躍。 第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)” 1961年4月12日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘“東方號(hào)”載人飛船，尤里加加林成為人類第一位航天員，揭開(kāi)了人類進(jìn)入太空的序幕，開(kāi)始了世界載人航天的新時(shí)代。前蘇聯(lián)“東方號(hào)”載人飛船 人類首位航天員尤里加加林 1962年8月27日，美國(guó)發(fā)射的“水手2號(hào)”探測(cè)器第一次成功飛越金星。它是世界上第一只成功的星際間探測(cè)器。 “水手2號(hào)”探測(cè)器 1966年1月，前蘇聯(lián)兩艘載人飛船第一次在軌道上成功交會(huì)對(duì)接，并實(shí)現(xiàn)了兩位航天員從一艘飛船向另一艘飛船的轉(zhuǎn)移。 前蘇聯(lián)“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船

9、前蘇聯(lián)“上升號(hào)”載人飛船 1971年4月19日，前蘇聯(lián)“禮炮1號(hào)”空間站入軌成功，其質(zhì)量約18t，總長(zhǎng)14m，軌道高度200250 km，軌道傾角51.6，成為人類第一個(gè)空間站?！岸Y炮1號(hào)”空間站 美國(guó)“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī) 1981年4月，世界上第一架垂直起飛、水平著陸、可重復(fù)使用的美國(guó)航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”試飛成功，標(biāo)志著航天運(yùn)載器由一次性使用的運(yùn)載火箭轉(zhuǎn)向重復(fù)使用的航天運(yùn)載器的新階段，標(biāo)志著人類在空間時(shí)代又上了一層樓，進(jìn)入了航天飛機(jī)時(shí)代。 1988年11月15日，前蘇聯(lián)的暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)從拜科努爾航天中心首次發(fā)射升空，47分鐘后進(jìn)入距地面 250公里的圓形軌道。它繞地球飛行兩圈，在太空遨

10、游三小時(shí)后，按預(yù)定計(jì)劃于 9時(shí)25分安全返航，準(zhǔn)確降落在離發(fā)射點(diǎn)12公里外的混凝土跑道上，完成了一次無(wú)人駕駛的試驗(yàn)飛行。 人類自20世紀(jì)60年代開(kāi)始探測(cè)火星的嘗試。大約半數(shù)火星探測(cè)任務(wù)成功。 2008年05月25日 ，美國(guó)“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器成功降落在火星北極區(qū)域，其核心任務(wù)是尋找水和生命痕跡。 2008年11月，鳳凰號(hào)與地面控制中心失去聯(lián)絡(luò)。 “鳳凰”號(hào)挖掘臂挖掘火星土壤的情景 美國(guó)未來(lái)火星探測(cè)計(jì)劃 美國(guó)國(guó)家航空航天局與麻省理工學(xué)院合作的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室將于2009年12月啟程前往火星；在2011年，將進(jìn)行第二次火星偵察任務(wù)。 美國(guó)的火星樣本取回任務(wù)計(jì)劃將于2013年實(shí)施，計(jì)劃于2016年將半

11、千克左右的火星土壤和巖芯樣本送回地球作進(jìn)一步研究。 在第58屆國(guó)際宇航聯(lián)合會(huì)大會(huì)上，美國(guó)宇航局宣布計(jì)劃在2037年派宇航員登上火星。 繼1970年4月24日首顆衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”發(fā)射成功以來(lái)，我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了巨大的成就。 東方紅一號(hào)四、國(guó)內(nèi)現(xiàn)代航天器的發(fā)展過(guò)程 1975年11月，第一顆返回式遙感衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，使我國(guó)成為繼美、蘇之后，世界上第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家。 我國(guó)第一顆返回式遙感衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場(chǎng) 1984年4月，我國(guó)第一顆中等容量地球靜止軌道通信衛(wèi)星“東方紅二號(hào)”發(fā)射成功，迎來(lái)了我國(guó)衛(wèi)星通信的新時(shí)代，使中國(guó)成為世界上第五個(gè)獨(dú)立研制和發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星的國(guó)家。

12、 東方紅二號(hào) 1988年9月，第一顆氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號(hào)”發(fā)射成功。到2007年底，我國(guó)已成功發(fā)射了4顆極軌氣象衛(wèi)星和3顆靜止軌道氣象衛(wèi)星，成為繼美國(guó)和蘇聯(lián)/俄羅斯后第三個(gè)擁有極軌道和靜止軌道兩個(gè)系列氣象衛(wèi)星的國(guó)家。 風(fēng)云二號(hào) 1999年11月20日我國(guó)成功發(fā)射了第一艘試驗(yàn)飛船“神舟號(hào)”，在載人航天領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步神舟號(hào)第一艘試驗(yàn)飛船飛行成功 2003年10月15日，我國(guó)首位航天員楊利偉乘坐的“神舟”五號(hào)載人飛船，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空。10月16日，“神舟”五號(hào)載人飛船在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)成功著陸，標(biāo)志著我國(guó)首次載人航天飛行獲得圓滿成功。 神州五號(hào)載人飛船 航天英雄楊利偉 我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)

13、室：天宮一號(hào)于2011年9月29日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，飛行器全長(zhǎng)10.4米，最大直徑3.35米，由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙構(gòu)成。天宮一號(hào) 2011年11月3日，天宮一號(hào)與神舟八號(hào)飛船在太空中成功完成“天神”牽手，實(shí)現(xiàn)了載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)。天宮一號(hào)與神舟八號(hào)交會(huì)對(duì)接 嫦娥工程是我國(guó)實(shí)施的第一次探月活動(dòng)。工程自2004年1月立項(xiàng)，目前已經(jīng)完成了嫦娥一號(hào)衛(wèi)星和長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭產(chǎn)品研制和發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控、地面應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)。2007年10月24日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。 嫦娥一號(hào) 嫦娥二號(hào)衛(wèi)星是嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的姐妹星，由長(zhǎng)三丙火箭發(fā)射。但是嫦娥二號(hào)衛(wèi)星上搭載的CCD相機(jī)的分辨率將更高，其它

14、探測(cè)設(shè)備也將有所改進(jìn)，所探測(cè)到的有關(guān)月球的數(shù)據(jù)將更加翔實(shí)?！版隙鸲?hào)”于2010年10月1日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，并獲得了圓滿成功.嫦娥二號(hào) 中國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”及俄羅斯火星探測(cè)器“火衛(wèi)-土壤”預(yù)計(jì)于11月9日凌晨自拜科努爾航天發(fā)射基地升空。 隨著航天技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，航天活動(dòng)已越來(lái)越顯示出其巨大的軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。 按載人與否分類 航天器可分為無(wú)人航天器與載人航天器兩大類。無(wú)人航天器按是否繞地球運(yùn)行又可分為人造地球衛(wèi)星和宇宙探測(cè)器兩類。它們又可以進(jìn)一步按用途分類，如下圖所示。 五、航天器的分類 航天器的分類 航天器無(wú)人航天器載人航天

15、器人造地球衛(wèi)星宇宙探測(cè)器載人飛船航天飛機(jī)空間站科學(xué)衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星應(yīng)用衛(wèi)星行星際探測(cè)器恒星際探測(cè)器登月載人飛船衛(wèi)星載人飛船（1）人造地球衛(wèi)星（無(wú)人航天器） 簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星，是數(shù)量最多的航天器(占90以上)。它們的軌道長(zhǎng)度由100多公里到幾十萬(wàn)公里。按用途它們又可分為：科學(xué)衛(wèi)星 發(fā)展科學(xué)衛(wèi)星的主要目的是： 研究近地空間環(huán)境和日地關(guān)系，為載人飛船、應(yīng)用衛(wèi)星和戰(zhàn)略武器的發(fā)展提供資料； 進(jìn)行天文觀測(cè)； 對(duì)地球科學(xué)，例如地球磁場(chǎng)、電離層與磁層的關(guān)系、地殼力學(xué)、海洋動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行研究。美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡應(yīng)用衛(wèi)星 利用星載儀器設(shè)備，以應(yīng)用為目的，在軌道上完成某種任務(wù)的衛(wèi)星，稱為應(yīng)用衛(wèi)星。它們直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和

16、軍事服務(wù)，如通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、測(cè)地衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星等。 世界上第一顆陸地資源衛(wèi)星（美國(guó)1972年7月23日發(fā)射，名為陸地衛(wèi)星1號(hào)）技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星 技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星是針對(duì)某些航天器的特殊新工藝或某項(xiàng)新的系統(tǒng)技術(shù)而設(shè)計(jì)的，其目的是進(jìn)行預(yù)先的飛行試驗(yàn)。在航天技術(shù)發(fā)展中，技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星曾發(fā)揮了它的作用，世界各國(guó)相當(dāng)重視這種衛(wèi)星的研制。 我國(guó)實(shí)踐四號(hào)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星 （2）宇宙探測(cè)器（無(wú)人航天器） 飛出地球軌道的探測(cè)器，有行星際探測(cè)器和恒星際(飛出太陽(yáng)系)探測(cè)器兩種。其中行星際探測(cè)器按探測(cè)目標(biāo)又可分為月球和行星探測(cè)器。如20世紀(jì)6070年代，前蘇聯(lián)發(fā)射的“月球”、“金星”、“火星”、“水星”

17、等系列探測(cè)器，美國(guó)發(fā)射的“水手”、“海盜”、“先驅(qū)者”、“旅行者”等系列探測(cè)器。 “卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器（3）載人航天器 目前的載人航天器只在近地軌道飛行和從地球到月球的登月飛行。今后將出現(xiàn)可以到達(dá)各種星球的載人飛船，以及供人類長(zhǎng)期在空間生活和工作的永久性空間站。載人航天器按飛行和工作方式可分為：載人飛船：能保障航天員在外層空間生活和工作，以執(zhí)行航天任務(wù)并能返回地面的航天器；空間站：可供多名航天員巡訪、長(zhǎng)期工作和居住的載人航天器；航天飛機(jī)：可以重復(fù)使用的，往返于地面和高度在1 000 km以下的近地軌道之間，運(yùn)送有效載荷的航天器。 俄“聯(lián)盟TMA3”飛船 空間站與航天飛機(jī)對(duì)接 與國(guó)際空間站成功

18、對(duì)接 按人造地球衛(wèi)星的功能分類 按航天器在軌道上的功能來(lái)進(jìn)行分類，就人造地球衛(wèi)星而言，可分為觀測(cè)站、中繼站、基準(zhǔn)站和軌道武器四類。每一類又包括了各種不同用途的航天器。 （1） 觀測(cè)站 衛(wèi)星處在軌道上，對(duì)地球來(lái)說(shuō)，它站得高，看得遠(yuǎn)(視場(chǎng)大)，用它來(lái)觀察地球是非常有利的。此外，由于衛(wèi)星在地球大氣層以外不受大氣的各種干擾和影響，所以用它來(lái)進(jìn)行天文觀測(cè)也比地面天文觀測(cè)站更加有利。屬于這種功能的衛(wèi)星有下列幾種典型的用途。 偵察衛(wèi)星 在各類應(yīng)用衛(wèi)星中偵察衛(wèi)星發(fā)射得最早(1959年發(fā)射)，發(fā)射的數(shù)量也最多。偵察衛(wèi)星有照相偵察和電子偵察衛(wèi)星兩種。 照相偵察衛(wèi)星是用光學(xué)設(shè)備對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行拍照的 衛(wèi)星。20世紀(jì)7

19、0年代以來(lái)，前蘇聯(lián)和美國(guó)每年發(fā)射的軍用衛(wèi)星中，約有1/3的衛(wèi)星用于各種形式的照相偵察。 電子偵察衛(wèi)星利用星載電子設(shè)備截獲空間傳播的電磁波，并轉(zhuǎn)發(fā)到地面，通過(guò)分析和破譯，獲得敵方的情報(bào)。 無(wú)論對(duì)軍事戰(zhàn)略偵察，還是對(duì)軍事戰(zhàn)術(shù)偵察，偵察衛(wèi)星所提供的情報(bào)信息，起著不可忽視的作用，曾為美國(guó)和前蘇聯(lián)政策的制定和軍事行動(dòng)提供了依據(jù)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)和前蘇聯(lián)將近70的軍事情報(bào)來(lái)源于偵察衛(wèi)星。 目前，在美、俄兩國(guó)的軍用衛(wèi)星中，50以上都是偵察衛(wèi)星。美國(guó)已研制了六代偵察衛(wèi)星，可見(jiàn)光照相分辨率為0.3 m，工作壽命200天以上；無(wú)線電傳輸型相機(jī)分辨率為 0.33 m，衛(wèi)星工作壽命兩年多。俄羅斯的偵察衛(wèi)星工作壽命從幾天到

20、幾個(gè)月，通過(guò)增加發(fā)射數(shù)量以保證全年有偵察衛(wèi)星工作。美國(guó)DSP導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星氣象衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星利用所攜帶的各種氣象遙感器，接收和測(cè)量來(lái)自地球、海洋和大氣的可見(jiàn)光輻射、紅外線輻射和微波輻射信息，再將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面接收站。 氣象人員根據(jù)收集的信息，經(jīng)過(guò)處理，得出全球大氣溫度、濕度、風(fēng)等氣象要素資料。幾小時(shí)就可得到全球氣象資料，從而作出中期和長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，確定臺(tái)風(fēng)中心位置和變化，預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)和其他風(fēng)暴。氣象衛(wèi)星對(duì)于保證航海和航空的安全，保證農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)，都有很大作用。 “泰羅斯1號(hào)”氣象衛(wèi)星 1960年4月2日，美國(guó)把能拍攝地球天氣系統(tǒng)照片的第一顆人造氣象衛(wèi)星送上軌道。這顆重270磅的

21、“泰羅斯1號(hào)”氣象衛(wèi)星，使氣象學(xué)家第一次有機(jī)會(huì)看到地球整體天氣布局情況。 目前，氣象衛(wèi)星已由單純的氣象試驗(yàn)，發(fā)展到多學(xué)科和多領(lǐng)域的綜合應(yīng)用；由低軌道系統(tǒng)，發(fā)展到高軌道系統(tǒng)，形成了全球氣象衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)。氣象衛(wèi)星在軍事活動(dòng)中的應(yīng)用也日益加強(qiáng)，有的國(guó)家已建立了全球性的軍事氣象資料的收集系統(tǒng)，向軍事單位提供實(shí)時(shí)的或非實(shí)時(shí)的氣象資料。 隨著航天技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，氣象遙感器將向多樣化、高精度方向發(fā)展，大大豐富氣象預(yù)報(bào)的內(nèi)容和提高預(yù)報(bào)精度。同時(shí)氣象衛(wèi)星提供的云圖也將由靜態(tài)云圖向動(dòng)態(tài)云圖方向發(fā)展，這將會(huì)引起氣象衛(wèi)星發(fā)展的一次重大突破。地球資源衛(wèi)星 資源衛(wèi)星是在偵察衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。利用星上裝載的

22、多光譜遙感器獲取地面目標(biāo)輻射和反射的多種波段的電磁波，然后把它傳送到地面，再經(jīng)過(guò)處理，變成關(guān)于地球資源的有用資料。它們包括地面的和地下的，陸地的和海洋的等等。我國(guó)與巴西聯(lián)合研制的地球資源衛(wèi)星 地球資源衛(wèi)星可廣泛用于：地下礦藏、海洋資源和地下水源調(diào)查；土地資源調(diào)查，土地利用，區(qū)域規(guī)劃；調(diào)查農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和水利資源合理規(guī)劃管理；預(yù)報(bào)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)和收成；研究自然植物的生成和地貌；考查和監(jiān)視各種自然災(zāi)害如病蟲(chóng)害、森林火災(zāi)、洪水等；環(huán)境污染、海洋污染；測(cè)量水源，雪源；鐵路，公路選線，港口建設(shè)，海岸利用和管理，城市規(guī)劃。 地球資源衛(wèi)星具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和潛在的軍事用途。 海洋衛(wèi)星 對(duì)海洋、海岸線的調(diào)查、

23、研究、利用和開(kāi)發(fā)，雖然可以利用氣象衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星獲得一些資料和數(shù)據(jù)，但不解決根本問(wèn)題，例如資源衛(wèi)星遙感器波段主要在可見(jiàn)光和近紅外波段，而海洋遙感器波段主要在紅外和微波波段。 海洋衛(wèi)星的任務(wù)是海洋環(huán)境預(yù)報(bào)，包括遠(yuǎn)洋船舶的最佳航線選擇，海洋漁群分析，近海與沿岸海洋資源調(diào)查，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和監(jiān)視，災(zāi)害性海況預(yù)報(bào)和預(yù)警，海洋環(huán)境保護(hù)和執(zhí)法管理，海洋科學(xué)研究，海上軍事活動(dòng)等。 作為觀測(cè)站的衛(wèi)星還有：預(yù)警衛(wèi)星、核爆炸探測(cè)衛(wèi)星、天文預(yù)測(cè)衛(wèi)星等類型。雖然它們的功能各有側(cè)重，但基本觀測(cè)原理都是相似的。（2）中繼站 中繼站是一種在軌道上對(duì)信息進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星。具體分為兩類：一類用于傳輸?shù)孛嫔舷喔艉苓h(yuǎn)的地點(diǎn)之

24、間的電話、電報(bào)、電視和數(shù)據(jù)；另一類用于傳輸衛(wèi)星與地面之間的電視和數(shù)據(jù)。通信衛(wèi)星 利用衛(wèi)星進(jìn)行通信和平常的地面通信相比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)： 通信容量大； 覆蓋面積廣； 通信距離遠(yuǎn)； 可靠性高； 靈活性好； 成本低。 通信衛(wèi)星一般采用地球靜止軌道，相當(dāng)于靜止在天空上。若有3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，彼此相隔120，就可實(shí)現(xiàn)除地球兩極部分地區(qū)外的全球通信。通信衛(wèi)星已用于國(guó)際、國(guó)內(nèi)和軍事通信業(yè)務(wù)，同時(shí)開(kāi)展了區(qū)域性通信和衛(wèi)星對(duì)衛(wèi)星的通信。衛(wèi)星通信技術(shù)已賦有很濃的軍事色彩，它在戰(zhàn)略通信和戰(zhàn)術(shù)通信中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。 廣播衛(wèi)星 廣播衛(wèi)星是一種主要用于電視廣播的通信衛(wèi)星。這種廣播衛(wèi)星不需要經(jīng)過(guò)任何中轉(zhuǎn)就可向地面轉(zhuǎn)播或發(fā)

25、射電視廣播節(jié)目，供公眾團(tuán)體或者個(gè)人直接接收，因此又稱為直播衛(wèi)星。中國(guó)“鑫諾二號(hào)”通信廣播衛(wèi)星 跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星是通信衛(wèi)星技術(shù)的一個(gè)重大發(fā)展。它是利用衛(wèi)星來(lái)跟蹤與測(cè)量另一顆衛(wèi)星的位置，其基本思想是把地球上的測(cè)控站搬到地球同步軌道上，形成星地測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)。這樣，可大大增加對(duì)近地軌道衛(wèi)星，如氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等的跟蹤測(cè)軌弧段，提高測(cè)軌精度，減少地面站的設(shè)置數(shù)量。 換句話說(shuō)，跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星就是利用地球同步軌道衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)地面測(cè)控中心對(duì)低軌道衛(wèi)星的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼。美國(guó)新一代跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 發(fā)展跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星將改變目前航天活動(dòng)對(duì)地面測(cè)控的過(guò)分依賴性

26、，同時(shí)也可以克服在國(guó)外無(wú)法設(shè)置地面站的困難，所以受到了世界各航天大國(guó)的普遍重視。我國(guó)目前也在積極地發(fā)展這種衛(wèi)星技術(shù)。 除上述各中繼站衛(wèi)星系統(tǒng)外，各國(guó)還研制和發(fā)射了其他類型的專用通信衛(wèi)星和無(wú)線電業(yè)余愛(ài)好者衛(wèi)星，如海事衛(wèi)星，衛(wèi)星商業(yè)系統(tǒng)、搜索和營(yíng)救系統(tǒng)。（3）基準(zhǔn)站 這種衛(wèi)星是軌道上的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，所以要求它測(cè)軌非常準(zhǔn)確。屬于這種功能的衛(wèi)星有： 導(dǎo)航衛(wèi)星 這種衛(wèi)星發(fā)出一對(duì)頻率非常穩(wěn)定的無(wú)線電波，海上船只、水下的潛艇和陸地上的運(yùn)動(dòng)體等都可以通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的電波信號(hào)來(lái)確定自己的位置。利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航是航天史上的一次重大技術(shù)突破，衛(wèi)星可以覆蓋全球進(jìn)行全天候?qū)Ш?，而且?dǎo)航精度高。 衛(wèi)星導(dǎo)航定位有三種類型： 雙頻多普勒測(cè)速定位系統(tǒng)，如美國(guó)的“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。該類衛(wèi)星為兩維導(dǎo)航定位系統(tǒng)，只能用于水中艦船，定位精度為3050 m。 導(dǎo)航衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(GPS)。采用偽隨機(jī)碼測(cè)距，系統(tǒng)能進(jìn)行全天候、全天時(shí)、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航定位，定位精度10m以下，用于艦船、飛機(jī)和陸上活動(dòng)目標(biāo)等。該系統(tǒng)需要1824顆衛(wèi)星組網(wǎng)。俄羅斯亦有類似于美國(guó)的兩代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。 區(qū)域性導(dǎo)航定位系統(tǒng)，3顆星(靜止軌道