通信衛(wèi)星，人類的太空信使

顏士州

如今，當(dāng)你用手機入神地觀看衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的國際新聞節(jié)目，或者收看奧運會和其他國際體育比賽衛(wèi)星實況轉(zhuǎn)播時，你可曾想到，就在60年前，這種情景還只是一個幻想而已。

只能利用短波和微波

第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著國際交流的加強，人們迫切需要遠(yuǎn)距離通信。當(dāng)時的遠(yuǎn)距離通信手段主要是利用短波和微波。可是它們各有各的缺點：短波的性能不穩(wěn)定，而且頻率范圍太窄。微波雖然頻率較寬，但它只能像光一樣沿直線傳播，而地球的表面是弧形的，微波傳播的有效范圍只有50千米左右。于是，人們只好每隔50千米左右建立一個中繼站，像接力賽跑一樣，把信號一站一站地依次傳下去。后來，為了減少中繼站的數(shù)目，加大兩站之間的距離，人們架起了一座座高聳云天的天線塔，可是，傳播的距離依舊是在有限的范圍內(nèi)。況且，要實現(xiàn)跨越海洋的洲際通信，在波濤洶涌的海洋上架設(shè)一座座天線塔，更是無法想象的。

有人提出，能不能利用衛(wèi)星，在太空中建立無線電轉(zhuǎn)播系統(tǒng)呢？

有人發(fā)現(xiàn)，同步通信衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期正好跟地球的自轉(zhuǎn)周期相同。這樣，對地面上的通信站來說，衛(wèi)星就好像是鑲嵌在太空中不動的一顆星星一樣，地球轉(zhuǎn)過多少角度，它也跟著轉(zhuǎn)上那么多角度。它成了建立在太空的一個固定轉(zhuǎn)播站，在通信時間上不受任何限制和約束，源源不斷地把信號轉(zhuǎn)播到世界各地的地面站去。

由于通信衛(wèi)星具有通信容量大、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)和不受地勢環(huán)境影響等優(yōu)點，因而引起世界各國的重視。新型工具旺盛的生命力

新型工具旺盛的生命力

大地在顫抖，烈焰在翻滾，隨著震耳欲聾的轟鳴聲，一支銀色的火箭噴吐著火舌升上天空，轉(zhuǎn)眼之間就消失在那茫茫太空之中了。這是1984年4月8日，我國成功地發(fā)射第一顆試驗通信衛(wèi)星時的壯麗場景。

同步衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期跟地球的自轉(zhuǎn)周期完全一致，它跟地面上的某一點步調(diào)一致地繞著地球的中心轉(zhuǎn)動。為了使衛(wèi)星達(dá)到這種“亦步亦趨”的狀態(tài)，發(fā)射技術(shù)比其他衛(wèi)星的要困難得多。請想一想吧，要把幾百千克重的衛(wèi)星送到36000千米的高空，又要使它按照人類的意志跟上地球的步伐，進(jìn)入規(guī)定的軌道，那該有多麻煩啊?？墒?，別以為一旦把它送上預(yù)定軌道就能一勞永逸了。發(fā)射難，要使衛(wèi)星長久地在軌道上保持同步更難。因為除了衛(wèi)星內(nèi)部的因素以外，外部“世界”影響衛(wèi)星運動的因素還有很多很多呢。

在茫茫太空，除了流星和宇宙塵外，還存在著一些比原子還小的粒子，它們同樣會對衛(wèi)星產(chǎn)生一定的阻力。不僅如此，連太陽也會擾亂它的步伐。天文學(xué)家指出，除了光和熱外，太陽還會不斷地發(fā)射出一些粒子流，叫做太陽風(fēng)。太陽風(fēng)的作用力雖然不算大，卻也足以使彗星的尾巴彎曲。這些阻力會使衛(wèi)星慢慢地飄離原來的軌道。為了讓衛(wèi)星保持準(zhǔn)確的姿態(tài)，科學(xué)家們想了許多的辦法。

最簡單的辦法是從自行車的原理發(fā)展而來的。你一定看過，自行車靜止時光靠這兩個輪子是“站不住”的，可是當(dāng)人們騎上自行車前進(jìn)時就不會再摔倒了。人們還聯(lián)想到小孩玩的陀螺，一旦轉(zhuǎn)動起來，它也就不會倒下。顯然，旋轉(zhuǎn)的物體穩(wěn)定性好。人們設(shè)計火箭的時候，有計劃地作了安排，使它在發(fā)射到第三級時，將帶著衛(wèi)星一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速大約在每分鐘10轉(zhuǎn)到100轉(zhuǎn)之間，這就叫做自旋穩(wěn)定。為了讓通信衛(wèi)星的天線能夠始終對著地球，就把天線部分設(shè)計成單獨反方向旋轉(zhuǎn)，這樣，就能抵消衛(wèi)星自旋的影響。

天線反方向旋轉(zhuǎn)雖然能解決一些問題，但畢竟太簡單，而且還有危險，一旦自旋速度變慢，衛(wèi)星就會“性命難保”。中國科學(xué)家又提出了另一個方案，這個方案是從雜技演員在旋轉(zhuǎn)平臺上的表演得到啟發(fā)的。當(dāng)表演“水流星”節(jié)目的演員站在旋轉(zhuǎn)平臺上時，演員的身體會照著“水流星”的轉(zhuǎn)動，不由自主地跟平臺中心一起朝著相反方向旋轉(zhuǎn)，物理學(xué)上把這個原理叫做動量矩守恒。于是，科學(xué)家在人造衛(wèi)星內(nèi)三個互相垂直的軸上都裝上飛輪，用馬達(dá)來帶動。如果要衛(wèi)星反方向轉(zhuǎn)動，只要使飛輪加速就行了;反過來，要使衛(wèi)星順向轉(zhuǎn)動，就應(yīng)該使飛輪減速。很顯然，這個方法比單純的自旋穩(wěn)定要容易控制得多了。

通信衛(wèi)星的美好前景

1986年2月20日，我國發(fā)射的第一顆實用通信廣播衛(wèi)星準(zhǔn)確定點于東經(jīng)103度赤道上空，這次試驗表明我國已完全掌握了衛(wèi)星通信的所有技術(shù)。

這次試驗出現(xiàn)了一種更好的噴氣控制方法。它是在衛(wèi)星的不同部位裝上噴氣發(fā)動機，用噴氣時得到的反作用力來保持衛(wèi)星的正常軌道和準(zhǔn)確姿態(tài)。比如，如果要使衛(wèi)星向西移動，只要讓衛(wèi)星東面的噴氣發(fā)動機工作;要使衛(wèi)星向上運動，就應(yīng)該讓衛(wèi)星下部的噴氣機工作。衛(wèi)星上的噴氣機很小，不過，噴氣速度相當(dāng)高，有的高達(dá)2000米/秒，只要每秒鐘噴出1克氣體，能產(chǎn)生200多克推力，在太空就已經(jīng)很可觀了。這個方法能夠把衛(wèi)星控制自如。還有一些穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)的方法，如重力梯度穩(wěn)定和磁力穩(wěn)定等，通過科學(xué)家的摸索，以后陸續(xù)都使用了。

目1970年我國成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星以來，到1984年第一顆通信衛(wèi)星升空，我國迄今共計發(fā)射衛(wèi)星400余顆，在軌衛(wèi)星超200顆。我國通信衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展將近50年，受到全球的矚目。目前，我國已形成固定通信廣播、移動通信和數(shù)據(jù)中繼等衛(wèi)星通信技術(shù)服務(wù)體系，建成了連接南亞、非洲、歐洲和美洲的衛(wèi)星，基本形成了全球化的衛(wèi)星通信服務(wù)能力。

2017年4月12日，我國“實踐十三號衛(wèi)星”成功發(fā)射，它是我國首顆高通量通信衛(wèi)星。通信衛(wèi)星發(fā)展的各項技術(shù)都已經(jīng)相對成熟，無論你是在高鐵上還是遠(yuǎn)洋航行或是身處偏遠(yuǎn)山區(qū)，信號全覆蓋將成為現(xiàn)實，GPS導(dǎo)航、衛(wèi)星電視等更是走進(jìn)了干家萬戶。中國通信衛(wèi)星能力實現(xiàn)了重大跨越，開啟了中國通信衛(wèi)星新時代。通信衛(wèi)星正在向著高功率、長壽命、低成本、大容量的方向發(fā)展，它已成為人們生活中不可缺少的朋友了。