当今,每天都有数以百计的船舶航行在茫茫的海洋里。不幸的是全世界大型轮船中,每年都有几百艘在海上遇险。其中有半数事故是由于航行原因造成的,使世界商船队里每年都有几十艘船沉没最常见的一种事故就是搁浅。它在沉没的船只中所占比例比较大。例如,从1969年至1973年间,由于搁浅造成了4000艘船的不幸,其中218艘船已完全报废。另一种航海事故是碰撞,特别是在海岸附近、窄水道区和港口通道上更容易发生,当然,这与船只不断增加也有关。例如,通过英吉利海峡的舰船,一昼夜就有400~500艘,由于昼夜或浓雾中航行,船只碰撞的危险时刻存在,难怪海员们说这里是危险的航道。
虽然航海技术和设备在不断完善,但仍不能满足今天的要求。现在航道上出现的差错,不仅给船只和乘员带来巨大的危险,而且常常给周围环境、海洋中的动物世界带来巨大的危害。从超级油轮上流出的石油,有时把沿海几千米的水面都给盖住了,并引起几千种海洋动物和鸟类的死亡……正因为如此,人们请求卫星来帮忙。1958年初,美国科学家在跟踪第一颗人造地球卫星时,无意中发现收到的无线电信号有多普勒效应,即卫星飞近地面接收机时,收到的无线电信号频率逐渐升高;卫星远离后,频率就变低。这一有趣的发现,揭开了人类利用人造地球卫星进行导航定位的新纪元。卫星定位导航,是由地面物体通过无线电信号沟通自己与卫星之间的距离,再用距离变化率计算出自己在地球或空间的位置,进而确定自己的航向。
由此说到了导航卫星,这种设在天上的无线电导航台,就是现在的导航卫星,也可以说是当今的“罗盘”。目前已有不少国家利用人造地球卫星导航。这种导航方法的优点主要是:①可以为全球船舶、飞机等指明方向,导航范围遍及世界各个角落;②可全天候导航,在任何恶劣的气象条件下,昼夜均可利用卫星导航系统为船舶指明航向;③导航精度远比磁罗盘高,误差只有几十米;④操作自动化程度高,不必使用任何地图即可直接读出经、纬度;⑤导航设备小,很适宜在舰船上安装使用。于是,卫星导航系统应运而生了。
遥感卫星在中国的首次发射是在1975年11月26日,到1992年已发射13颗。这种卫星和地球资源卫星的性质是一致的,只是它工作寿命短,只有5~15天,但是可以回收。它是小椭圆近地轨道,近地点175~210千米,远地点320~400千米,倾角为57°~70°,周期90分钟。卫星观测覆盖区域在南北纬70°之间,覆盖面积约2000万平方千米,约为中国的两个版图之广。
卫星直径2.2米,高3.14米,圆锥体,重1800~2100千克。星载可见光照相机等遥感仪器,能获得大量对地观测照片,具有分辨力高、畸变小、比例尺适中等优点。可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘、地图测绘、目标点定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域。1992年8月9日下午4时,中国发射了一颗工作寿命已延长到15天的返回式遥感卫星。
间谍卫星又名侦察卫星,其主要用于对使用国家有兴趣的其他围家或地区进行情报搜集,搜集的情报种类可以包含军事与非军事的设施与活动,自然资源分布、运输与使用,或者是气象、海洋、水文等资料的获取、由于现在的领空尚未包含地球周遭的轨道空域,利用卫星搜集情报避免了侵犯领空的纠纷;而且因为操作高度较高,不易受到攻击。
空间物理探测卫星,是用来进行空间物理环境探测的人造地球卫星。传统的空间物理探测是在地面上利用各种探测仪器进行的,只能定性地了解空间物理环境,不能定量地描绘空间的物理状况并研究各物理量之间的关系,再加上大气层的影响,地面探测有很大的局限性。空间物理探测卫星在离开地面几百千米或更高的轨道上长期运行,卫星所载的仪器不受大气层的影响,可直接对空间环境进行探测,因而成为空间物理探测的主要手段。空间物理探测卫星所获得的大量观测结果,已促使空间物理学迅速发展成为一门独立的学科。
早期的空间物理探测卫星比较简单,重量不大,往往进行单项或有限几项空间物理探测。后来探测区域逐步扩大,从单个卫星孤立探测,发展到多个卫星联合探测。几颗卫星在预定的轨道上运行,能同时在各个不同区域进行测量。卫星上有一种或多种探测仪器。主要的探测对象是中性粒子、高能带电粒子、磁场、微流星体、电离层和等离子体等。
空间物理探测要求探测仪器直接到达广阔空间的各点,以便获得尽可能大的探测范围。因此这类卫星的轨道倾角不固定,有极轨道也有低倾角轨道。轨道高度变化范围很大。近地点一般在几百千米,远地点可达数千、数万以至十几万千米。卫星运行寿命至少1年,以便探索空间物理环境参数随季节的变化。
空间物理探测卫星使用的仪器种类较多,对安装位置、探测窗口、温度控制和仪器之间的电磁相容性等要求各不相同。有些仪器如离子探测器、磁强计,为了不受卫星的遮挡或卫星本身磁场的影响,必须安装在长杆子的一端,离开卫星一定的距离。这些都对卫星结构设计提出一些特殊的要求。
空间物理探测卫星测量的数据量大,常常需要用大容量数据传输系统传送到地面。当卫星飞过的地区无接收站时,卫星所测数据先存贮在卫星的存贮器或计算机内,待卫星飞经接收站上空时再将数据发送下来。为了减少不必要的数据传输,卫星对测得数据进行预处理,只把最有用的数据传输下来。
主要的空间物理探测卫星系列有“探险者”号卫星系列、“轨道地球物理台”系列、“国际日地探险者”卫星系列、“宇宙”号卫星系列。中国1981年9月20日用一枚火箭同时发射的3颗卫星是中国的第一组空间物理探测卫星。
多址通讯卫星是美国海军的一种轻型军用存储和转发卫星,它能从有人值守的地面站和无人看管的传感器接收到电文信息。美国派兵进驻沙特阿拉伯后,为寻找支援“沙漠盾牌”行动的手段,就多次利用多址通讯卫星的存储和转发能力。据美国海军陆战队的查尔斯·盖格上校说:“该系统一天可传输20~50页信息,这种传输速度是惊人的。”舰队通讯卫星是一个以美国海军为主、海空军联合使用的特高频军用通讯卫星系统。它能在海军飞机、舰队、潜艇与地面站之间建立除两极地区以外的全球特高频卫星通讯。该系统不仅可以满足整个舰队的全球战术指挥、控制和通讯的需要,而且还可以使美国军事当局、地面指挥中心直接同舰队中任何一艘舰只进行通讯。
监视卫星是一种用来监视海上舰只和潜艇活动、侦察舰上雷达信号和无线电通信的军用卫星。它能有效地探测和鉴别海上舰船并准确地确定其位置、航向和航速。“白云”号卫星每次发射时一箭4星,一颗重约450千克的主卫星和3颗各重约45千克的子卫星同时截获各种舰载雷达信号,以测定水面舰只的位置。卫星上只带被动式侦察设备用以接收目标发射或辐射的雷达信号,一般载有电子信息收集系统。为了探测潜航的核潜艇,还装备有毫米波辐射仪和红外扫描器。
导弹预警卫星的主要任务是:探测地面和水下发射的洲际弹道导弹尾焰并进行跟踪,提前获得15~30分钟的预警时间;探测大气层内和地面的核爆炸并进行全球性气象观测。
导航星——全球定位系统是一个无线电导航系统,可在全球范围内连续提供位置、速度和时间三维信息。该卫星系统所提供的极其精确的空间和时间信息对于陆上和空中战斗及其支援活动有极其重要的价值,它能使地面部队在沙漠和丛林地带更好地行军;能有效地改进炮队和空地攻击的准确度和协作效果;能使喷气战斗机在空中更顺利地会合并完成加油任务;能让货运飞机准确地把给养和物品空投到9~12米范围内的地面区域;能让战斗轰炸机在使用普通炸弹时其轰炸的精确度可与使用特殊的“灵敏”炸弹不相上下。
国防气象卫星每天绕地球14圈,美国军事气象人员通过它收集各种各样详细的气象数据,了解和观测全球各地变化万千的气象情况。根据这些情况,军事指挥人员可迅速做出是否执行各种任务的决定。