人造卫星绕地球转为什么没有能量损耗

【专家解说】：在太空中环绕行星旋转的星体，叫做卫星。如果我们利用火箭，将一些物体发射到太空，使它环绕地球旋转，这些物体就是人造卫星。 要把人造卫星发射到太空，必须使用强力的多节火箭和高能的燃料。同时，火箭的速度和方向必须控制非常恰当，才能正确地使人造卫星进入轨道。人造卫星的内部，装置著各种精密的仪器。为了保护这些仪器，人造卫星内部需要填充气体，来调节压力和温度。 目前，人造卫星多用在军事、通讯、资源探测和气象观测等方面。它们将观测到的资料，透过高频率的无线电波传回地球，提供科学家参考研究。 人造卫星的外型 人造卫星的外型多半设计成球型、羽毛球型或陀螺型等流线型，以减少在太空中受到阻力。人造卫星的高度，依照它的功能而有不同。它是以惯性在太空中运转，受到阻力时，会逐渐下降，而烧毁陨落。所以，为了延长它的寿命，通常都尽量射高一点。 要把人造卫星戏上几百乃至几万公里的高空，必须要有强大的火箭发动机，以及优良的高能燃料作为推进剂;由于火箭的喷气速度很高，火箭的外壳及发动机的喷口都需用特材料制造;此外，在制造火箭体的外壳时，还需要注意到它的形体均匀完整问题。因为如果火箭体的外壳稍有皱纹或裂痕，或是对称几何的形状结构上稍有偏差，那么，当火升空时，高速的摩擦力就会使火箭体的外壳粉身碎骨。 人造卫星是人类科学文化发展的产物。为了科学探测的需要，在人造卫星上必须装配上各种仪器，同时又因为人造卫星是在『天外』运行的物体，宇宙空间的阳光辐射和宇宙射线等等的强度，比起地面都要大上千百倍。所以，人造卫星的设计，无论在构造和质量上，需要高度技巧以适应『天外』的环境。 人造卫星的外形多数被配成为球体、半椭圆的羽毛球体或陀螺球体等流线型式。因为人造卫星不断地绕著地球运转，速度非常快，以普通的人造卫星而论，每绕地球一圈，只需114分钟，在这高度运动中，如果不设计成上述形，将会受到非常大的阻力，至少，流星、陨石和稀薄的外层大气都会将它的运动速度逐渐减低。 因人造卫星受到的太阳辐射和宇宙射线的强度特别厉害，所以，在设计上人造卫星往往是十分明亮、反光性特别好的球体，所以有些人造卫星便被制成一个转动的陀螺体或球体，使太阳辐射均匀地照在它的球面或面上，不致因阳光高度集中在一个质点，而产生高热将合金烧熔。事实上，增加人造卫星的反光性，还可以使人容易看到，为了这个原因，有些国家所发射的人造卫星，就涂成橙色或鲜红色，以利于地面上用光敏电阻仪器去追踪。 在人造卫星的内部，一般都装有许多『高级』的精密科学仪器，所以在人造卫里面还要充入定量的气体，其目的一是保温、一是调节压力。所谓保温，因为人造卫星每绕地球一周，就有差不多一半的时间在地球背后黑暗的影子里移动，接触不到阳光，这时候温度可以降低到摄氏零下200多度，而在晒到阳光的另一半时间里，温度就急剧上升得很高，冷热差异十分强烈，如果不利用气体来保温调节，人造卫星内所有的无线电仪器便不能准确工作了。至于调节压力，因为地面的仪器装设都是在正常的地球大气压力下进行，一旦升到高空，因为没有大气压力，许多仪器会失灵。为此，不但要在人造卫星里充满空气，还要把人造星密卦，并安装『强制性』的气体循环系统，以便保证人造卫星舱内的气体压力均衡，及时调节舱内的温度。 地面上把各种信号送到很远的地方，需要有强功率的发射设傋和强大的电源，发射功率愈大，所需的电源功率也就相对愈大，一般来说就要增加电源的体积和重量，但对人造卫星而言，又笨又重的电源会给它的发射增加困难。 那么人造卫星上的电台用的是什么样的能量呢?人造卫星发射无线电讯号使用的是电池。目前使用在人造卫星上的电池有两种，化学能电池和太阳能电池。有的卫星采用化学能电池供电，供电的时间有一定的期限，当电池能量消耗完，人造卫星也就不再发送讯号。有的卫星是采用两种电池联合使用的方法，在人造卫星外表面上密集地排列著一组光电池，它是由一种半导体所制成，能将太阳光直接转换成电能，这样多个元件组成的电池组发电功率较大，太阳能是取之不尽、用之不竭的，但是由于人造卫星地球运行，有时会进入地球的阴影之内，阳光被地球遮蔽，这时太阳电池就会立即停止工作，但是人造卫星上的电台、仪器决不能因此而断电，便采另一组电池──一种类似镉镍电池的电池来供电，它可以用光电池反复进行充电，这样太阳电池和蓄电池联合使用，就能不间断地给卫星供电。 一颗人造卫星发送的讯号世界各地都能收到，其主要原因一是人造卫星发射无线电波的功率相当大，一是由于用20.009兆周的频率。 一般电台的广播采用的都是中波，是自500千周到1500千周这一段频率。中波靠地面传播，容易受到障碍而传送不远，同时为发射天线的长度与频率高低成反比，频率愈低天线就要愈长，这样电台设备就很庞大，显然在人造卫星上是不合适的。当无线电波频率大于这个范围，而渐渐升到达短波段时(一般指3兆周至30兆周)，无线电波损耗就很小，而能够穿过稠密低空大气层，到达电离层(距地面约50公里)，由于电离层有反射或折射短波的作用，短波被反射或折射回地面，这样电波就在地球表面和电离层之间来回射而传送远处，每当夜间由于太阳活动响减弱，电离层就升高，电波反射能传得更远，这就是为什么使用短波能收到远处电台，并且晚间收音机特别灵敏的原因。 那么人造卫星上采用任意频率的短波是否可以呢?人造卫星在几百公里高空，远在电离层之上，如果采用一般短波，就会受到电离层的反射而返回太空，很难到达地面。人们发现，电离层有反射短波的作用，但有一些特殊频率的短波，却能穿过电离层，人造卫星用它来传播通讯所受反射极少，就像光线能穿过窗口照进屋子里一样，这几个频率也就称之为『窗口』频率，20.009兆周正是这种窗口频率中的一个。有了强大的电源，高频、大功率的管子，先进的电子技术，产生20.009兆周的强力电波，太空中一颗人造卫星能使其讯号通行无阻地播送到世界各地。 军事卫星 发射到太空中从事大关军事任务的卫星，叫做军事卫星。军事卫星的发明，将人类带进太空战争的时代。 目前，卫星在军事指挥上占有重要的地位:利用军事通讯卫星，可以在瞬间获得世界各地的情报;军事侦察卫星，可以侦测到敌国的飞弹基地、军事基地、军舰动态、甚至潜水艇的位置;预警卫星可以测出前来攻击的飞行物体。这些资料都是制定作战计画的参考。 另外，还有杀手卫星，它具备了雷射或小型飞弹，是专门用来摧毁敌国太空船或飞弹的武器。目前人类的战争已从地打到高空，美国的前任总统雷根积极推动『策略性防卫计画』(俗称『星战计画』)，他的目的就是要在太空中确保自由世界的安全和军事优势。 通讯卫星 地面无线电短波通讯是靠高空电离层的反射来进行，但人们逐渐发现，在某些特殊的情况下，如太阳活动剧烈时，电离层会到突然『骚扰』，这使得短波无线电讯号立即衰弱甚至完全中断，其时间短则几分钟，长者可达一小时左右。 这种通讯中断现象在军事上影响很大，利用人造卫星作通工具就是有效的措施之一;人造卫星可以作为通讯的中继站，夹转播无线电波，所以用人造星建立起来的通讯网，即使在戢时，也可以不受电离层的干扰而畅通无阻。 同时，如果在人造卫星上装上特殊的摄影机和电视机，它就可以仔细地拍摄地形，侦察军事基地，并将这些地方的位置精确测量出来，然后再把资料用无线电波传回地面。如果在人造卫星上附设一些仪器，如红外线传感器、X射线侦察器等，就可以用来辨别导弹的发射，作为空中警戒站，也可用来观察高空的核爆情况，另外在人造卫星上也可以装自动武器，如导弹核武器等。 在高空中的卫星，可以将从甲地接收到的讯息，传给距离遥远的乙地，便称通讯卫星。我们在台湾可以同时从电视上收看到正在美国举行的世界少棒赛，就是透过通讯卫星。 通讯卫星可以传递电话、电报、广播和电视画面等讯息。方法是利用微波(高频率的无线电波)，载送要传递的讯号，穿过地球大气的外层，到达卫星上的接收器，卫星把收到的电讯放大后，再传到地面上等待接收的地点。这样的通讯方式，不但打破了地理上的障碍，也使得国际之间交换资料更加方便。 人类从1950年美国发射第一枚气球式通讯卫星以,来，便不断地改进和增加它的功能。1964年8用美国发射同步通讯卫星三号，是第一枚将电视画面横贯太平洋，从美国传到东方的通讯卫星。未来，卫星通讯的业务，将发展卫星群和高动力通讯卫星连线作业，并且制造像口袋般大小的收发器，让人类在世界各个角落，都能互相通讯联络。 资源卫星 资源卫星的完整名称是地球资源探测卫星。它的功能是用来探测地球表面的资源分布情况，例如矿物的蕴藏、水的分布、农作物种植的状况、森林灾害和海水污染等现象。 资源卫星可以利用本身的照相设备，清楚地拍摄地面景像，传送到地面的资料处理中心。同时，它也能收集各地面站发送来的当地环境资料，再将这些资料传送到地面资料处理中心。科学家利用这些资料，可以制定土地运用计画、鉴定农作物病虫害、监视火山或地震等自然现象，对人类生活帮助很大。 目前，唯一做为商业用途的资源卫星，是美国的大地卫星，它能在每25秒内拍摄185平方公里的区域，这些照片直接传送到地面接收站，用电脑分析，并且印出来，提供科学家从事研究。