人造衛星的常識                                                [回教學資源]
1.什麼是「人造衛星」(Satellite)?
在天文學中,繞著「恆星」(如太陽)運轉的星球稱為「行星」(如水星、金星、地球、火星等),而繞著行星運轉的星球稱為「衛星」(如月亮);因此,由人類所設計製造,靠火箭或太空梭送入太空中繞著地球或其他行星運行的飛行器我們便稱之為「人造衛星」。

2.第一顆人造衛星是何時發射的?
蘇聯於1957年發射人類史上第一顆人造衛星:史撥尼克號(SPUTNIK)。
3.人造衛星有那幾類?用途為何?
人造衛星的優點在於能同時處理大量的資料及能傳送到世界任何角落,使用三顆衛星即能涵蓋全球各地。依使用目的,人造衛星大致可分為下列幾類:
(1)科學衛星:送入太空軌道,進行大氣物理、天文物理、地球物理等實驗或測
試的衛星,如中華衛星一號、哈伯等。
(2)通信衛星:做為電訊中繼站的衛星,如:亞衛一號。
(3)軍事衛星:做為軍事照相、偵察之用的衛星。
(4)氣象衛星:攝取雲層圖和有關氣象資料的衛星。
(5)資源衛星:攝取地表或深層組成之圖像,做為地球資源探勘之用的衛星。
(6)星際衛星:可航行至其他行星進行探測照相之衛星,一般稱之為「行星探測
器」,如先鋒號、火星號、探路者號等。

4.何謂「酬載」(Payload)?
「酬載」就是太空飛行體中被裝載的「貨物」。火箭的酬載可能是人造衛星;
而人造衛星的酬載便是做科學實驗的儀器,或者是用來做通訊的天線等。
5.何謂「載具」(Vehicle)?
「載具」是指載送衛星至太空軌道的工具,如火箭和太空梭。
6.人造衛星的用途如何決定?
人造衛星的組成基本上可分為「衛星本體」及「酬載」兩部分。酬載即是衛星
用來做實驗或服務的儀器,衛星本體為維持酬載運作的載具。衛星的用途依其所攜帶的酬載而定。
7.人造衛星飛行的高度是多少?
人造衛星的飛行軌道依飛行高度大致可分為「低軌道」及「同步軌道」兩種。低軌道衛星飛行高度在1000公里以下,繞行地球一圈的時間約為100分鐘左右。同步軌道衛星高度約為35860公里,繞行地球一圈所需時間大約與地球自轉時間相同。
8.何謂地球同步軌道衛星?太陽同步軌道衛星?有何差別呢?
常用衛星軌道中,有所謂地球同步或太陽同步,係指衛星軌道某個參數與地球或太陽者一樣。若衛星繞地與地球自轉一樣快,則從地面看來衛星不動,這種衛星軌道稱作地球同步軌道。若衛星軌道面變化與地球公轉一樣快,則衛星軌道面與太陽之夾角大致不變,這種衛星軌道稱作太陽同步軌道。因此,地球同步軌道是衛星追地;太陽同步軌道不是衛星追日,而是軌道面追日。通訊衛星需要衛星追地;遙測衛星需要軌道面追日,使衛星在同樣的陽光下進行遙測。
9.人造衛星如何脫離地心引力進入太空軌道?
人造衛星要脫離地心引力必需使用火箭以至少每秒11.2公里(每小時約4萬公里)的速度飛上天,此速度稱為脫離速度。火箭將人造衛星帶到相當高度跟衛星分離後,衛星即使用本身攜帶的燃料推進最後的軌道。
10.發射人造衛星的火箭有幾種?
世界各國可使用發射人造衛星的火箭種類甚多,但大致可分為「可回收」及「不可回收」兩類。一般百筒型垂百發射的火箭多為不可回收型。太空梭因可重複使用故屬回收型的火箭。
11.人造衛星為何可以在太空飛行而不掉落?
依物理原理,當物體作圓周運動時即會產生一離心力,此離心力的大小與轉速平方成正比。因此速度越大則離心力越強,當離心力與地心引力平衡時物體即可環繞地球不停的運轉,所以人造衛星的飛行速度必需大到能平衡地心引力的地步,才可不停飛行而不掉落。
12.天上的人造衛星是否會互相碰撞?
天上的人造衛星雖然很多,但每個衛星都有一個地面站控制它的運作,同時國際組織也有規定同一軌道中每個衛星問的距離,所以天上的人造衛星不會發生碰撞事件。
13.太空環境的特性為何?
太空環境的特性包含了「無重力」、「無空氣」、「無壓力」、「高溫與低溫」、「充滿輻射線」以及「充滿太陽能」。
14.人造衛星必需具備那些基本構造?
(1)人造衛星必需承受火箭發射時的高加速度以及支持酬載與元件的安裝,所以必需要有一適合使用的「結構體」。
(2)為避免太空中高低溫的差別而導致電子儀器的損壞,所以人造衛星必需有「熱控系統」以控制各部位的溫度。
(3)人造衛星在運行中會逐漸偏離軌道,必須要有「噴進系統」以內藏的小型火箭推動衛星至所需的軌道。
(4)為保持預定的位置及指向,人造衛星必需要有「姿態控制系統」以控制衛星的轉向。
(5)人造衛星需要「電力系統」以提供各種儀器裝備的能源,通常電力系統包含太陽電能板及電池。
(6)人造衛星必需要有「通訊指令系統」以保持與地面的通訊聯絡及接受地面控制人員的操作指令。
15.人造衛星為何有各種不同的形狀?
一般而言,人造衛星的形狀和大小與它所完成的任務有關,也因設計的限制因
素不同而有差異,這些設計因素包括發射火箭載送的空間、酬載的大小、以及太空中飛行時各項元件的方向等。由於太空中幾乎無空氣阻力,故人造衛星無須像飛機一樣做流線型設計。
16.人造衛星的組成為何?
大體上,人造衛星的組成包括:
(1)三角柱、立方體、六角柱體、八角柱體、或圓柱體等形狀的主結構體。
(2)一片、兩片、或數片如翅膀般的太陽能電池板。
(3)碟型、錐形、或螺旋形的天線。
(4)圓球形、膽形、或圓柱形的燃料桶。
(5)各種探測器、照相機等。
17.人造衛星的壽命如何決定?
人造衛星壽命的主要決定因素在於其攜帶的燃料。衛星的燃料用完後會因軌道上極稀薄的氣體粒子的影響而減速,並墜入大氣中燒燬或墜落地表。也有衛星的設計是用殘存燃料將衛星推入極高的軌道(太空墓場)中。
18.人造衛星設計最大的困難為何?
(1)人造衛星造價昂貴,而且在進入軌道後幾乎無法回收修理,所以人造衛星的設計要求「高可靠度」。
(2)人造衛星的使用必需能涵蓋地球表面的特定位置,在高空中極小的偏差即可造成極大的位移,所以人造衛星的設計要求「高精確度」。
(3)人造衛星必需使用火箭發射至需要的高度,火箭的載重有一定的限制,所以人造衛星的設計必需特別注重「重量」的控制,以便承載更多的燃料延長衛星使用的壽命。
19.中華衛星一號的運動速度、週期為何?
中華衛星一號在軌道上運行,速度每秒7.56公里,繞行地球一週需時96.7分
鐘,每日繞地約15圈。
20.中華衛星一號可與臺灣通訊的時間多長?
在地面站仰角土度以上,臺灣地面站每日約有六次可與申華衛星一號聯絡,每次聯絡時間平均約七分鐘,最長可達九分鐘。
21.太陽能電池板的功能與規格為何?
太陽能電池板為將太陽能轉為電能之系統,為衛星電能之來源。
(1)組成元件單元:矽晶太陽電池、覆蓋玻璃、結構體、二極體、連接線路。
(2)總重量(雙翼):21.36公斤(包含結構體)。
(3)End-of-Life最大功率:547,79瓦。
(4)最大功率:645.36瓦。
(5)最大開路電壓:99.0V(百流)。
(6)最小短路電流:6.24A(百流)。
(7)矽晶太陽電池光電轉換效率:>=14.6%。
(8)最大功率輸出之操作電壓:48.07V(直流)。
22.發射人造衛星有幾種方式呢?
有兩種方式:利用傳統火箭之垂直發射或利用飛機運載至空中發射。
23.為什麼不能利用飛機直接把衛星送入軌道?
飛機能夠飛行是靠發動機的推力和機翼的升力,而推力和升力的產生,又必須靠空氣,所以飛機離不開包圍地面幾千公里厘的大氣層;另外空氣能產生阻力,飛行速度也不可能很快,所以飛機不能把衛星百接送入軌道。然而,火箭則自備了氧化劑,可以百接為燃料提供大量的氧來助燃,所以飛行高度不受大氣的限制,飛行速度也比飛機快得多,因此利用多節火箭,即可將衛星送入軌道。
24.發射人造衛星為什麼要用多節火箭呢?
為了提高火箭的飛行速度與飛行高度,火箭需要攜帶大量的燃料。在飛行過程中,燃料越用越少,這樣一部分空燃料箱就成了多餘的重量。如果把這一部分多餘的重量丟掉,火箭就會因減輕重量而提高速度,多節火箭就是為了達到這種目的而設計的。當第一一節火箭燃料用完後,就把它丟掉,.第二節火箭的燃料用完後也把它丟掉,這樣,第三節火箭即可以很高的速度載著衛星進入地球軌道。
25.發射中華衛星一號選用的載具為何?
發射中華衛星一號選用的載具為洛克希德馬丁一型載具 (ATHENA-1/LMLV1)。
26.中華衛星一號簡介:
中華衛星一號為一枚低軌道的科學實驗衛星,於發射升空後,將進入與赤道傾斜35度、距地球表面600公里的低軌道飛行,約97分鐘繞行地球一周,每日約六次對國內接收站傳輸所蒐集到的資料。經由低軌道衛星在空中不斷運轉的操作過程當中,可累積地面控制技術,對未來國內建立數據、微波等尖端通訊技術將其關鍵性的助益。
中華衛星一號計畫包括衛星本體、酬載發展、整合測試、系統工程、地面系統及其相關的運作執行等子計畫;其中地面系統設施,除可支援中華衛星一號,亦將繼續支援往後發展的其他實用性衛星。
中華衛星一號主要任務為科技研究,將進行海洋水色照相、電離層電漿電動效應及通訊實驗等三項科學及技術實驗。
(資料來源:國家太空計畫室/National Space Prograrm Office http://www.nspo.gov.tw/)