书城科普青少年应该知道的人造卫星
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第6章 通信卫星

1.通信卫星的简介

你知道目前我们观看的电视节目、收听的广播以及使用的电话等,都是通过什么来实现的吗?这就是通信卫星,如果没有它的存在,人类通信事业就不会如此便捷。

通信卫星是世界上应用最早和最广的卫星之一,许多国家都发射了通信卫星。1965年4月6日,美国成功发射了世界第一颗使用静止轨道的通信卫星——国际一号通信卫星。

通信卫星作为无线电通信中转站出现的卫星,是通信的“驿站”,就像一个信使一样,收集来自地面的各种“信件”,然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它“站”在36000千米的高空,所以它的“投递”覆盖面积特别大。对于一颗通信卫星来说,可以负责1/3地球表面的通信。以此来计算,如果在地球静止轨道上均匀地放置3颗这样的通信卫星,便可以实现除南北极之外的全球通信。当卫星接收到来自地面站的微弱无线电信号后,会自动把它变成大功率信号,然后发到另一个地面站,或传送到另一颗通信卫星上,再发到地球另一侧的地面站上,经过通信卫星的处理,我们就可以通信卫星。一般采用地球静止轨道,这条轨道位于地球赤道上空35786千米处。卫星在这条轨道上以3075米/秒的速度自西向东绕地球旋转,绕地球一周的时间为23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看,卫星像挂在天上不动,这就使地面接收站的工作方便多了。接收站可以将天线固定对准卫星,昼夜不间断地进行通信,不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”,从而实现了通讯信号的稳定持续接收。现在,通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。

中国的第一颗静止轨道通信卫星是1984年4月8日发射的,命名为“东方红二号”,目前我国已发射成功了五颗。这些卫星先后承担了广播、电视信号传输、远程通讯等工作,为国民经济建设发挥了巨大的作用。

俄罗斯的通信卫星命名为“闪电号”,包括闪电1、2、3号等。由于俄罗斯国土辽阔,“闪电号”卫星大多数不在静止轨道上,也就是在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

2.通信卫星的分类

按照它所涉及的范围,通信卫星可以分为三类:国际通信卫星、区域通信卫星和国内通信卫星。国际通信卫星是主要经营国际电信业务的通信卫星,其中最著名的是国际通信卫星组织所管属下的卫星,它们代表着世界卫星通信产业发展的典型历程;区域通信卫星是某个地区的多个国家共同使用的通信卫星,例如亚洲卫星、亚太卫星等;国内通信卫星是用于覆盖本国领土的通信卫星。由于国内通信卫星建造费用较低,投入运行周期短,是“快、好、省”地建立国家基础电信网络的重要手段,因此颇受发展中国家的青睐。目前为止,除发达国家外,已有许多发展中国家建立了自己的国内通信卫星系统。通信卫星按其运行轨道,又可分为地球静止轨道通信卫星和非静止轨道通信卫星;按用途可分为电视广播卫星、海事通信卫星、航空通信卫星、跟踪和数据中继卫星、军用通信卫星等。随着卫星技术的不断发展,通信卫星家族也增添了新的成员,包括电视直播卫星、音频广播卫星、移动通信卫星、低轨道移动通信卫星星座等。

3.通信卫星转播电视

一台普通的收音机,除了能收听本地电台的广播,还可以收到一些距离较远的电台的广播。然而,电视机一般只能接收本地电视台的节目,稍远一点,例如100~200千米以外的电视台播送出来的节目就接收不到了,有时候即使接收到了,信号也非常差,时断时续的。如果要使电视广播能被更远地方的用户收到,就需要设置中继转播站来转播,这是为什么呢?原来在地球大气的上层有一个“电离层”,里面含有许多带电颗粒。它能够反射短波波段的无线电波,所以普通的收音机可以收听到远地电台的广播,而电视广播发出的电波是超短波,波长通常只有几米。这样短的无线电波,不能被电离层反射,只会穿过电离层或者被电离层吸收掉。因此,它只能直线式地传播。与此同时,又由于地球的孤形表面会把这种电波遮断,因而无法接收到远地的电视节目。当然,我们也可以采取加高电视发射台天线的方法,来扩大播送的距离。但是即使用几百米高的天线,传播范围也只有100余千米。人们通过设置一些中继站——通信卫星,最终解决了这一问题。在通信卫星上配置有一套电视收发设备,它一方面接收电视台发来的电视,另一方面又将其转发出去,一站一站地把电视节目传到远方去。一般情况下,通信卫星可以发射到离地面几百到几万千米的高空,这样一来,借助于通信卫星就可以把电视信号通信发射出去,穿过电离层,抵达上千家用户的电视接收器中。卫星上设有电视转播台,它接收了地面电视台的广播信号,然后加以放大,再向地面发射回来。利用通信卫星转播电视信号,可以不受距离的限制。正由于此,凡是面对卫星的地面,都可以收到它所转播的电视节目。