航天史的正式起點，來源于牛頓在《自然哲學的數學原理》書中第三卷“論宇宙的系統”的一個思想實驗：

設想有一門加農炮架在一座非常高的山的山頂上。如果在沒有任何引力和空氣阻力條件下，炮彈應該沿着發射的方向以一條直線的軌迹遠離地球。如果有一個吸引力存在的話，炮彈會沿着一條不同的軌道運動，軌道的形狀取決于炮彈的初始速度。如果速度低的話，炮彈就會直接掉在地球上。如下圖所示的運行軌迹的初始水平速度分别在0到7000米/秒之間。

如果速度達到了所在海拔的第一宇宙速度，即約7300米/秒，炮彈将會沿着一個固定的環形軌道環繞地球，就像月球一樣。（圖片過大無法上傳，下同）如果速度大于軌道速度，但小于第二宇宙速度的話，炮彈會沿着一個橢圓軌道環繞地球。如果速度非常快，炮彈将會沿着一個抛物線（當速度恰好為第二宇宙速度）或者雙曲線（當速度大于第二宇宙速度）軌道逃離地球。

人類關于人造衛星的科學設想，繞不開“航天”這一概念的出現。而這是最早的關于人造衛星的科學設想，也是航天史的正式起點。

人類最早的一顆衛星，來自蘇聯的斯普特尼克1号（衛星1号，Sputnik）。

1957 年 10 月 4 日晚一顆沙灘排球大小的衛星從哈薩克斯坦的沙漠城市——拜科努爾（前蘇聯航天城）發射進入太空，衛星随後來到近地軌道，伴随地球開始圍繞太陽旋轉，它被取名為 Sputnik（俄語中為“旅行伴侶”的意思）。Sputnik裝有無線電廣播發射器，因而會發出哔哔哔的信号聲。它大概每96分鐘就可以繞完地球一圈，每小時運行距離達到 1.8 萬英裡，距離地球最近僅為215千米。

當時的衛星，有着一系列遠超地球人造飛行器的優勢：

• 在沒有幹擾情況下衛星幾乎可以無限時間圍繞地球飛行。例如，中國在1970年發射的東方紅1号衛星，至今仍在飛行；
• 絕大部分衛星在太空中可以方便從太陽獲得能量，完全不受天氣等因素影響，衛星的壽命基本隻取決于元器件的壽命，美國著名的GOES-3衛星曾經在太空中連續工作了38年（1978-2016）；
• 衛星可以攜帶各種各樣的有效載荷，起到完全不同的功能，擴展空間極大。

自此，地球進入了人造地球衛星的時代。

截至2020年，已經有超過一萬個人造衛星圍繞着地球在旋轉。在短短的60年間，人造衛星在科學、軍事和民生等各個方面都獲得了極其廣泛的應用，對人類社會的發展帶來了颠覆性的影響。

那麼，功能如此強大的人造衛星，又是如何發揮自己的功用呢？

随着航天技術的發展，衛星的功能和潛力被逐步地開發出來，衛星家族日漸擴大，種類也越來越廣。從實際應用上看，當前的衛星可以分為以下5種類型：

01 導航衛星

導航衛星是從衛星上連續發射無線電信号，為地面、海洋、空中和空間用戶導航定位的人造地球衛星，衛星導航系統的空間部分。

導航衛星裝有專用的無線電導航設備，用戶接收導航衛星發來的無線電導航信号，通過時間測距或多普勒測速分别獲得用戶相對于衛星的距離或距離變化率等導航參數，并根據衛星發送的時間、軌道參數，求出在定位瞬間衛星的實時位置坐标，從而定出用戶的地理位置坐标（二維或三維坐标）和速度矢量分量。由數顆導航衛星構成的導航衛星網（導航星座），具有全球和近地空間的立體覆蓋能力，實現全球無線電導航。

北鬥衛星導航系統，于6月23日組網成功，是當前世界上唯一包括中遠地球軌道和同步地球軌道（傾斜 靜止）的系統，其中同步地球軌道可以提供類似通信衛星的雙向信息傳遞的短報文服務，極具特色。

02 通信衛星

通信衛星是衛星通信系統的空間部分。一顆地球靜止軌道通信衛星大約能夠覆蓋40%的地球表面，使覆蓋區内的任何地面、海上、空中的通信站能同時相互通信。在赤道上空等間隔分布的3顆地球靜止軌道通信衛星可以實現除兩極部分地區外的全球通信。通信衛星是世界上應用最早、應用最廣的衛星之一。

通信衛星的本質工作是在用戶之間傳遞高效準确的信息。例如電視和直播數據、移動通信數據、廣播數據、互聯網數據，甚至月球和火星上着陸器/巡視器的科學研究數據，都需要通信衛星負責傳遞。

于2020年7月9日成功發射的亞太6D便是一顆通信衛星。亞太6D可以為國内運營商提供超級基站的建設，為通用航空、遠洋貨輪、科學考察船等用戶提供高品質的衛星寬帶通信服務；同時可以實現森林防火、災難救援、海上救助和偏遠地帶救援的功能并且實現遠程教育、遠程醫療、廣播和直播等業務。

而在高維度等領土遼闊的地區，可以通過低軌通信衛星網絡進行覆蓋，就如SpaceX的星鍊計劃。中國發射到月球的鵲橋号，和發射到火星的天問一号任務環繞器，本質上也起到信号中繼的作用。

03 氣象衛星

氣象衛星是從太空對地球及其大氣層進行氣象觀測的人造地球衛星，衛星氣象觀測系統的空間部分。

衛星所載各種氣象遙感器，接收和測量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射，以及衛星導航系統反射的電磁波，将其轉換成電信号傳送給地面站。而地面站将衛星傳來的電信号複原，繪制成各種雲層、風速風向、地表和海面圖片，再經進一步處理和計算，從而得出各種氣象資料。

氣象衛星是世界上應用最廣的衛星之一。氣象衛星觀測範圍廣，觀測次數多，觀測數據質量高，觀測時效快，不受自然條件和地域條件限制。它所提供的氣象信息已廣泛應用于日常氣象業務、環境監測、防災減災、大氣科學、海洋學和水文學的研究。

04 遙感衛星

遙感衛星，是用作外層空間遙感平台的人造衛星。用衛星作為平台的遙感技術稱為衛星遙感，遙感衛星能在規定的時間内覆蓋整個地球或指定的任何區域。所有的遙感衛星都需要有遙感衛星地面站，從遙感衛星平台獲得的衛星數據可監測到農業、林業、海洋、國土、環保、氣象等情況，遙感衛星主要有氣象衛星、陸地衛星和海洋衛星三種類型。

而我國最新發射的高分多模衛星更是可以實現亞米級分辨以及多種成像模式切換。

05 科學衛星

科學衛星是用于科學探測和研究的人造地球衛星，科學衛星主要包括空間物理探測衛星、天文衛星、生物衛星和空間微重力試驗衛星等。

例如太空望遠鏡系列，哈勃、施皮茨、赫歇爾、蓋亞、開普勒等，極大拓展了天文學發展。而中國的悟空和慧眼等亦讓我們有機會看到宇宙深處的秘密。

以上5種類型的人造衛星，能夠給社會發展帶來颠覆影響。當前的這一切以及未來可能推動曆史進程的衛星應用，都是源于 Sputnik 在 1957 年進入太空後發出的那一連串哔哔哔的信号聲。這就是衛星的作用！人造衛星正是通過在通信、導航、氣象、科學等多種多樣的領域發揮功用，從而推動着人類社會的曆史進程。

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