人造卫星
卫星，是指在宇宙中所有围绕行星轨道上运行的天体，环绕哪一颗行星运转，就把它叫做相应行星的卫星。
我们知道，月亮是地球的卫星，它像忠实的卫士，始终围绕着地球旋转。它自身不会发光，明亮的月光是月球反射太阳光的结果。在太阳系中，有好几颗行星都有自己的“卫士”，而且有些行星不止一个“卫士”。有一些较大的小行星也有自己的“卫士”，它们统称为卫星。
月球是地球的卫星许多卫星和行星很相似，它们的运动轨道具有共面性、近圆性、同向性，并且与它们守卫的行星的距离按一定的规律分布着，这样的卫星称为规则卫星。反之，不具有这些性质的卫星，称为不规则卫星。
卫星绕行星转动有两种方式：一种是和行星绕太阳转动的方向一致，称为顺行；一种是和行星绕太阳转动的方向相反，称为逆行。除了公转以外，卫星本身还有自转。
研究发现，在浩大的太阳系中，除水星和金星之外，其他行星都有自己的天然卫星。目前太阳系已知的天然卫星总数至少有160颗，其中包括构成行星环的较大的碎块。天然卫星的大小不一，彼此差别很大。其中一些直径只有几千米大，例如，火星的两个小月亮，还有木星、土星、天王星外围的一些小卫星。还有几个在太空运行的卫星却比水星还大，例如，土卫6、木卫3和木卫4，它们的直径都超过5200千米。
什么是人造卫星
“人造卫星”就是环绕地球在空间轨道上运行（至少1圈）的无人航天器。科学家用火箭把它发射到预定的轨道，使之环绕着地球或其他行星运转，以便进行探测或科学研究。并且通常把围绕哪一颗行星运转的人造卫星就称为相应行星的人造卫星，比如最常用于观测、通讯等方面的人造地球卫星。
我们知道，地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面，并且抛出的初速度越大，物体就会飞得越远。牛顿在思考万有引力定律时就曾设想过，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。倘若没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。
资料表明，人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造卫星。之后，美国、英国、法国、日本、印度也相继发射了人造卫星。中国于1970年4月24日发射了“东方红1”号人造卫星，截至2008年年底中国共成功发射了近百颗不同类型的人造卫星。除上述国家外，加拿大、意大利、澳大利亚、德国、荷兰、西班牙和印度尼西亚等也在准备自行发射或已经委托别国发射了人造卫星。
人造卫星人造卫星一般由专用系统和保障系统两部分组成。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，也称为有效载荷。应用卫星的专用系统按卫星的各种用途包括：通信转发器、遥感器、导航设备等。而科学卫星的专用系统则是各种空间物理探测、天文探测等仪器。技术试验卫星的专用系统则是各种新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料的试验设备。而保障系统则是指保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统，也称为服务系统，其中主要有结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、无线电测控系统等。而对于返回卫星，则还有返回着陆系统。
卫星的结构系统除了构成卫星的外形以外，它还有一个重要的用途，就是要经得起严酷环境条件的考验，起到保护内部的仪器设备的作用。比如说在火箭点火工作的刹那，伴随着震耳欲聋的轰鸣，成吨的燃料喷着长长的火舌从发动机的喷管倾泻而出，这样会产生强大的冲击和振动，并且立刻作用到结构上；此外，当火箭高速飞行时，它的表面和周围大气会产生强烈的摩擦。在摩擦的作用下，火箭表面很快会被加热，我们称之为气动加热。它可以使卫星表面的温度达到几百摄氏度，对卫星非常不利。当返回式卫星返回时，它是以8千米/秒的速度冲向地球，就像流星一样快。由于大气的阻挡，卫星的速度会迅速地减小，同时伴随着运动能量的减少，这些减少的能量几乎全部变成热能。这些热能会使卫星周围气体的温度高达10000℃！卫星结构温度也有2000℃~3000℃！卫星进入太空后，它的运行要经过日照区和阴影区。当卫星运行到日照区时，太阳直接照射在卫星上，会产生达到100℃的高温。而当卫星运行到阴影区时，卫星的温度就很低，最低为-100℃。
所以，为了使卫星能够经受种种的考验，保证它能够正常工作，科学家们首先要求卫星有足够的强度和刚度。那么，什么是卫星结构的强度和刚度呢？
科学上给出的强度定义是当卫星的结构在一定的外力作用下，使自身不被破坏的能力。而刚度则是指当结构受到一定的外力作用时，使卫星不产生过大变形的能力。当卫星受到外力的作用时，尽管它的结构没被破坏，但是有很大的变形也是不允许的。
除此之外，我们对卫星的结构要求是非常高的，但是在材料的选取和使用上要求更高，既要求材料的强度高、刚度好，又要求材料的密度小，也就是相同的体积下具有更小的质量。现在的低密度、高强度的非金属复合材料就很好，它在这方面已得到了“重用”，我们常听说的玻璃钢就是其中的一种。
不管是火箭还是卫星，都有众多的电子仪器设备，要想使得这些电子设备正常地运行，就需要充足的能源供给做后盾。因此说，能源系统对卫星而言就像它们的食粮，是必不可少的。卫星上的众多的电子仪器和活动部件，都需要供电后才能工作。
专家指出，与地面能源所不同的是，卫星的“食粮”有更高的标准。具体体现在以下几个方面：
首先，我们要求它能够在真空状态下工作；其次，要求用于产生能源的材料要轻，而且这种材料在相同的质量下，能够激发出更大的能量。
对于低轨道、短寿命的卫星，我们一般多采用化学电源，如银-锌电池、镍-镉电池；或者是选择性能更好的如锂电池、氢—氧燃料电池等。
而对于高轨道、长寿命的卫星，我们一般采用太阳能电池。太阳能电池从太阳取得能量，所以它的能量是源源不断的，并且可使卫星工作几年甚至几十年的时间。
有时我们从电视上能看到像蜻蜓一样伸展着两个大翅膀的卫星，那两个大翅膀可不是用来飞行的，而是太阳能电池的帆板。或许在不远的将来，随着科学技术的不断发展，更为先进的能源会越来越多地被采用，比如核能源就是一个很好的例子。
有趣的是，人造卫星对它的能源系统还挺挑剔的，可不是“吃饱了”就行，不过卫星这是为了工作的需要，所以我们要尽量满足它。那么，卫星对它的“吃食”有哪些要求呢？
首先，表现在能源系统要有电池来存储电能。为了减少卫星的重量，一般是直流电源。其次，卫星上不同的仪器需要不同的电压和不同的电流，这就需要把固定电压的直流电进行变换，所以还要有变换器。
另外，要想把电流送到每个仪器，还必须要有电缆来传输，对于大型卫星，如果把卫星的各种电缆线一根根地接起来，能够围绕地球转好几圈呢！
由于太空是一种失重环境，倘若人造卫星在该环境下不加控制的话便会乱翻筋斗，这种情况是绝对不允许的。卫星飞行时有的需要它的天线始终对准地面；有的要求它的工作窗口对准地面，而有的仪器需要始终对准太阳。我们可以简单地设想一下，如果胡乱翻滚那还能工作吗？
从广义上讲，对于卫星的控制是多方面的，有姿态控制、轨道控制、工作程序控制和无线电控制等4个方面。下面我们首先看看卫星的姿态控制和轨道控制是如何工作的。
为了防止卫星在飞行中的翻滚，首先要对它的飞行姿态进行控制，使卫星始终保持一种姿态或者在必要的时候改变现有姿态。卫星飞行时保持姿态的标准就是使它的某一个轴始终指向空间的一个特定方向。不管卫星是什么形状，总可以按照不同的方向规定它的3个轴的方向，比如卫星的长度方向规定为纵轴，记为X向，则其他两个横轴就是Y向和Z向。
卫星的姿态控制就是控制卫星的飞行姿态，保持姿态轴的稳定，使它的变化在工作允许的范围内，而一旦超出这个允许的范围，就要进行调整。根据对卫星的不同工作要求，卫星姿态稳定的方法也是不同的，有的卫星使它的一个轴始终定向，指向空间固定方向，而卫星本体围绕这个轴转动来稳定姿态，好像小孩玩的陀螺，一转动起来就有一个轴的方向保持不变，卫星的这种姿态稳定方式称为自旋稳定。产生卫星旋转的动力是在卫星的表面沿圆周方向，也称为切线方向，对称地装上小火箭，当需要时，自动点燃小火箭，用火箭的动力产生力矩，使卫星起旋。我国的“东方红”卫星和初期的通信卫星都是采用自旋稳定的方式。
而有些卫星在飞行时3个轴都要控制，不允许任何一个轴产生超出规定值的转动，这种稳定方式我们称之为卫星的三轴姿态稳定。在卫星的姿态控制中，有时需要它完成规定的动作，也就是按预定的程序绕着某一个轴转过一个角度，这也是控制系统的工作范围。
此外，控制的另一方面的含义就是轨道控制。那什么是轨道控制呢？前面我们已经说过，对于轨道较低的卫星，当它飞行一段时间后，由于大气的阻力，它的轨道高度逐渐降低，这就好像我们在刮风天迎风骑车一样，很吃力，时间长了，其速度就要慢下来一样。卫星与之同理，气体的阻力会使它的速度减慢、高度降低，这时就需要进行控制，给它一定的能量进行加速，使它回到原来的轨道高度，要不然卫星就有坠落的危险。
那卫星的控制系统又是由哪些部分组成的呢？典型的控制系统包括以下几个部分：
（1）敏感器部分。
科学家指出，卫星控制系统的敏感器的作用是用于测量卫星的姿态变化，其中包括卫星沿各个轴的转动角度有多大，是否超出规定的范围，它是向哪个方向转动。
资料显示，敏感器包括如陀螺、地平仪、太阳敏感器、星敏感器等部件；卫星上装有惯性定向陀螺，它始终指向空间的某一方向，当卫星的姿态正确时，卫星的3个轴的指向就正确，和陀螺的指向一致；而当卫星沿任一轴产生了转动而且超出了允许的范围时，陀螺的指向并不变，这样一来，卫星和陀螺之间就产生了姿态的误差，这种姿态的误差就会变成电信号的变化。信号的大小就反映了卫星的姿态变化量。而地平仪和太阳敏感器的道理也相似，只不过一个以地球定位，一个以太阳定位。
（2）变换器部分。
变换器部分的作用是把经过敏感器敏感测量的卫星的姿态角度的变化值变成电信号，经过一系列地处理和放大、比较后把信号送到控制动力部分。变换器部分都是由一些复杂的电子线路组成的。
