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。
接下來我們要找同轉衛星在太空中飛翔的速度。速度和距離成正比,和時間成反比,式為V=S/T,此衛星做圓周運動,所以距離S為圓周長2πx(R+h),故同轉衛星的速度等於
V = 2π(6370 + 35830)/86164 = 3.076公里/秒---(3)
同轉衛星與地球自轉同步,那麼它的高度在35830公里的高空上以每秒3.076公里的速度飛翔。衛星高度不同時,會有不同的週期和飛行速度,它的計算方式與同步衛星相同,茲將高度、週期和速度的關列表如下,供各位了解不同高度的速度的變化。從上表中知,若衛星在不同高度下,它的速度要剛剛好如表中所列的速度大小,太慢則會掉落下來,太快則會飛離地球。
地球同轉衛星是和地球同步,週期為一個恒星日,故高度一定要在35830公里的高空,速度約為3.07公里/秒,這是固定的。另一種極軌道衛星則是繞著地球南北極方向轉,它的高度分佈在1000公里以下的高空上,飛行速度在每秒7.36公里以上。還有橢圓軌道衛星乃是以地球為焦點做橢圓形運轉的軌道衛星,因計算上較為複雜,本單元就不做詳細的近地點、遠地點高度變化和速度變化的說明。下一單元會就各類衛星運行的軌道做較詳細的分析。
軍事衛星
發射到太空中從事大關軍事任務的衛星,叫做軍事衛星。軍事衛星的發明,將人類帶進太空戰爭的時代。
目前,衛星在軍事指揮上占有重要的地位:利用軍事通訊衛星,可以在瞬間獲得世界各地的情報;軍事偵察衛星,可以偵測到敵國的飛彈基地、軍事基地、軍艦動態、甚至潛水艇的位置;預警衛星可以測出前來攻擊的飛行物體。這些資料都是製定作戰計畫的參考。
另外,還有殺手衛星,它具備了雷射或小型飛彈,是專門用來摧毀敵國太空船或飛彈的武器。目前人類的戰爭已從地打到高空,美國的前任總統雷根積極推動『策略性防衛計畫』(俗稱『星戰計畫』),他的目的就是要在太空中確保自由世界的安全和軍事優勢。
通訊衛星
地面無線電短波通訊是靠高空電離層的反射來進行,但人們逐漸發現,在某些特殊的情況下,如太陽活動劇烈時,電離層會到突然『騷擾』,這使得短波無線電訊號立即衰弱甚至完全中斷,其時間短則幾分鐘,長者可達一小時左右。
這種通訊中斷現象在軍事上影響很大,利用人造衛星作通工具就是有效的措施之一;人造衛星可以作為通訊的中繼站,夾轉播無線電波,所以用人造星建立起來的通訊網,即使在戢時,也可以不受電離層的干擾而暢通無阻。
同時,如果在人造衛星上裝上特殊的攝影機和電視機,它就可以仔細地拍攝地形,偵察軍事基地,並將這些地方的位置精確測量出來,然後再把資料用無線電波傳回地面。如果在人造衛星上附設一些儀器,如紅外線傳感器、X射線偵察器等,就可以用來辨別導彈的發射,作為空中警戒站,也可用來觀察高空的核爆情況,另外在人造衛星上也可以裝自動武器,如導彈核武器等。
在高空中的衛星,可以將從甲地接收到的訊息,傳給距離遙遠的乙地,便稱通訊衛星。我們在臺灣可以同時從電視上收看到正在美國舉行的世界少棒賽,就是透過通訊衛星。
通訊衛星可以傳遞電話、電報、廣播和電視畫面等訊息。方法是利用微波(高頻率的無線電波),載送要傳遞的訊號,穿過地球大氣的外層,到達衛星上的接收器,衛星把收到的電訊放大後,再傳到地面上等待接收的地點。這樣的通訊方式,不但打破了地理上的障礙,也使得國際之間交換資料更加方便。
人類從1950年美國發射第一枚氣球式通訊衛星以,來,便不斷地改進和增加它的功能。1964年8用美國發射同步通訊衛星三號,是第一枚將電視畫面橫貫太平洋,從美國傳到東方的通訊衛星。未來,衛星通訊的業務,將發展衛星群和高動力通訊衛星連線作業,並且製造像口袋般大小的收發器,讓人類在世界各個角落,都能互相通訊聯絡。
資源衛星
資源衛星的完整名稱是地球資源探測衛星。它的功能是用來探測地球表面的資源分布情況,例如礦物的蘊藏、水的分布、農作物種植的狀況、森林災害和海水污染等現象。
資源衛星可以利用本身的照相設備,清楚地拍攝地面景像,傳送到地面的資料處理中心。同時,它也能收集各地面站發送來的當地環境資料,再將這些資料傳送到地面資料處理中心。科學家利用這些資料,可以制定土地運用計畫、鑑定農作物病蟲害、監視火山或地震等自然現象,對人類生活幫助很大。
目前,唯一做為商業用途的資源衛星,是美國的大地衛星,它能在每25秒內拍攝185平方公里的區域,這些照片直接傳送到地面接收站,用電腦分析,並且印出來,提供科學家從事研究。