2019-05-13 16:15
来源:
国家空间科学中心
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空少问答
小课堂
第115期
5
月
13
日
周
一
答：当年锁定和跟踪东方红一号卫星用到了卫星上的什么设备？
上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！
想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问：当年锁定和跟踪东方红一号卫星用到了卫星上的什么设备？》~下面就让我们来看看空少的解答吧！
空少正解
1970年4月24日发射东方红一号时，我们国家的航天技术还处在稚嫩、不断攻关和探索的阶段。中央当年对东方红一号卫星的研制和发射工作的指示是“上的去、抓得住、看得见、听得见”，其中“抓得住”指的就是地面能准确的对卫星进行锁定、实时跟踪、测定和预测其运行轨道。那么，当年地面靠什么锁定和跟踪东方红一号卫星？应用到卫星上的什么设备？对设备有什么要求？
其实多年来卫星锁定和跟踪的原理并没有改变，只是仪器在不断升级，我们只是借此机会就东方红一号上对应的仪器进行简单介绍，既是对该卫星的纪念，也是对基本原理的讲解。我们会讲的比较浅显，不会涉及比较敏感或者不便公开的信息。本期要讲的内容参考于汪志荣2014年公开发表于《中国科技史杂志》的论文《“东方红”一号卫星微波信标机的研制过程考析》。我们不讨论那些回忆录和档案的内容，仅对其中涉及到的一些知识进行额外的讲解。
东方红一号卫星照片（来源：wiki，https://zh.wikipedia.org/wiki/File:DongFanghong_man_make_star.jpg）
要实现对卫星位置的跟踪，就需要与其建立无线电的联系，故而卫星要搭载合适的无线电设备——信标机、应答机。也就是说，卫星需要能持续不断发射稳定、特殊而又易于辨认、追踪的无线电信号（信标），或者在收到地面信号时能用这样的信号返回给地面（应答）。简而言之，就是搭载在飞行器中提供自身位置信息的无线电电子设备。
说起来容易，做起来远没有那么简单。档案中讲到，科学家们研究了半导体技术，制成“能够使102MHz石英晶体起振基频信号倍频至2.448GHz，输出功率达到25mW，效率高达15%，且频率稳定度在10-4以上”的小型便携式固态微波源，在此基础上开发出最后用于东方红一号卫星的微波信标机。所谓微波，是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米~1米之间的电磁波。
东方红一号卫星及星内的信标机（来源：汪志荣，《“东方红”一号卫星微波信标机的研制过程考析》，2014年）
让我们来简单聊一聊这里面的技术难题：
（1）上一期空少课堂我们讲的是多普勒雷达的原理，而地面测控系统对卫星进行测轨、定轨，其基本数据依赖的正是卫星搭载的信标机发射的信号所产生的多普勒频移，所以，信标机自身发射的信号必须有很高的频率精度和稳定度，不然多普勒频移的计算就不那么准了，而航天可是“差之厘毫、谬以千里”的。
（2）信标机发射的信号也要考虑地面接收和解析的能力。例如东方红一号在当时选择了信号传播损耗小的10cm（S波段）信号作为优选频率，同时信号的发射功率要大于100mW。
（3）卫星上搭载的仪器设备要受到卫星的限制，包括重量、体积、电压、功率等。例如东方红一号卫星当时要求信标机的电源功率不能超过8W。在受限制的重量和体积下既要保证满足其他条件，又要保证结构的可靠性，还得能应付严酷的空间环境。
既然设备对频率有要求，在有了能产生特定频率的振源之后（也就是上文说的半导体微波源），就要对频率进行“倍频”。所谓倍频，是利用电路，让产生的输出信号频率是输入信号频率的整数倍。例如在东方红一号上的信标机，当时利用到阶跃恢复二极管、晶体三极管、变频二极管等电路元件组成的倍频链。感兴趣的朋友可以搜索了解一下与倍频有关的知识。
一种倍频电路的例子（来源：https://electronicsproject.org/wp-content/uploads/2012/08/frequency-multiplier-using-the-565.jpg）
可是上文也说，东方红一号卫星的信标机要求100mW的发射功率，结合卫星对仪器的限制，以当时的技术而言，需要尽可能减少信号的倍频次数。最后制成的微波信标机，首先在恒温槽内的石英晶振源产生4.77MHz的信号，然后经过晶体三极管被频率对低频信号进行的36次倍频、功率放大、变容二极管倍频链增加的2次倍频、阶跃管倍频链对高频信号的8次倍频，这样一系列的过程才能获得满足要求的、稳定而精确的信号。至于对仪器可靠性的一系列设计、模拟和修正，也是众多科研人员努力付出的结果。
留言区·精选
@赵赵孟晨
东方红卫星发射成功标志着中国成为继苏联、美国、法国、日本之后世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家。
@Pluto初心
卫星上的仪器舱装有电源、测轨用的雷达应答机、雷达信标机、遥测装置等。对于“锁定和跟踪东方红一号卫星的设备”这个问题，期待解答。
感谢大家的支持，我们下期再见！ 返回搜狐，查看更多
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【导读】浩瀚宇宙，星光熠熠。迄今为止，人类向宇宙空间共发射各类航天器5000多个，仍在轨道上运行的有2400多个，仍在正常工作的有700多个。数量最多的航天器是人造卫星，占总数的90％以上。其中美国400多颗。人类从没有停止探索宇宙空间的步伐。
航天器主要包括载人飞船、货运飞船、宇宙空间站、人造卫星等。人造卫星是应用技术最广泛的航天器。人造卫星种类很多，如果按用途分，它可分为三大类：科学卫星，技术试验卫星和应用卫星。
（1）科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气，地球辐射带，地球磁层，宇宙线，太阳辐射等，并可以观测其他星体。
（2）技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理，新材料，新仪器，其能否使用，必须在天上进行试验；一种新卫星的性能如何，也只有把它发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；航天员上天之前必须先进行动物试验……这些都是技术试验卫星的使命。
（3）应用卫星是直接为人类服务的卫星，它的种类最多，数量最大，其中包括：通信卫星，气象卫星，侦察卫星，导航卫星，测量卫星，地球资源卫星，截击卫星等等。
1970年4月24日，我国自行研制的第一颗人造卫星“东方红一号”顺利升空，预示着我国真正迈入了探索太空的领域。经过这么多年的发展和进步，截止2019年底，我国共计发射了500多颗各类卫星，如今，依然在地球轨道上运行的有293颗（不包括国际合作卫星），数量稳居世界第二。
因此，国务院决定自2016年4月24日开始，将每年的这一天设立为“中国航天日” 。
“东方红一号”卫星在轨运行姿态（来源：百度）
1956年4月，中央人民政府同意成立中华人民共和国航空工业委员会，统一领导了中国的航空和火箭事业。
根据中国航天工业科技集团史料记载：中国航天工业发展经历了四大里程碑事件：
（1）第一个想到利用火箭飞天的人——明朝的万户
14世纪末期，明朝的士大夫万户把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝。他最先开始设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。不幸火箭爆炸，万户也为此献出了宝贵的生命。但他的行为却鼓舞和震撼了人们的内心。促使人们更努力的去探索太空的秘密。
（2）东方红一号——中国第一颗人造卫星
1970 年4月24日，中国第一颗人造卫星“东方红1 号”成功升空！成为了中国航天发展史上第二个里程碑。
（3） 载人航天
2003 年10 月15 日，中国神舟五号载人飞船升空，表明中国掌握载人航天技术，成为中国航天事业发展史上的第三个里程碑。
（4）深空探测-嫦娥奔月
2007年10月24日18时05分，随着嫦娥一号成功奔月，嫦娥工程顺利完成了一期工程。此后，神舟九号与天宫一号相继发射，并成功对接。2016年9月15日22时04分09秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功。
2018年各国在轨卫星数量（数据来源：UCS数据库）
中国航天工业发展历程可分为四个阶段：
一、艰难起步
新中国成立之后，随着抗美援朝战争的结束，时任中央人民政府国务院总理周恩来就将中国航天工业纳入了议事日程，后来，曾多次邀请从美国学成归来的科学家钱学森等人到中南海座谈，讨论组建中国航天工业企业和管理层的问题。
1956年2月，著名科学家钱学森向中央提出《建立中国国防航空工业的意见》。同年四月，成立中华人民共和国航空工业委员会，统一领导中国的航空和火箭事业。聂荣臻任主任，黄克诚、赵尔陆任副主任，航空工业委员会的成立标志着中国的航天事业创业的开始。
1956年3月，国务院制订《一九五六年至一九六七年科学技术发展远景规划纲要(草案)》，其中提出要在十二年内使中国喷气和火箭技术走上独立发展的道路。
1956年5月10日，聂荣臻副总理向中央提出《建立中国导弹研究工作的初步意见》。5月26日，周恩来总理主持中央军委会议讨论同意，并责成航委负责组织导弹管理机构和研究机构。
1956年10月15日，聂荣臻副总理就发展中国导弹事业向中央报告，提出对导弹的研究采取"自力更生为主，力争外援和利用外国已有的科学成果"的方针。17日，中央批准了这个报告。
1958年1月，国防部制订喷气与火箭技术十年(一九五八年至一九六七年)发展规划纲要。
苏联第一颗人造地球卫星发射之后，中国一些著名科学家建议开展中国卫星工程的研究工作。一些高等院校也开始进行有关学术活动。中国科学院由钱学森、赵九章等科学家负责拟订发展人造卫星的规划草案，代号为“五八一”任务，成立了“五八一小组”，议定建立三个设计院落。8月，第一设计院成立。11月，迁往上海，改名为中国科学院上海机电设计院。
1958年10月，在大西北的巴丹吉林沙漠，中国第一个导弹卫星发射中心——酒泉卫星发射中心正式组建。酒泉卫星发射中心是为适应“两弹一星”工程需要而建，最初是一座综合导弹试验靶场。
功夫不负有心人，在中科院领导的基建工程兵的大力协作下，1960年2月19日，中国自行设计制造的试验型液体燃料探空火箭首次发射成功。9月，探空火箭发射成功。同年11月5日，我国第一枚地地导弹（仿制的苏联“P-2”导弹）在这里成功发射。中国航天工业迎来新世纪的曙光。后来的第一颗人造卫星、第一次载人航天都是要酒泉卫星发射基地完成的，它是中国首个航天城，也是高纬度航天发射场。
1966年10月27日，导弹核武器发射试验成功。弹头精确命中目标，实现核爆炸。1966年11月“长征一号”运载火箭和“东方红一号”人造卫星开始研制。1966年12月26日，中国研制的中程导弹首次飞行试验基本成功。1967年，“和平二号”固体燃料气象火箭试射成功。1968年2月20日，中国空间技术研究院成立。
1970年1月30日，中远程导弹飞行试验首次成功。1970年4月24日21点35分，“东方红一号”人造卫星发射成功。这是中国发射的第一颗人造卫星。第一颗人造卫星成功发射，这在当时具有划时代意义。
中国在轨卫星分布图（截止2018年底 来源：地图会说话）
“为有牺牲多壮志，敢叫日月换新天。”经过数百名航天技术人员和数千名解放军指战员的共同努力，1971年9月10日，东风五号洲际弹道导弹首次飞行试验基本成功。1975年11月26日，又成功发射了一颗返回式人造卫星。至此，中国已逐渐步入航天大国之列，开始向航天强国迈进。
卫星回收是一件难度很高的技术，回收过程中不仅要卫星减速，低头，而且还必须落回到地面预定地域，这些对遥测、遥控技术提出了很高的要求。回收要比发射更加困难。目前为止过了回收关的国家只有三家美、俄、中。它难是因为它具有重大的军事用途。假如说照相侦察卫星收不回来那就没有了军事价值，飞船收不回来那就没有人愿意当宇航员。
我国已发射19颗回收卫星，成功回收18颗，成功率为94%。
二、腾飞阶段
当我们回望中国航天探索的发展之路，不禁让人想起曾被举世关注的那些里程碑式事件。中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后和特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的。中国独立自主地进行航天活动，以较少的投入，在较短的时间里，走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路，取得了一系列重要成就。
航天工程是个系统工程，牵一发而动全身。系统工程的核心首先就是一切服从总体，用俗话讲就是“一加一大于二”，具体体现便是总体设计部，通过这种组织机构的设置，保证航天这样庞大工程的最优化；其次就是所有项目的研制都要有严格严谨的研制程序。
因此我们在90年代经历了一个从强化管理向规范管理的转变。所谓强化管理，就是依靠奖罚原则管理，而规范管理就是依靠一套严格的规范对各项工作进行跟踪管理，由此中国航天开始建立自己的质量管理体系。
1980年5月18日，中国向太平洋预定海域成功地发射了远程运载火箭，标志着中国海基弹道导弹研制成功。
1981年9月20日，我国用一枚运载火箭同时将3颗卫星送入轨道，中国成为世界上第三个实现一箭多星技术的国家。运载火箭技术与弹道导弹技术是相辅相成、互为促进的。掌握“一箭多星”发射技术最重要的军事意义，就是可以为导弹多弹头技术打下一定的基础。当前，世界各国都很重视导弹防御系统的建设，而多弹头技术是突破导弹防御系统的最好办法。一枚导弹如果装载多枚弹头，它就可以同时攻击敌方不同的目标，并能有效躲过敌方对导弹的拦截，使敌方顾此失彼、防不胜防。
1984年4月8日，我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功。16日，卫星成功地定点于东经一百二十五度赤道上空。1986年2月1日，中国发射一颗实用通信广播卫星。20日，卫星定点成功。这标志着中国已全面掌握运载火箭技术，卫星通信由试验阶段进入实用阶段。1988年9月7日，中国发射一颗试验性气象卫星“风云一号”。这是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星，自此，我国结束了租用美国气象卫星的历史。1988年12月25日，中国科学院海南探空火箭发射场成功地发射了一枚“织女一号”火箭，至此，中国低纬度区第一次火箭探空试验圆满结束。这次为期两周的试验共发射了四枚火箭。1990年4月7日21点30分，中国自行研制的“长征三号”运载火箭在西昌卫星发射中心，把美国制造的亚洲1号通信卫星送入预定的轨道，首次取得了为国外用户发射卫星的圆满成功。1991年1月22日下午18点23分，中国第一枚一百二十公里高空低纬度探空火箭--“织女三号”在中国科学院海南探空发射场发射试验成功。1994年2月22日，中国第一座海事卫星地面站通过验收。它的建成填补了中国高科技的一项空白。1998年5月2日，中国自行研制生产的“长二丙”改进型运载火箭在太原卫星发射中心发射成功。这标志着中国具有参与国际中低轨道商业发射市场竞争力。
中纬度西昌卫星发射中心（来源：新华社）
西昌卫星发射中必始建于1970年，1982年竣工交付使用。中心由总部、发射场（技术区和两个发射工位）、通信总站、指挥控制中心和三个跟踪测量站，以及其它一些相关的生活保障单位组成，其中发射场的坐标位置为东经102度、北纬28.2度。主要担负广播、通信和气象等地球同步轨道（GEO）卫星发射的组织指挥、测试发射、主动段测量、安全控制、数据处理、信息传递、气象保障、残骸回收、试验技术研究等任务。中心主要承担地球同步轨道卫星，通信、广播、气象卫星等试验发射和应用发射任务，是中国目前对外开放中规模最大、设备技术最先进、承揽卫星发射任务最多、具备发射多型号卫星能力的新型航天器发射场。成立50年来，共完成了128次发射任务。
上世纪80年代，基于卫星回收技术上的空间试验成为各国热点。太空越来越成为一个巨大的市场。1985年10月，中国政府宣布，长征系列运载火箭将投入国际市场，承揽国内外用户的商业发射任务。中国的航天事业从此进入了一个参与国际航天市场竞争，与国际太空发展同步的时代。
截止目前，我国共建设了高、中、低纬度三个级别航天发射场，它们分别是甘肃酒泉、山西太原、四川西昌和海南文昌航天发射场。自此，我国4个航天发射场形成了沿海内陆相结合、高低纬度相结合、各种射向范围相结合的发射场格局，中国航天发射场布局开启新时代。
位于北纬19°36'的文昌航天城（来源：百度百科）
三、跨越发展
90年代时，中国的航天工业跟法国、日本、俄罗斯、美国相比差距还比较大。但经过多年的跨越式发展，我们已经成为航天大国，主要体现在几个方面：重大工程的实施，比如人们熟悉的载人航天工程；再比如探月工程的绕落回，其中“绕”和“落”已经实现；再比如以北斗为代表的重大空间设施的建设；另外就是新一代运载火箭的研制。
新一代运载火箭分为长征5号、长征6号、长征7号、长征11号四种型号。长五的特点是“大”，低轨运载能力可达25吨；长七为中型火箭，低轨运载能力为13吨左右；长六和长十一都是小型火箭，长十一也是唯一的固体火箭。
根据相关报道，固体火箭比液体火箭有价格优势。目前，国外发射卫星每公斤大概30万元到40万元人民币，国内每公斤十几万元到20万元人民币。固体火箭发射卫星的价格相对便宜，长十一的价格大概为每公斤15万元左右。
随着中国火箭技术的日臻成熟，载人航天试验开始运作起来。1999年11月20日6时30分7秒，中国第一艘试验飞船“神舟”一号首发成功，中国成为继美、俄之后世界上第三个拥有载人航天技术的国家。在完成了21个小时的空间科学试验后，于21日3时41分成功着陆。“神舟”号试验飞船的成功发射和回收，圆满完成“处女之行”。成为中国航天史上的又一里程碑。
火箭可以运载并发射卫星上天，而卫星又可以安全返回，这两项成果的取得为载人航天打下了技术基础。除了显而易见的经济效益，载人航天的研制涉及到天文、医学、空气动力学等数十个学科领域。它的成熟将体现一个国家的综合科技水平，关乎一个国家在太空时代的生死存亡。
人类载人航天已有59年历史(1961前苏联实现世界首次载人航天)，中国载人航天工程在1992年正式启动后仅用7年时间就突破了航天最高技术。
说到载人航天，不得不说说前苏联宇航员加加林和第一个登上月球的美国宇航员阿姆斯特朗。
加加林是到太空旅行的第一人。1961年4月12日，“东方”1号宇宙飞船载着他围绕地球完成了一次完整的轨道飞行。在这次长达108分钟的旅行中，他飞越了40,000千米，但这是他进入太空的惟一一次旅行。
1969年7月，美国阿波罗11号宇宙飞船“实现”了人类首次登月壮举。人类第一个踏上月球表面的宇航员阿姆斯特朗向全世界宣布：“这是我个人的一小步。却是人类的一大步”，全球数以亿计的人通过电视屏幕看到了这一激动人心的场面。
公元2003年10月15日是一个不寻常的日子，9时整，杨利伟乘坐的“神舟五号”飞船在震天撼地的轰鸣中腾空而起。全世界的人们在这一天都看到中国人杨利伟在太空中飞翔。从这一天起，在浩渺的宇宙间飘动的旗帜中开始有了中国的五星红旗。那艘承载全民族希望的“神奇之舟”划开了中国一个崭新的航天时代。中华民族几千年的飞天梦想终于要为一刻实现，这是一个史无前例的日子。
杨利伟在“神舟五号”飞船载人仓里的情景 新华社发（电视截图）
2005年10月12日，神舟六号首次进行多人多天的航天飞行，承载的宇航员是费俊龙和聂海胜。
2008年9月27日，“神舟七号”搭载三名宇航员翟志刚、刘伯明和景海鹏进入太空，翟志刚完成首次出舱行走。
9月27日，执行神舟七号载人航天飞行出舱活动任务的航天员翟志刚出舱后挥手致意。新华社发（电视截图）
2011年11月01日“神舟八号”由改进型“长征二号”F遥八火箭顺利发射升空。2011年11月3日凌晨，与组合天宫一号成功实施首次交会对接任务，成为中国空间实验室的一部分。
2012年6月16日下午 “神舟九号”首次载人交会对接任务3名航天员进入太空，景海鹏、刘旺和刘洋(中国首位女航天员)。6月18日下午，神舟九号成功与天宫一号目标飞行器实现自动交会对接。6月24日，航天员刘旺操作飞船顺利完成于天宫一号的手控交会对接。标志着中国完全掌握了载人交会对接技术。
2013年6月11日17时38分“神舟十号”搭载三位航天员飞向太空，在轨飞行15天，并首次开展我国航天员太空授课活动。飞行乘组由男航天员聂海胜、张晓光和女航天员王亚平组成，聂海胜担任指令长。
有人说，当初年轻的共和国在一片废墟上迅速挺立，靠的是两根支柱：一根是大庆油田，一根就是“两弹一星”。邓小平说曾经说过：如果60年代以来，中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力，也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。
四、纵深挺进
（一）、探月工程
进入21世纪，是中国航天发展取得更大进步的时代，中国已不满足于火箭升空、卫星发射、载人航天等探索太空领域活动了，“探月工程”开始纳入议事日程。
我国航天科技工作者早在1994年就进行了探月活动必要性和可行性研究，1996年完成了探月卫星的技术方案研究，1998年完成了卫星关键技术研究，以后又开展了深化论证工作。经过10年的酝酿，最终确定我国整个探月方案及步骤。
我国的月球探测工程分为“绕、落、回”三个阶段，都属于不载人探测活动。只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月。
根据规划，2007年为“绕月”的阶段，主要目标是在2007年发射一颗围绕月球飞行的卫星，这颗卫星被命名为“嫦娥一号”，对月球进行为期1年的全球性、整体性和综合性探测。
2007年-2012年为“落月”的阶段，主要目标是在2012年实现月球表面软着陆与月球巡视探测，进行首次月球软着陆和自动巡视勘察。
2012年-2017年 为“回月”的阶段，主要目标是在2020年前发射月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球，并对取样进行分析研究。
我国绕月探测工程将实现四大目标：
1、划分月球表面的基本地貌构造单元，初步编制月球地质与构造纲要图，为后续优选软着陆提供参考依据。
2、分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点。对月球表面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。
3、探测月壤特性。探测并评估月球表面月壤层的厚度、月壤中氦-3的资源量。
4、探测地月空间环境。记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。国防科学技术工业委员会副主任、国家航天局局长、绕月探测工程总指挥栾恩杰介绍，由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成的绕月探测工程系统届时将实现以下五项工程目标：
(1) 研制和发射我国第一个月球探测卫星;
(2) 初步掌握绕月探测基本技术;
(3) 首次开展月球科学探测;
(4) 初步构建月球探测航天工程系统;
(5) 为月球探测后续工程积累经验。
“嫦娥1号”与“月亮女神”交相辉映（来源：搜狐新闻）
绕月探测工程是我国月球探测的第一期工程，即研制和发射第一颗月球探测卫星。该星将环绕月球运行，并将获得的探测数据资料传回地面。该工程由探月卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用五大系统组成。现已确定探月卫星主要利用“东方红三号”卫星平台，运载火箭采用“长征三号甲”火箭，发射场选用西昌卫星发射中心，探测系统利用现有航天测控网，地面应用系统由中国科学院负责开发。
具体计划是，“长征三号甲”火箭从西昌发射中心起飞，将“嫦娥一号”卫星送入地球同步转移轨道后实现星箭分离，卫星最后进入环绕月球南、北极的圆形轨道运行，并对月球进行探测，轨道距离月面的高度为200公里。
“嫦娥一号”卫星由中国空间技术研究院承担研制，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。
2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。
嫦娥一号目标：绕月飞行并进行对其探测；
嫦娥二号目标：嫦娥一号的改进型；
嫦娥三号目标：在月面进行软着陆；
嫦娥四号目标：嫦娥三号的备份星；
嫦娥五号目标：采样返回；
嫦娥七号目标：模拟载人登月。
嫦娥工程是一个完全自主创新的工程，也是我国实施的第一次探月活动。工程自2004年1月立项，2007年10月24日在西昌卫星发射中心成功发射升空。月球探测是一项非常复杂并具高风险的工程，到目前为止，人类共发射月球探测器122次，成功59次，成功率为48%。中国长征三号甲运载火箭的成功率为100%。
嫦娥三号任务的玉兔号月球车（来源：新华社）
今天，逐月之路上的国家，不仅有美国、俄罗斯、中国这样的大国，也有欧洲诸国、印度、日本、韩国等小一些的国家。中国人的探月工程，是在为人类和平使用月球迈出了新的一步。
（二）、北斗系统
目前全球共有四大卫星定位系统：分别是美国的GPS、欧洲的伽利略：1999年，欧洲提出计划，准备发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。该计划正在启动。俄罗斯“格洛纳斯”：尚未部署完毕。始于上世纪70年代，需要至少18颗卫星才能确保覆盖俄罗斯全境；如要提供全球定位服务，则需要24颗卫星。第四个就是中国的北斗系统。
在美国GPS称霸全球导航定位年代，中国开始研制用于取代美国GPS的北斗精确导航定位系统卫星。GPS由24颗卫星组成，于20世纪70年代初开始设计、研制，于1993年全部建成。1994年，美国宣布在10年内向全世界免费提供GPS使用权，但美国只向外国提供低精度的卫星信号。据相关消息称，该系统有美国设置的“后门”，一旦发生战争，美国可以关闭对某地区的信息服务。
中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
根据计划，北斗系统将发射55颗卫星用于导航、定位，目前已成功发现54颗，卫星组网基本完毕。据新华社报道，我国的第54颗北斗导航卫星已进入长期管理模式，第55颗北斗导航卫星也已经运抵发射场，计划于今年5月发射，这标志着我国即将正式成为全球导航的其中一员。回首我国卫星定位系统的建设之路，可谓是历经千难万险才有了现在的成绩。
遨游于太空的北斗导航定位卫星（来源：百度百科）
北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。
卫星导航系统是全球性公共资源，多系统兼容与互操作已成为发展趋势。中国始终秉持和践行“中国的北斗，世界的北斗，一流的北斗”的发展理念，服务“一带一路”建设发展，积极推进北斗系统国际合作。与其他卫星导航系统携手，与各个国家、地区和国际组织一起，共同推动全球卫星导航事业发展，让北斗系统更好地服务全球、造福人类。
据《央视新闻》4月24日晚间消息：目前，我国正在开展首次火星探测工程的研制工作。按照计划，2020年我国将通过长征五号发射火星探测器，并通过一次发射实现火星环绕、着陆和巡视探测。探测器发射后，大约需要经过7个月左右的飞行抵达火星。天问一号，期待！
在未来，我们的目标是星辰大海。
“鹰击长空，鱼翔浅底”。这是一个伟大的时代，也是一个创造的时代！是个奋进的时代，也是个激励的时代！
愿中国航天工业永远傲视群雄，屹立于世界科技之巅。
（本文数据来源于中国航天科技集团官网、中国科学院官网、UCS卫星数据库、北斗官网、维基百科等）
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（来源：资鲸网 作者：世纪浪人）返回搜狐，查看更多
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牛顿大炮其实这个问题涉及现代人造卫星的原理，搞清楚了卫星的运行原理，这个问题也就自然明了了。第一个问题：卫星运行的原理是什么？现代人造地球卫星最早起源于牛顿著名的牛顿大炮思想实验。牛顿设想在一座高山上，如果不考虑空气阻力，一个威力足够大的大炮，能将炮弹打出每秒7.9千米每秒的速度，那么这个炮弹不用持续加速，只依靠惯性就能永不落地。这是因为地球是一个球形，炮弹如果每秒飞行7.9千米受地球引力影响，下落的距离正好被地球表面的弧度所抵消。所以，现代卫星发射，火箭都要将卫星加速到这个速度，这个速度也被称为第一宇宙速度也叫环绕速度。（当然这只是一个理论值，现实中根据卫星发射场地的不同以及卫星作用的不同，也会有一定的浮动）东方红1号虽然从理论上人造地球卫星只要达到第一宇宙速度，后期不经过任何加速或干预，只依靠惯性就能永远飞行。但是在现实生活中，为了满足卫星的功能需要和维持卫星的轨道高度，卫星仍然需要携带电池和一定的燃料。卫星为什么需要携带电池呢？这是因为人类既然发射卫星肯定是为了达到一定的目的，就比如通讯、资源观测、气象预报……等等。同时为了更好地控制卫星、回传资料，地面控制中心也需要时刻和卫星保持联系，这些都需要卫星携带大量的电子元器件，需要持续的电力供应。和楼主想象不同的是现代人造卫星主要采取太阳能供电，当然自身携带的电池也会带有一定的电量，主要用于太阳能板的展开。在太阳能板展开之后，自身携带的电池就主要起到储存电力的作用，所以从理论上只要电池不发生故障，太阳能电池板持续发电，就不存在电量耗尽的情况。卫星为什么需要携带燃料呢？这是因为大部分人造地球卫星距离地面的高度都在1000千米以内，在这个区域内还有少量大气层的空气分子，所以仍然会不断降低卫星的速度。在这种情况下，为了能让卫星保持速度，维持自己的轨道高度，不至于因为空气阻力的影响而最终掉落大气层烧毁；当然也为了躲避一些太空垃圾的撞击，姿态调整的需要，所以卫星就必须携带一定的燃料，用于卫星的加速或者作出相应的规避动作。以上就是人造地球卫星的运行原理，相信看了这些大家就会对卫星如何在太空运行有了一定的了解，换句话说对东方红一号为什么和地球失联这么多年，仍然能在太空运行有了一定的了解。东方红1号第二个问题：和现代卫星相比，东方红1号有什么特殊之处？为什么电量耗尽却依然在轨运行几十年？东方红1号是我国发研制并发射的第一颗卫星，重173千克，直径约1米，与1970年在酒泉卫星发射中心发射，近地轨道高度达441千米、远地点轨道高度2368千米。注意东方红1号是我国的第一颗人造地球卫星，主要解决的是“有没有”的问题。而且我国当时正处于经济困难时期，国家给东方红1号下达的任务是“上的去、抓得住、看得见”。上的去指的是能成功发射入轨；抓得住指的是地面能够跟踪监测，具体就是能够通过无线电向地球发射东方红的无线电信号；看得见也就是地面通过肉眼能够看见。换句话说这颗卫星主要是实验目的，象征意义大于实际意义。所以这颗卫星没有直接的太阳能发电装置，只携带了一个化石燃料电池，所以电池没电是在情理之中的；也没有携带燃料，不具有加速功能；而且设计寿命只有20天。可以说东方红1号在发射之初就注定了只会向地面不断地降低自己的轨道高度。那么东方红阿豪为什么还能够在轨道运行几十年呢？前文已经说过，卫星能否在轨运行其实和电池没有多大的关系，只和它的发射速度有关。只要发射的时候将它加速到第一宇宙速度，哪怕不经过后期加速，如果不考虑空气阻力，它也能够永远在太空运行。结合东方红1号的情况，打一个不太恰当的比方，这就好比我们把一个手电筒甩到太空一样，只要它能达到第一宇宙速度，与它的电池是否有电没有关系。当然在现实中，卫星还是要考虑空气阻力的问题。但是因为东方红一号体积非常的小，直径只有1米，空气阻力的受力面非常小，再加之它的近地轨道高度达441千米、远地点轨道高度2368千米，在这个区间空气分子异常稀少。所以哪怕到今天，它的轨道高度下降的幅度也非常的小。但是假如这颗共和国发射的第一颗卫星，没被太空垃圾撞击损毁的话，它的最终还是会降落到大气层并烧毁。以管窥豹2.4万获赞 2014粉丝带你了解世界上未知的秘密，欢迎关注！}