1.1 人造地球卫星的分类

1.1.1 基于用途的分类

人造地球卫星用途广泛、种类繁多，按用途大致可分为三大类：科学卫星、技术试验卫星、应用卫星。

1.科学卫星

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，并可以用来观察其他星体。

2.技术试验卫星

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。航天领域不断出现新原理、新材料、新仪器，能否使用，必须在天上进行试验；一种新卫星的性能如何，也只有发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；在送人上太空之前必须先进行动物试验等，这些都是技术试验卫星的使命。

3.应用卫星

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，包括通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星等，如图1.2所示。

图1.2 截至2018年4月在轨卫星根据用途分类情况

1.1.2 基于功能的分类

如果按照航天器在轨道上的功能来进行分类，就人造地球卫星而言，又可分为四类，即观测站、中继站、基准站和轨道武器。每一类又包括了各种不同用途的航天器。

1.观测站

卫星处在轨道上，对地球来说，它站得高，看得远（视场大），用它来观察地球是非常有利的。此外，由于卫星在地球大气层以外不受大气的各种干扰和影响，所以用它来进行天文观测也比地面天文观测站更加有利。这种功能的卫星有下列几种类型。

（1）侦察卫星

在各类应用卫星中，侦察卫星发射最早（1959年发射），发射数量也最多。侦察卫星有照相侦察卫星和电子侦察卫星两种。

照相侦察卫星是用光学设备对地面目标进行拍照的卫星。20世纪50年代以来，苏联和美国每年发射的军用卫星中，约有1/3的卫星用于各种形式的照相侦察，它们在近地轨道上进行普查和详查。

电子侦察卫星利用星载电子设备截获空间传播的电磁波，并转发到地面，通过分析和破译，获得敌方的情报。电子侦察的目的是确定他方的飞机、雷达等系统的位置和特征参数，窃听他方的无线电和微波通信。电子侦察卫星以无线电探测和记录设备完成这些使命。

总之，无论是军事战略侦察，还是军事战术侦察，侦察卫星所提供的情报信息，起着不可忽视的作用，如曾为美国和苏联政策的制定和军事行动提供了依据。据报道，美国和苏联将近70%的军事情报来源于侦察卫星。

（2）气象卫星

气象卫星利用所携带的各种气象遥感器，接收和测量来自地球、海洋和大气的可见光辐射、红外线辐射和微波辐射信息，再将它们转换成电信号传送给地面接收站。气象人员根据收集的信息，经过处理，得出全球大气温度、湿度、风等气象要素资料；利用几小时就可得到的全球气象资料，做出天气预报，确定台风中心位置和变化情况，预报台风和其他风暴。气象卫星对于保证航海和航空的安全，保证农业、渔业和畜牧业生产，都有很大作用。

气象卫星，已由单纯的气象试验，发展到多学科和多领域的综合应用；由低轨道系统，发展到高轨道系统，形成了全球气象卫星观测网。气象卫星在军事活动中的应用也日益加强，有的国家已建立了全球性的军事气象资料收集系统，向军事单位提供实时或非实时的气象资料。

随着航天技术的进一步发展，气象卫星将向多样化、高精度方向发展，大大丰富了气象预报的内容和提高了预报精度。同时，气象卫星提供的云图由静态云图向动态云图方向发展，引起气象卫星发展的一次重大突破。

（3）地球资源卫星

资源卫星是在侦察卫星和气象卫星的基础上发展而来的。利用星上装载的多光谱遥感器获取地面目标辐射和反射的多种波段的电磁波，然后把信息传送到地面，再经过处理，变成关于地球资源的有用资料。它们包括地面的、地下的、陆地的和海洋的等。

地球资源卫星可广泛用于，地下矿藏、海洋资源和地下水源调查；土地资源调查、土地利用、区域规划；调查农业、林业、畜牧业和水利资源合理规划管理；预报农作物长势和收成；研究自然植物的生成和地貌；考查和监视各种自然灾害，如病虫害、森林火灾、洪水等；环境污染、海洋污染；测量水源、雪源；铁路、公路选线，港口建设，海岸利用和管理，城市规划。地球资源卫星具有重大的经济价值和潜在的军事用途。

（4）海洋卫星

海洋是生命的摇篮和风雨的故乡，海洋与人类的密切关系正逐渐被认识。海洋控制着自然界中水的循环和大气的运动，主导调节大陆的气候，提供廉价的运输条件和高质量的水产食物。另外，海洋蕴藏着巨大的能源和矿物资源。

对海洋、海岸线的调查、研究、利用和开发，虽然可以利用气象卫星、地球资源卫星获得一些资料和数据，但不解决根本问题。例如，资源卫星遥感器波段主要在可见光和近红外波段，而海洋遥感器波段主要在红外和微波波段。我国既是一个大陆国家，又是一个海洋国家，发展海洋卫星是国民经济和军事部门之必需。

海洋卫星的任务是海洋环境预报，包括远洋船舶的最佳航线选择，海洋渔群分析，近海与沿岸海洋资源调查，沿岸与近海海洋环境监测和监视，灾害性海况预报和预警，海洋环境保护和执法管理，海洋科学研究，以及海洋浮标、台站、船舶数据传输，海上军事活动等。

当然，作为观测站的卫星远不止以上几种，预警卫星、核爆炸探测卫星、天文预测卫星（如美国的“哈勃”太空望远镜）等均属于这一类。虽然它们的功能各有侧重，但基本观测原理都是相似的。

2.中继站

中继站是一种在轨道上对信息进行放大和转发的卫星。具体分为两类：一类用于传输地面上相隔很远的地点之间的电话、电报、电视和数据；另一类用于传输卫星与地面之间的电视和数据。这种卫星有下列几种。

（1）通信卫星

与平常的地面通信相比，利用卫星进行通信具有下列优点：通信容量大、覆盖面积广、通信距离远、可靠性高、灵活性好、成本低。通信卫星一般采用地球静止轨道，相当于静止在天空上。若有3颗地球静止轨道卫星，彼此相隔120°，就可实现除地球两极部分地区外的全球通信。

通信卫星已用于国际、国内和军事通信业务，同时开展了区域性通信和卫星对卫星的通信。卫星通信技术已赋有很浓的军事色彩，它在战略通信和战术通信中占有绝对的优势。各国已有的国际、国内卫星通信系统都承担着军事通信任务。

通信卫星已进入相当成熟的实际应用阶段，特别是随着地球静止轨道卫星通信技术的发展，它的应用日益广泛。它可用于传输电话、电报、电视、报纸、图文传真、语音广播、时标、数据、视频会议等。

（2）广播卫星

广播卫星是一种主要用于电视广播的通信卫星。这种广播卫星不需要经过任何中转就可向地面转播或发射电视广播节目，供公众团体或个人直接接收，因此又称为直播卫星。普通的家庭电视机配一架直径不大的天线和机顶盒就可以直接接收直播卫星的电视广播节目。

（3）跟踪和数据中继卫星

跟踪和数据中继卫星，是通信卫星技术的一个重大发展。它利用卫星来跟踪与测量另一颗卫星的位置，其基本思想是把地球上的测控站搬到地球同步轨道上，形成星地测控系统网。这样，可大大增加对近地轨道卫星，如气象卫星、侦察卫星、资源卫星、海洋卫星、通信卫星等的跟踪测轨弧段，提高测轨精度，减少地面站的设置数量。换句话说，跟踪和数据中继卫星就是利用地球同步轨道卫星实现地面测控中心对低轨道卫星的跟踪和数据中继。

发展跟踪和数据中继卫星将改变航天活动对地面测控的过分依赖，同时也可以克服在国外无法设置地面站的困难，所以受到了世界各航天大国的普遍重视。我国也在积极地发展这种卫星技术。

除上述各中继站卫星系统外，各国还研制和发射了其他类型的专用通信卫星和无线电业余爱好者卫星，如海事卫星、卫星商业系统、搜索和营救系统等。

3.基准站

这种卫星是轨道上的测量基准点，所以要求对它测轨非常准确。属于这种功能的卫星包括下列几种。

（1）导航卫星

这种卫星发出一对频率非常稳定的无线电波，海上船只、水下的潜艇和陆地上的运动体都可以通过接收卫星发射的电波信号来确定自己的位置。利用导航卫星进行导航是航天史上的一次重大技术突破，卫星可以覆盖全球进行全天候导航，而且导航精度高。

卫星导航定位有三种类型：（a）双频多普勒测速定位系统，如美国的“子午仪”导航卫星系统。该类卫星为两维导航定位系统，只能用于舰船，定位精度为30～50m。“子午仪”卫星研制始于1958年，1964年开始投入使用，起初是为水下核潜艇定位服务的，目前已退出现役。（b）全球定位系统（Global Positioning System，GPS）。GPS采用伪随机码测距，能进行全天候、全天时、实时三维导航定位，定位精度在10m以下，可用于舰船、飞机和陆上活动目标等。该系统需要18～24颗卫星组网。俄罗斯亦有类似美国的两代导航卫星系统；（c）区域性导航定位系统。

（2）测地卫星

卫星测地的原理与卫星导航的原理相似。由于地面上的测量站是固定的，所以测量精度比对舰船导航定位的精度高。卫星测地达到的精度比常规大地测量的精度高几十倍以上。

测地卫星可完成大地测量、地形测定、地图测绘、地球形状测量，以及重力和人造地球卫星地磁场测定。

卫星测地在军事、科学研究和民用方面均受到了重视，许多国家研制和发射了测地卫星系统。利用卫星进行测地，为测绘工作提供了现代化手段，其工作周期短、测量精度高，大大节省了人力、物力和财力。特别是要建立精确的全球性地理坐标系或三维地图，利用卫星测地是唯一可行的测量手段。随着科技水平的不断提高，测地卫星的应用也日益广泛，如人们利用测地卫星测量地壳移动从而监视和预报地震等。

测地卫星有主动和被动之分，可采用三角测量、激光测距、多普勒系统等多种手段达到测地目的。

4.轨道武器

这是一种积极进攻的航天器，具有空间防御和空间攻击的职能。它主要有下列几种。

（1）拦截卫星

卫星作为一种武器在轨道上接近、识别并摧毁敌方空间系统，这种卫星被称为反卫星卫星。反卫星卫星的拦截方式可以有多种：使拦截卫星在空间与目标卫星相遇，然后自爆摧毁目标；从拦截卫星上发射反卫星武器，如激光、粒子和微波等定向高能束射武器；拦截卫星用自身携带的小型火箭助推器加速，与目标卫星碰撞；设法使目标卫星失去工作能力，如利用核辐射击毁目标卫星的电路与结构、向目标卫星相机镜头上喷射物质等。

早在20世纪50年代末期，美国和苏联就开始研究拦截卫星。目前俄罗斯已经掌握了1000km以下拦截卫星的技术，美国也在20世纪90年代成功地进行了在轨反卫星试验。

（2）轨道轰炸系统

轨道轰炸系统是一种空间对地的进攻型武器。其任务是将武器部署在地球轨道上，当它绕地球运行到指定位置时，用反推减速火箭使其减慢速度，降低轨道，按地面指令射向目标。