天线：卫星天线系统用于接收和传输与地球的信号。命令和数据处理：指挥和控制系统是卫星的运行核心，监视卫星的各个方面，并接收来自地球的运行命令。

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制导和稳定：传感器监控卫星的位置，以确保它保持在正确的轨道上并朝向正确的目标。如有必要，推进器和其他机动允许卫星微调其位置和方向。

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住房：由坚固的材料制成，可以承受恶劣的太空环境。权力：大多数卫星依靠太阳能电池阵列将太阳光转化为能量。热控制：保护卫星设备免受极端温度变化的影响。

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转发器：上行链路和下行链路信号以不同的频率到达和离开。转发器将上行链路频率转换为下行链路频率，然后放大转换后的传输以发送到地球。

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卫星只有几个基本部件：卫星外壳、电源系统、天线系统、指挥和控制系统、电台保持系统和转发器。（3）

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卫星外壳卫星外壳的配置由用于稳定卫星在其轨道槽中的姿态的系统决定。三轴稳定卫星使用内部陀螺仪，以每分钟 4,000 至 6,000 转 （RPM） 的速度旋转。外壳为矩形，具有如下图 5 所示的外部特征。

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图 5：卫星解剖结构

另一种稳定系统是自旋稳定。如下图6所示，INTELSAT自旋稳定卫星的外壳是圆柱形的，以60至70 RPM的速度绕其轴旋转，以提供陀螺仪效果。为了保持天线指向固定方向，它通过旋转轴承连接到卫星主体。在自旋稳定卫星中，太阳能电池安装在卫星的圆柱面上。

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图 6：自旋稳定的 INTELSAT 6

用于建造卫星外壳的材料通常非常昂贵。在较新的卫星中，通常使用轻质且极其耐用的环氧石墨复合材料。

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电力系统卫星必须有一个连续的电力来源 - 一年365天，每天24小时。两种最常见的电源是高性能电池和太阳能电池。太阳能电池是卫星的绝佳电源。它们重量轻，有弹性，多年来一直在稳步提高将太阳能转化为电能的效率。目前最好的砷化镓电池具有15-20%的太阳能到电能的转换效率。然而，使用太阳能存在一个大问题。每年两次，地球同步轨道上的卫星将进入一系列日食，其中太阳被地球屏蔽。如果太阳能是卫星的唯一动力来源，那么卫星在这些时期将无法运行。为了解决这个问题，电池被用作补充的车载能源。最初，镍镉电池被使用，但最近镍氢电池已被证明可以提供更高的功率、更大的耐用性，以及在卫星任务的整个生命周期内多次充电和放电的重要能力。

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天线系统卫星的天线有两个基本任务。一种是接收和传输电信信号，为其用户提供服务。二是提供跟踪、遥测和指挥（TT&C）功能，以维持卫星在轨运行。在这两个功能中，TT&C 必须被认为是最重要的。如果电信服务中断，用户可能会遇到服务延迟，直到问题得到解决。然而，如果测控功能被中断，卫星就很有可能永久丢失——失控而无法指挥它。

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指挥和控制系统该控制系统包括跟踪，遥测和控制（TT&C）系统，用于监控卫星的所有重要操作参数，用于将此信息中继到地球站的遥测电路，用于接收和解释发送到卫星的命令的系统，以及用于控制卫星操作的指挥系统。

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虽然在轨卫星上的力是平衡的，但如果不加以补偿，有一些轻微的扰动力会导致卫星漂移出其轨道槽。例如，太阳和月亮的引力效应对卫星施加了足够大的力来扰乱其轨道。同样，南美洲的陆地倾向于将卫星向南拉动。

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电台保持是将卫星保持在其指定的轨道位置并处于正确的方向。空间站保持的物理机制是从卫星外壳的推进器喷嘴中受控地喷射肼气。当卫星首次部署时，它可能在推进剂罐中储存了数百磅的压缩肼。通常，卫星的使用寿命在肼供应耗尽时结束 - 通常在十年左右之后。

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应答器 应答器是卫星的电子元件，它改变上行链路信号的频率并将其放大，以便在下行链路中重新传输到地球。应答器的典型输出功率为 5 至 10 瓦。通信卫星通常有 12 到 24 个机载转发器。

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卫星通信基础知识卫星通信系统的基本要素如下图1所示。该过程从地球站开始，地球站是一种旨在发送和接收来自地球轨道卫星的信号的装置。地球站以高功率、高频（GHz范围）信号的形式向卫星发送信息，卫星接收信号并将其重新传输回地球，由卫星覆盖区域内的其他地球站接收。从卫星接收到有用强度信号的区域称为卫星的足迹。从地球站到卫星的传输系统称为上行链路，从卫星到地球站的系统称为下行链路。

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图 1：卫星通信基础知识

卫星频段三个最常用的卫星频段是 C 波段、Ku 波段和 Ka 波段。C波段和Ku波段是当今卫星最常用的两个频谱。为了帮助理解天线直径和发射频率之间的关系，需要注意的是，频率和波长之间存在反比关系——当频率增加时，波长减小。随着波长的增加，需要更大的天线（卫星天线）来收集信号。

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C 波段卫星传输占用 4 至 8 GHz 频率范围。这些相对较低的频率转化为比 Ku 波段或 Ka 波段更大的波长。C波段的这些较长意味着需要更大的卫星天线来收集最小的信号强度，因此平均C波段天线的最小尺寸约为2-3米直径，如图2所示。

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图 2：C 波段卫星天线

Ku波段卫星传输占用11至17 GHz频率范围。这些相对较高的频率传输对应于较短的波长，因此可以使用较小的天线来接收最小的信号强度。Ku 波段天线的直径可以小至 18 英寸，这在 RCA DSS 和索尼 DSS 系统中很常见。下图 3 显示了索尼 DSS 系统的 Ku 波段天线。

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图 3：Ku 波段卫星天线

Ka波段卫星传输占用20至30 GHz的频率范围。这些非常高的频率传输意味着非常小的波长和非常小直径的接收天线。

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地球同步轨道 （GEO） 卫星今天，环绕地球轨道的绝大多数卫星都位于地球赤道上方 22,238 英里处，位于一种特殊类型的地球同步轨道 （GSO） 中，称为地球静止轨道 （GEO），有时也称为克拉克轨道。这是为了纪念亚瑟·克拉克（Arthur C. Clarke），他于1945年首次提出地球同步轨道上的卫星可用于通信目的。如图 4 所示，在 22,238 英里的精确距离处，卫星可以维持绕地球自转周期正好等于 24 小时的轨道。由于卫星以与地球相同的自转速度旋转，因此它们从地球表面看起来是静止的。这就是为什么大多数地球站天线（卫星天线）一旦正确瞄准天空中的目标卫星就不需要移动。克拉克轨道的数学推导是一个简单的微积分问题。（1）

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图4：克拉克轨道

中地球轨道（MEO）卫星在过去几年中，空间通信的技术创新催生了新的轨道和全新的系统设计。已经提出了中地球轨道 （MEO） 卫星网络，其轨道距离约为 8000 英里。从MEO卫星发射的信号传播距离更短，这意味着接收端的信号强度得到提高。这意味着可以使用更小、更轻的接收终端。此外，由于信号往返卫星的距离较短，因此传输延迟较少。传输延迟是信号向上传输到卫星并返回接收站所需的时间。对于实时通信，传输延迟越短越好。例如，GEO 卫星往返需要 25 秒。MEO 卫星需要不到 0.1 秒的时间即可完成这项工作。MEO 在 2 GHz 及以上的频率范围内工作。

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低地球轨道 （LEO） 卫星拟议的 LEO 卫星分为三类：小型 LEO、大型 LEO 和巨型 LEO。LEO的轨道距离地球只有500到1000英里。这种相对较短的距离将传输延迟减少到仅 0.05 秒，并进一步减少了对敏感和笨重接收设备的需求。小型 LEO 将在 800 MHz （.8 GHz） 范围内运行，大型 LEO 将在 2 GHz 或以上范围内运行，大型 LEO 将在 20-30 GHz 范围内运行。与Mega-LEO相关的更高频率转化为更多的信息承载能力和实时、低延迟视频传输的能力。Microsoft Corporation和McCaw Cellular（现称为AT&T Wireless Services）已合作部署了840颗卫星，以形成Teledesic，这是一个拟议的Mega-LEO卫星网络。

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高空长航时（HALE）平台实验性HALE平台本质上是高效和轻便的飞机，携带通信设备，将充当非常低的地球轨道地球同步卫星。这些飞船将由高效涡轮发动机或电池和太阳能的组合提供动力。在仅70,000英尺的高度，HALE平台将提供小于0.001秒的传输延迟，并为非常轻巧的手持接收设备提供更好的信号强度。

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（二）

轨道槽有200多颗卫星在地球同步轨道上，我们如何防止它们相互碰撞或试图在太空中使用相同的位置？为了解决这个问题，国际电信联盟（ITU）等国际监管机构和联邦通信委员会（FCC）等国家政府组织指定了地球同步轨道上通信卫星的位置。这些位置以经度为单位指定，称为轨道槽。为了应对对轨道槽的巨大需求，FCC和国际电联已逐步将C波段和Ku波段卫星所需的间距降低到仅2度。

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