衛星的疑難雜症

中華衛星一號的最高機密

中華衛星一號於美國佛羅里達州卡那維爾角發射升空後，軌道面將進入與赤道傾斜35度，距離地球表面600公里的低軌道飛行。速度每秒7.56公里，繞行地球一週須時96.7分鐘，每日可繞地球15圈。台灣地面站每日約有六次可與衛星聯絡，每次聯絡時間平均約7至9 分鐘。軌道傾角為35度，可通過涵蓋地球南北緯35度之間的範圍，約佔57％的地表面積。軌道特性之一是每天像西進動約6度，適合電離層季節性變化之量測。

衛星飛行軌道依高度可分為低軌道及同步軌道兩種。低軌道衛星高度在1000公里以下，繞行地球一週約為100分鐘。同步軌道衛星高度約為35860公里，繞行地球一週約與地球自轉時間相同。太空梭飛行高度約為400公里左右。

進動是指衛星從地球赤道出發，繞地一週回到赤道時，卻不經過原點的現象。由於地球不是一個理想球形，衛星受到地球扁圓效應影響，因此軌道面會發生進動。

到底誰是人造衛星的兇手？（10/24/2000更正解答）

人造衛星的壽命，主要取決於所攜帶燃料的多寡。中華衛星一號任務壽命為兩年，設計壽命為四年。發射後，中華衛星一號將靠地球的重力所提供的向心力，繞著地球運轉。但因中華衛星一號所飛的高度並不算太高，當地大氣對衛星的摩擦力，將使中華衛星一號逐漸減速。這時科學家就要藉著中華衛星一號上，所攜帶的燃料，隨時為中華衛星一號加油打氣，以便維持在正確的軌道上運轉。只是燃料總有用完的時候，這時我們也只能眼睜睜地看著中華衛星一號，墜入地球大氣，摩擦燃燒而化為灰燼。（這恐怕只能怪目前太空中，還沒有設立加油站吧！）所以大部分的人造衛星並不是它殺而是壽終正寢。不過太空中意外無窮多，比方說，衛星的太陽能源板，可能被流星雨打壞！又有些時候，那些飛得比較高的人造衛星，例如：同步衛星，它們所在的高度，大氣比較稀薄，所以大氣摩擦力比較小，因此本來它們的壽命比較長。但是在地球磁暴（磁場風暴）發生時（也就是當燦爛極光發生時），在這個高度的地球磁場方向，會發生劇烈的變化。由於這些衛星本來是靠著地球磁場來分辦方位，當地球磁暴發生時，這些衛星就很容易的迷失了方向，太陽能源板也就很可能對錯了方向，不再充電！等到磁暴過去了，地面控制站再來拯救它可能已經來不及了。就算運氣好，備用電源沒用完，還能接受地面控制站的指令，利用所攜帶的燃料來矯正姿態與軌道，但因為衛星攜帶的燃料有限，又沒有太空加油站，連著遇上幾個磁暴，這顆衛星大概也就面臨無米之炊，再也無法回正姿勢，服務人類了。由於當地大氣稀薄，這些衛星不會馬上掉入大氣，只是靠著地心引力所提供的向心力，不斷地繞著地球運轉，於是地球附近的太空環境中，就又增加了一塊“太空垃圾”。信不信由你，截至目前為止，咱們頭頂上的太空垃圾，可比活著的人造衛星還要多呢！這裡也就是太空計畫室的衛星常識中本題的解答：“……也有衛星的設計是用殘存燃料將衛星推入極高的軌道（太空墓場）中。 ” 不過各位難道不覺得用“太空垃圾場”來形容這裡，可能比“太空墓場”，更貼切些嗎？ （——呂凌霄10/24/2000解答）

人造衛星會不會像蘋果一樣砸到我們的頭上？（10/24/2000更正解答）

人造衛星如果繞著地球做圓周運動，它就具有一個“向心加速度”。此“向心加速度”的大小，與衛星運行的速度大小平方成正比，與衛星到地心的距離成反比。而“向心加速度”乘以衛星的質量，就是衛星所受到的向心力。地球對衛星的地心引力，就是用來拉著衛星，使它繞著地球轉的向心力。 要了解人造衛星如何繞著地球轉，請想像從高樓頂上，水平丟一個球。球速越快，球就飛得越遠。當球速度大到能使球的軌道，與地球球面一樣的彎曲時，球就會一直向前飛，繞過整個地球，轉回原處，也就是，球會繞著地球轉！由於地球的地心引力與距離地心的距離平方成反比，也就是高度越高，地心引力越弱，因此衛星飛得越高，繞著地球運轉所需飛行速度就越小。蘋果因為水平速度為零，所以受到地心引力作用後，就直直落下砸到我們的頭上。而水平速度夠大的人造衛星，則一路從軌道的一端，掉到軌道的另一端，再掉回來。所以衛星掉落的距離可比蘋果還遠呢！只因為地球是“圓的”，所以只要衛星不減速，衛星就不會掉到“地面上”來！再舉最後一例，如果地球不自轉，那麼通過地心挖一個隧道，一個直直落下的衛星與一個繞著地球轉的衛星，會在同一時間掉到軌道的另一端，然後再掉回原處！你相信嗎？ 以下的舊解答，是我們的助理根據太空計畫室網頁中的解答所撰寫的，你能指出它的迷思概念問題在哪裡嗎？ 人造衛星繞地球做圓周運動時會產生離心力，此離心力大小與地心引力方向相反，且與衛星速度平方成正比。當衛星速度大到能使離心力與地心引力達平衡時，則衛星可繞地球運轉而不墜落。蘋果卻只受地心引力作用，所以蘋果會砸到我們的頭，而速度夠大的人造衛星則不會。 （提示：離心力是觀測者在做圓周運動時所產生的一種假想力，與被觀測的衛星速度無關！但是與被觀測的衛星位置有關。太難了是不是？等各位同學長大了，修習大學的力學時，就會學到什麼是離心力了！到時可要好好上課，不要蹺課喔！很抱歉，直到今天整理網頁時才發現，我們的助理由太空計畫室網頁上所抓過來的解答有問題！趕在計畫結束前更正，還請各位高中老師同學多多包涵！不過話又說回來了，這是不是一個很好的迷思故事呢？！——呂凌霄10/24/2000）

揪出中華衛星一號的幕後黑手

地面上的遙傳追蹤指令站是掌控衛星一切活動的中樞，其執行工作包括資料傳輸、追蹤衛星及對衛星指令之傳送。太空計畫室在台灣南北各有一個地面站可以操控中華衛星，分別位於桃園縣中壢市中央大學中大湖旁的科四館頂樓及台南縣歸仁鄉成功大學航太所的實驗場處。這兩個地面站可經由T1網路（台灣第一學術網路）與新竹控制中心聯繫，全然掌握衛星活動情況。

形形色色的人造衛星

人造衛星依其任務特性而有不同的形狀和大小。三角柱、立方體、六角柱、八角柱及圓柱體等是人造衛星最常見的主結構體。由於太空中幾乎無空氣阻力，所以人造衛星不須像飛機一樣做流線型設計。中華衛星一號的本體採用六角柱體，而不用內部空間最大的圓柱體，是為配合酬載及儀器的放置空間最佳化。