一、Airborne vehicles:
Unmanned Aircraft Systems (UAS) encompassing tethered UAS (TUA), Lighter than Air UAS
(LTA), Heavier than Air UAS (HTA), all operating in altitudes typically between 8 and 50 km including High Altitude Platforms (HAPs)
无人驾驶飞行器系统 (UAS) 涵盖了多种类型的空中飞行器,它们可以在无需驾驶员的情况下自主飞行。本系统重点讨论在海拔 8 到 50 公里之间高空运行的 UAS,其中包括:
系留无人机系统 (TUA):系留无人机通过系绳连接到地面站,可提供持续的空中平台,用于通信、监视和科学研究等应用。
轻于空气无人机系统 (LTA):LTA 包括飞艇和系留气球,利用浮力升空。它们通常用于通信中继、灾害缓解和科学研究等方面。
重于空气无人机系统 (HTA): HTA 包括传统飞机和直升机以及新型的无人驾驶飞机 (UAV) 或无人驾驶飞行器 (Drone)。它们可以执行各种任务,例如货物运输、空中摄影和农业喷洒。
高空平台 (HAP): HAP 是指运行在海拔 20 公里以上高空的 HTA。它们被认为是未来通信和互联网接入的革命性技术,能够为偏远地区提供宽带服务。
二、Aerial
an airborne vehicle embarking a bent pipe payload or a regenerative payload telecommunication transmitter,typically at an altitude between 8 to 50 km.
一种搭载通信有效载荷的空中飞行器,通常运行在海拔 8 到 50 公里之间的空中,用于远距离信号传输或处理。
弯管有效载荷 (Bent Pipe Payload): 这种情况下,飞行器充当信号中继器,接收地面信号,放大并转发到更远距离。可以想象成一个巨大的空中天线,将信号从一个地方传送到另一个地方。
再生有效载荷电信传输器 (Regenerative Payload Telecommunication Transmitter): 这种情况下,飞行器不仅转发信号,还会对接收到的信号进行处理和再生,清除失真并增强信号质量。可以想象成一个空中信号净化器,让远距离通信更加清晰流畅。
三、Geostationary Earth orbit
Circular orbit at 35,786 kilometres above the Earth’s equator and following the direction of
the Earth’s rotation. An object in such an orbit has an orbital period equal to the Earth’s rotational period and thus appearsmotionless, at a fixed position in the sky, to ground observers.
地球静止轨道:
地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,简称 GEO)是一种特殊的地球轨道,距离地球表面约 35,786 公里,位于地球赤道上方,并且与地球自转方向一致。处于该轨道上的物体,其轨道周期等于地球的自转周期(约 24 小时),因此对于地面观察者来说,它似乎是静止的,始终停留在天空中的同一个位置。
地球静止轨道具有以下几个独特的优势:
固定位置: 由于卫星始终停留在天空中同一个位置,地面天线无需随卫星移动而调整方向,只需要指向固定点即可与卫星通信,简化了通信系统的设置和维护。
广阔覆盖范围: 地球静止轨道卫星可以覆盖地球上很大一部分区域,特别是赤道附近地区,非常适合用于广播、通信和导航等应用。
信号稳定性: 由于卫星的位置固定,信号传输路径不会发生变化,因此信号强度稳定,不易受到地形或建筑物的遮挡,通信质量也更加可靠。
地球静止轨道卫星被广泛应用于各种领域,包括:
通信: 许多通信卫星,例如电视广播卫星、移动通信卫星和互联网卫星,都位于地球静止轨道。
导航: 全球导航卫星系统 (GNSS) 中的一些卫星,例如 GPS 和北斗,也位于地球静止轨道,为地面用户提供定位导航服务。
气象: 气象卫星通常运行在地球静止轨道上,可以连续观测地球云层、风向和温度等变化,为天气预报提供重要数据。
地球静止轨道也有一些缺点,例如:
数量限制: 由于轨道位置有限,地球静止轨道上的卫星数量受到限制,可能会出现卫星饱和的问题。
信号延迟: 由于信号需要传输很长的距离,地球静止轨道卫星与地面之间的通信会存在一定的延迟,这可能会影响某些实时应用。
无法覆盖极区: 地球静止轨道卫星无法有效覆盖地球两极地区,需要其他类型的轨道卫星进行补充。
总而言之,地球静止轨道是一种非常重要的卫星轨道,为通信、导航、气象等领域提供了许多便利。尽管存在一些缺点,但其独特的优势使其在未来仍然会发挥重要作用。
四、Low Earth Orbit
Orbit around the around Earth with an altitude between 500 kilometres (orbital period of about 88minutes), and 2,000 kilometres (orbital period of about 127 minutes).
低地球轨道(Low Earth Orbit,简称 LEO)是一种围绕地球的轨道,高度范围在 500 公里(轨道周期约 88 分钟) 到 2,000 公里(轨道周期约 127 分钟) 之间。处于低地球轨道上的物体将以比地球自转速度更快的速度环绕地球,并在空中不断移动。
低地球轨道有哪些特点?
较低的高度: 与其他类型轨道(如地球静止轨道)相比,低地球轨道更加接近地球表面,这意味着卫星与地面之间的距离更短,信号传输延迟更低。
高速移动: 由于轨道高度较低,低地球轨道卫星的运行速度非常快,可以每小时覆盖地球上大片区域。
较短的寿命: 由于受到地球大气层的阻力,低地球轨道卫星的寿命通常比更高轨道卫星更短,需要定期更换或重新加注燃料。
低地球轨道有哪些应用?
低地球轨道卫星被广泛应用于各种领域,包括:
遥感: 地球观测卫星通常运行在地球轨道上,可以拍摄地球表面的高分辨率图像,用于环境监测、资源勘探和城市规划等。
通信: 一些通信卫星,例如低轨道互联网星座,利用低地球轨道网络提供高速互联网服务,尤其适用于偏远地区或移动用户。
科学研究: 许多科学研究卫星,例如空间站和天文望远镜,都位于低地球轨道上,用于开展空间探索、物理研究和天文观测等。
低地球轨道也有一些缺点,例如:
覆盖范围有限: 与地球静止轨道卫星相比,低地球轨道卫星的覆盖范围相对较小,需要更多的卫星来提供全球覆盖。
轨道拥堵: 由于低地球轨道位置有限,近几年卫星发射数量激增,轨道拥堵问题日益严重,需要制定有效的轨道管理措施。
大气阻力: 地球大气层的存在会对低地球轨道卫星造成阻力,缩短其寿命,增加燃料消耗。
总而言之,低地球轨道是距离地球最近的轨道之一,在遥感、通信、科学研究等领域发挥着重要作用。尽管存在一些挑战,随着技术的发展和轨道管理的完善,低地球轨道将在未来继续为人类探索和科技进步做出贡献。
五、Medium Earth Orbit
region of space around the Earth above low Earth orbit and below geostationary Earth Orbit.
中地球轨道(Medium Earth Orbit,简称 MEO)是围绕地球的轨道,高度范围在 2,000 公里(轨道周期约 127 分钟) 到 35,786 公里(轨道周期约 24 小时) 之间。中地球轨道位于低地球轨道和地球静止轨道之间,介于两者之间。
中地球轨道有哪些特点?
较高的高度: 与低地球轨道相比,中地球轨道更加远离地球表面,这意味着卫星与地面之间的距离更长,信号传输延迟更高。
较低的轨道速度: 由于轨道高度较高,中地球轨道卫星的运行速度相对较低,可以每小时覆盖较小的区域。
较长的寿命: 由于受到地球大气层的阻力较小,中地球轨道卫星的寿命通常比低地球轨道卫星更长,可以持续运行数年甚至数十年。
中地球轨道有哪些应用?
中地球轨道卫星被广泛应用于各种领域,包括:
导航: 全球导航卫星系统 (GNSS) 中的许多卫星,例如 GPS、伽利略和北斗,都位于中地球轨道,为地面用户提供定位导航服务。
通信: 一些通信卫星,例如军用通信卫星和广播卫星,都位于中地球轨道。
科学研究: 一些科学研究卫星,例如天文望远镜和地球观测卫星,也位于中地球轨道。
中地球轨道也有一些缺点,例如:
覆盖范围有限: 与低地球轨道卫星相比,中地球轨道卫星的覆盖范围相对较小,需要更多的卫星来提供全球覆盖。
轨道拥堵: 由于中地球轨道位置有限,近几年卫星发射数量激增,轨道拥堵问题日益严重,需要制定有效的轨道管理措施。
总而言之,中地球轨道是距离地球较远的轨道之一,在导航、通信、科学研究等领域发挥着重要作用。尽管存在一些挑战,随着技术的发展和轨道管理的完善,中地球轨道将在未来继续为人类探索和科技进步做出贡献。
六、Non Geostationary Satellites
Satellites (LEO and MEO) orbiting around the Earth with a period that varies approximately between 1.5 hour and 10 hours. It is necessary to have a constellation of several Non Geostationary satellites associated with handover mechanisms to ensure a service continuity.
非静止轨道卫星(Non-Geostationary Satellites)指的是运行在除地球静止轨道(GEO)以外的其他低地球轨道(LEO)和中地球轨道(MEO)上的卫星。与静止在天空某一固定位置的 GEO 卫星不同,非静止轨道卫星会不断移动,其轨道周期大约在 1.5 小时到 10 小时之间。
非静止轨道卫星的特点:
移动性: 不停环绕地球,不会停留在天空同一个位置。
覆盖范围有限: 单颗卫星覆盖范围相对较小,需要多个卫星组成星座(Constellation)协同工作,通过切换机制(Handover)保证服务连续性。
信号延迟更低: 与 GEO 卫星相比,非静止轨道卫星距离地球更近,信号传输延迟更低,可以实现更快的通信和数据传输。
轨道寿命:LEO 卫星受到大气层阻力更大,寿命更短,需要定期更换;MEO 卫星寿命可达数年甚至数十年。
非静止轨道卫星的应用:
通信: 低轨道互联网星座(Starlink 等)利用 LEO 卫星网络提供高速互联网服务。
导航:GPS、北斗等全球导航卫星系统 (GNSS) 中的大部分卫星都位于 MEO。
遥感: 地球观测卫星通常运行在 LEO 或 MEO 上,可以拍摄地球表面的高分辨率图像。
科学研究: 空间站、天文望远镜等科研卫星也广泛分布于 LEO 和 MEO。
非静止轨道卫星的挑战:
星座建设: 需要发射和维护大量卫星,成本高昂且技术复杂。
轨道拥堵: 近年来卫星发射数量激增,轨道拥堵成为亟待解决的问题。
服务连续性: 卫星间切换机制需要优化,避免信号中断。
总而言之,非静止轨道卫星作为一种灵活高效的通信和导航工具,在太空科技领域扮演着越来越重要的角色。随着技术进步和轨道管理的完善,非静止轨道卫星将在未来为人类带来更多创新和便利。