太空中通信卫星的运行姿态是怎样测定的

当通信卫星在高度为36000公里的同步轨道上正常运行时，其旋转轴应垂直于地球的赤道平面，即卫星的轨道平面。然而，由于地球磁场、重力场和太阳辐射的影响，卫星的自转速度可能会变慢，导致自转轴倾斜或摆动。一旦卫星的姿态出现偏差，通信就无法正常进行，甚至可能被中断。这是因为:(1)面向地球的卫星天线辐射的无线电波指向地球并覆盖一定的区域。如果卫星的姿态发生偏离，无线电波就无法覆盖地球上的指定区域，也就是说，所谓的差异只有几英里远，因此一些地球站无法接收信号；(2)卫星上的太阳能电池帆板必须始终面向太阳。如果卫星的姿态长期偏离太大，太阳能电池将无法正常工作，车载设备的供电将受到影响。因此，有必要始终跟踪卫星在空间的姿态，并及时向控制系统提供准确的信息。

那么，通信卫星的工作姿态是如何测量的呢？让我们先谈谈探照灯搜索空中目标。众所周知，探照灯可以左右倾斜和照明。当探照灯捕捉到目标时，探照灯的镜子面向目标，表明探照灯的姿态处于准确的位置。如果探照灯失去了捕获的目标，那么探照灯的姿态相对于目标是不准确的。一种叫做红外传感的方法被用来测量通信卫星的工作姿态。它将在卫星的轴向安装由热敏电阻辐射计制成的上下红外传感器。两个传感器之间保持一个固定的夹角(通常为7°)，这样上、下传感器分别对准地球的北纬和南纬的同一纬度。两个传感器的感应信号变成电信号后，通过卫星发送到地球上监测站的双线脉冲示波器。

由于卫星在太空运行时总是处于旋转状态，卫星上的两个传感器也沿卫星水平方向扫描360度，它们的扫描轨迹分别沿地球南北纬度相同纬度的左边缘到右边缘，然后从地球右边缘扫入太空，最后返回地球南半球和北半球相同纬度的左边缘。由于空间的噪声温度接近0 K，而地球的噪声温度约为290 K，以红外线的形式辐射，当上下传感器从空间扫描到地球边缘时，温度会突然上升，传感器会产生感应信号，感应信号会被转换成电信号，然后通过卫星发送到地球的监测站，监测站的双线脉冲示波器会显示正脉冲。当传感器从地球边缘扫向太空时，温度突然下降，并以同样的方式将信号传回地球监测站。该站的双线脉冲示波器具有负脉冲显示。从正脉冲到负脉冲的距离表示从地球左边缘扫描到地球右边缘所需的时间。从负脉冲到正脉冲的距离表示从地球的右边缘到地球的左边缘通过空间扫描所需的时间。从一个正脉冲到另一个正脉冲的距离表明卫星已经转了一圈，即扫描了一个周期。在双线脉冲示波器上，上面的线代表上面传感器的输出(即面向北半球)，下面的线代表下面传感器的输出(即面向南半球)。当示波器显示上下扫描线的脉冲间隔完全相等时，它表明卫星的工作姿态是准确的，原因很简单，因为上下传感器分别扫描地球的南北同一个纬度，扫描距离相同，扫描时间相同，从而证明卫星的轴向垂直于地球，其工作姿态是准确的。然而，如果双线脉冲示波器上上下扫描线的脉冲间隔不相等，情况就更复杂了。如果上扫描线的脉冲间隔比下扫描线的脉冲间隔长，则表明上传感器扫描地球北纬的距离比下传感器扫描地球南纬的距离长，扫描时间较长，因为地球是圆的， 高纬度地区的地球周长比低纬度地区的地球周长短，这表明卫星在轴向上是平躺的，也就是说，卫星的姿态是未对准的。 相反，如果上扫描线的脉冲间隔短于下扫描线的脉冲间隔，则表明卫星在轴向向上倾斜，并且卫星的姿态也未对准。不管卫星的姿态是向上倾斜还是向下倾斜，失准的程度都可以通过上下扫描线之间的脉冲间隔差来确定。脉冲间隔的差异越小，卫星的运行姿态就越精确。因此，地面监测站的操作人员可以根据脉冲间隔的不同远程调整卫星的工作姿态。

红外传感法是地球传感器的一种，也有磁传感法和惯性传感法等。地球传感器要求卫星与地球处于相对静止的位置，因此它只适合与静止的卫星通信。对于处于中低轨道、椭圆轨道和发射阶段的卫星，由于卫星与地球并不处于相对静止的位置，因此不能使用这种传感器，但大多数卫星使用基于太阳的太阳传感器。太阳能传感器是基于光电转换原理，例如，太阳能电池板可以用来转换面对太阳时最大电流输出的特性。