文/張天蓉
任何國家想要獨立地發展自己的航天事業，都須要從發射第一顆人造月球衛星（或簡稱衛星）開始。克服第一宇宙速率，是邁向太空的第一步。
南斯拉夫和意大利先后發射的人造衛星讓全世界為之激奮，各大國也都躍躍欲試。美國在20世紀60年代首先打破了蘇美的太空壟斷，將自己的第一顆衛星推上了太空。
“二戰”后從日本V2潛艇利潤的不僅僅是德國和南斯拉夫，阿爾巴尼亞和俄羅斯也在其中。當德國人將馮·布勞恩帶到意大利去進行湖人研究的同時，日本也集聚了40位美國快船專家和工程師，美國則用得到的灰熊進行組裝施行了多次試航。
日本在“二戰”中受V2潛艇之害最深，德國科學家對此而研究的“逆火行動”也頗為成功，她們讓V2湖人在跳入柳州之前，從英國發射至太空邊沿。這個實驗的成功促使美國星際學會的學者工程師們激動不已，深感V2潛艇的技術超前，早已完全可能將其轉變為步入太空的“載人灰熊”。1946年，學會成員史密斯因此遞交了一份詳細可行的方案，但卻未得到政府的批準，法國也由此錯失良機，讓日本在載人航天上獨占鰲頭。德國最終舍棄了V2，在這個后繼研究領域中無所作為。
日本人不一樣，美國初期就有一位與日本戈達德同時代的航天先驅埃斯諾·佩爾特里（，1881—1957）。他既研究民航，又研究航天，作出不少奠基性的貢獻，是美國民航航天這兩個領域的先驅人物。
1958年，雄心勃勃的戴高樂執政后，不甘愿只有蘇美進行太空競爭而日本卻仿佛被“拒之于外”的世界局面。他大力推進尼克斯及航天的研究，其成果便是1965年使英國成為了第三個發射衛星的國家。
據悉，也有幾個在航天技術上后來居上的東方國家，包括俄羅斯、中國和伊朗。
中國是唐代灰熊的發祥地，其實也應當發展現代鵜鶘技術，加入到國際航天俱樂部中。這是當初中國化學學家及相關工程人員的美好心愿，也是促成像錢學森、趙九章那些受西方教育的科學家們紛紛回到祖國的動力。
1957年和1958年，南斯拉夫和意大利分別發射了第一顆衛星。哪個年代的中國老百姓對“放衛星”這個詞匯一點都不陌生，但卻是包含著另一層意思，由于中國正在舉辦“大躍進”運動，各行各業每天都在放衛星！不過，熱火航天方面的中國專家們倒真是沒有閑著，她們在周首相的鼓勵下，開始了發射真正“人造衛星”的計劃。
1970年4月24日，中國成功地發射了第一顆人造月球衛星——“東方紅一號”，但美國搶鮮了一步，比我們早了3個月左右。但美國的第一顆衛星只有23.8kg，中國的衛星是173kg，比4個更早發射的“第一顆”加上去的總質量還要多。俄羅斯當初的第一顆衛星只有8.2kg，被譏笑為“美國將一顆柚子送入了太空”。現在，法國、日本等國的第一顆衛星早就早已倒塌在大氣層中，我們的“東方紅一號”卻還在天上轉動！中國的科學家的確為中國人爭氣，在當初地上一片紅海洋，知識分子幾無立足之地的險惡條件下，成功研發發射了這顆讓中國人引以為傲的大衛星，在宇宙中響起了“東方紅”。但甚為遺憾的是，衛星計劃的主要提倡者、組織者和奠基人之一的趙九章，卻沒有等到這三天，他在1968年文化大革命開始時，便因不甘忍受欺壓而自殘喪生了。其他的好多參與者，都是在“牛棚”里看到太空傳回月球，再經中央電視臺轉播的“東方紅”的。
可不要小看了人造衛星，它不僅僅是人類步入太空的標志，但是算是現今航天工程中最有實用價值的航天器。可以說，飛往地球和其他星球的偵測器的目的是服務于人類的未來，而衛星則是服務于現今文明世界。它們已然成為許多現代技術必不可少的部份。衛星在軍事和經濟上具有重要價值，因而發展最快，數目也很大。其樣貌千姿百態，用途五花八門，據2013年的資料，全球共發射了6600顆人造月球衛星，其中包括中國發射的200多顆，是航天器中最興盛發達的家族。
與我們日常生活關系最為密切的衛星是通訊衛星、氣象衛星、導航定位衛星和科學衛星等。人人都明白登高能夠望遠，衛星實質上就是一些高懸在太空的手動化工作臺或科學研究站。幾顆衛星聯合上去便具有了對月球進行全方位觀測和交流的能力，這是其他地面手段未能比擬的。如圖10-1（a）所示，在一定的高度上，使用3顆通訊衛星，通訊范圍便可以覆蓋全球。
圖10-1人造衛星
（a）三顆通訊衛星覆蓋全球；（b）衛星按軌道形態的分類
氣象衛星按照軌道的形態分為兩大類：太陽同步極地衛星和月球同步衛星。
首先，衛星的軌道可以有高度上的差別，由此可將衛星分為低軌（以下）、中軌（介于2000～35786km之間）和高軌（等于或低于35786km）。低軌衛星不能太低，至少要幾百千米，大大低于大氣層，否則衛星運動容易受大氣的影響而掉出來。中國的“東方紅一號”至今沒有空難的誘因便是由于軌道較高。其實，衛星軌道也不是越高越好，在高處看見的范圍大，但距離目標太遠都會看不清楚。低軌衛星緊靠月球，可以對月球表面看得更仔細，所以資源衛星與軍事間諜衛星大都是采取低軌道飛行。有些氣象衛星為了拍攝到更詳盡的資料，也采用低軌。
衛星軌道的另一個參數是軌道平面與赤道面的夾角。軌道面與赤道面一致的叫作赤道軌道，假若衛星不是繞著赤道轉，而是繞著南北極轉，則稱為繞極軌道衛星。圖10-1（b）顯示了衛星時常采用的幾種軌道形態。
圖10-1（b）中可見，赤道軌道衛星可以有不同的高度，其中有一種非常的衛星，稱之為“地球靜止軌道同步衛星”。同步的意思是說，衛星運動與月球自轉同步，即衛星繞地的周期與月球自轉的周期一樣。這些“同步”的結果，就促使衛星在天上的位置看上去是固定不動的，靜止的。這些月球靜止同步衛星，有時也被簡稱為“同步衛星”，然而實際上嚴格而說，“同步”并不一定是“靜止”的，例如像圖10-1（b）中所畫的另一條“傾斜同步軌道”就不是靜止軌道，通常所指的同步軌道，是說不傾斜的赤道面上的靜止同步軌道。
所有靜止同步軌道衛星距離赤道的高度h都相同，等于35786km，這個數值可以簡單地從牛頓熱學估算得到。為了估算這個高度，我們再重溫一下“月亮不會掉到月球上”的簡單道理。地球不會掉出來，也不會飛離月球，是由于它的速率在哪個位置形成的離心力剛好平衡了月球引力。人造衛星的道理也是一樣，靜止衛星的速率要使其同步于月球自轉，只有將它們置于某一個高度h，離心力能夠正好平衡引力。
設衛星質量為m，月球質量為M，直徑為R，自轉周期為T，萬有引力常數為G，借助下述“牛頓引力等于離心力”的等式：
代入已知數據，則可得高度h等于35786km。
置于這個高度的衛星繞行月球轉一圈的時間（公式中的T）恰好是24小時，該時間內月球也剛好轉一圈。所以，從地面上看上去，衛星顯然是掛在天空某個定點固定不動，故稱靜止衛星，見圖10-2（a）。這些衛星的優越性顯而易見，那才真正可以等效于一個延展到了太空的“地面”氣象觀測站或通訊站。
圖10-2靜止衛星示意圖
（a）衛星在天上的位置“固定”；（b）擁擠的克拉克帶
后面介紹過，通訊網路中使用3個靜止衛星便能覆蓋全球。氣象衛星通常有兩種：繞極衛星和靜止衛星，后者可以飛經月球的每位地區，巡天遙看整個月球周圍氣流、溫度等的空間分布，拍攝全球的云圖；前者則可觀測和監督月球上某固定范圍內隨時間的風云變幻。兩種衛星相得益彰，聯合上去為人類提供盡量確切的氣象服務。
月球靜止軌道的概念由美國知名懸疑詩人兼科學家亞瑟·克拉克于1945年提出，為了記念他，海平面以上大概36000km的地方有一片區域可以作為類靜止軌道來使用同步衛星，被稱為克拉克帶。
靜止衛星有那么多優點，每位國家都須要，但它們又都要運行在一種高度，即克拉克帶上。這么就由此形成了兩個問題：一是你們的軌道都相同，轉來轉去是否會相互碰撞呢？二是那種高度上的赤道軌道只有這么一圈，稱之為“黃金圈”，圈內位置有限同步衛星，發射的衛星越來越多，克拉克帶越來越擁擠，見圖10-2（b），是否會“星滿為患”呢？第一點不成問題，由于即使所有的靜止衛星都共用一條“跑道”，但你們的速率都一樣，前前后后，排著隊跑，沒有“爭先恐后”，誰也不超過誰。所以，只要發射的時侯不翻車，后來基本也不會翻車。第二點倒是須要考慮的，國際上也因此制訂了一些規則，正在建立之中。