在未來，衛星會變得非常小，用手機就可以操控，甚至每個人都可能擁有自己的個人衛星。仰望星空，我們看到的是滿天繁星，其實，天空飄浮着的還有大量人造衛星。無論是東方紅一號，還是北斗導航衛星，都在地球上空的軌道上平穩飛行。
天上的衛星有多少顆？它們怎樣改變我們的生活？在未來，人造衛星會是什麼樣？我們會擁有自己的個人衛星么？
在4月27日的科普中國-未來耀科學“空間探索”特別直播中，國家空間科學中心的研究員劉勇和博士后曾宸，同我們一起飛向太空，探索太空中數量最多的航天器——人造衛星。
航空和航天，區別在哪裡？
人類要離開地面，飛向天空和太空，就要依靠航空航天技術。航空和航天，雖然經常一起出現，其實有非常明確的區別。
劉勇介紹，航空是在大氣層中，藉助空氣浮力實現飛行；航天則是要離開大氣層，既可以在地球引力下繞着地球飛行，也可以離開地球，去更遠的地方探索。
但另一方面，航空和航天又密切相關。比如，第一個進入太空的宇航員加加林，和第一個登上月球的阿姆斯特朗都是飛行員出身；著名航天學家馮·卡門最初則是研究空氣動力學的。而且，外太空與地球大氣層的分界線——卡門線，就是以他的名字命名。按照這個定義，海拔100公里以下屬於航空，100公里以上大氣浮力可以忽略不計，屬於航天。
由於飛行高度、飛行原理的差異，適用於航空和航天的飛行器也非常不同。曾宸介紹，常見的航空器有飛機、直升機、浮空氣球等。而在航空和航天的中間區域，也就是海拔20~100公里範圍，實際上有一層叫作臨界空間的區域。由於30公里以上不受領空限制，如今有很多研究利用浮空氣球探索臨界空間的環境變化。
提到航天器，我們自然會想到火箭、航天飛機、飛船、衛星等。其中數量最多、與我們生活關係最密切的，就是衛星。如今，地球周邊密布着數千顆人造地球衛星。
天上的衛星都在幹嘛？
太空中漂浮着這麼多人造衛星，它們都有什麼功能呢？
劉勇介紹，人造衛星依據不同的目標，通常被分為三類。第一類以純探測為目的，探索一些未知的太空區域，比如最早的探索者一號、斯普特尼克一號等，還有比如火星探測器，往往有明確的目標，要去尋找水、生命物質等。
第二類以應用為目的，比如北斗導航衛星、風雲氣象衛星等，還有馬斯克推出的星鏈計劃，提供覆蓋全球的高速互聯網接入服務，有明確的應用價值。
第三類是科學衛星，比如研究空間環境的衛星。我們的太陽除了發光發熱，還會持續發射太陽風，也就是高速的帶電粒子流，這些粒子吹到地球上空，會幹擾地球磁場，影響航天系統、無線電通訊等，因此，觀測空間天氣如今變得越來越重要。
這三類衛星在功能上有時會相互交疊，比如北斗衛星上可以裝一個科學探測器，檢測地球的范艾倫輻射帶中粒子的變化；研究太陽的衛星也可以探測太陽風，提供空間天氣預報服務。科學衛星可以有應用目的，應用衛星也可以提供科學價值。
曾宸介紹，一顆衛星上天後，命運有時很不確定，會根據衛星運行狀態、甚至因為機緣巧合而變化。比如嫦娥二號發射后，有個小行星可能對地球產生威脅，我們就派它去看看小行星。
衛星軌道如何管理？
天上的衛星軌道實際上是一種有限且不可再生的資源，它處於宇宙空間，歸全人類共有，卻基本上按照“先到先得”的原則分配，競爭十分激烈。那麼，衛星軌道是如何管理的呢？
劉勇介紹，在衛星上天前，首先會根據目標設計軌道。比如，地球同步軌道通訊衛星位於地球赤道面上方三萬多公里的高度，繞地球轉動的速度和地球自轉速度一樣快，相當於在天空靜止不動，地面上的天線不需要轉動就能始終對準衛星。
此外還有低軌衛星、中軌衛星、極軌衛星等。極軌衛星每次環繞地球運動時，都會從兩極上空經過，可用於測繪、遙感和氣象觀測等。
在衛星上天後，要做的就是後期管理，尤其是要避免與太空垃圾相撞。
衛星的歸宿在哪裡？
太空垃圾可能威脅到衛星，而這些太空垃圾，很多恰恰是報廢或因故障而失控的人造衛星。它們高速飛行，一旦與運作中的人造衛星、載人飛船相撞，將產生巨大的破壞力。那麼，當衛星完成使命后，我們該如何處理？人造衛星的最後歸宿在哪裡？
劉勇介紹，一些距離地球很遠的飛行器，例如旅行者一號，已經飛行40多年，到達柯伊伯帶，距離地球十分遙遠，就任由它飛去哪兒，反正不回地球了。
對於地球同步軌道上的衛星，有時要求衛星必須攜帶足夠的燃料，支撐它到達一個叫做“太空墳場”的指定軌道，以免對正常軌道上的衛星構成威脅。
而對於距離地球更近，通常近地點在500公里以下的衛星，可以通過人為控制，使之在引力作用下不斷掉落，最終在進入大氣層時焚毀。
隨着如今航天器回收技術不斷發展，我們不僅要關注衛星的發射，也應該在後續控制上對衛星負責，減少太空垃圾的產生。
人造衛星的未來
從通訊、導航，到氣象預報，我們如今生活在一個高度依賴衛星的時代。在未來，人造衛星又會如何發展呢？
曾宸介紹，衛星其實跟手機很像，研發中一個重要因素是集成電路。所以衛星的發展也會像手機一樣，變得越來越小、越來越輕。例如，美國斯坦福大學提出“立方星”的概念，這種小衛星體積為10厘米×10厘米×10厘米，重量大約1千克。印度之前用一枚火箭發射了104顆衛星，創造世界紀錄，其中大多數是立方星這樣非常小的衛星。
其次，未來的衛星還會變得更加可控，用我們的手機或許就能操控小衛星，而不像現在，需要到測控站進行複雜的操控。其實這個想法已經實現，英國一家公司在2013年發射了全球第一顆智能手機衛星，通過手機就可以直接操控衛星姿態。
此外，現在信息傳輸非常方便，今後小衛星將不是孤立的個體，而是可以大量集成化，組成衛星互聯網。在未來，我們普通人甚至有機會進入空間站，通過機械臂釋放一顆自己的小衛星，進行科學實驗。
重量大約1千克的立方星。在未來，我們可能擁有自己的個人衛星
結語
曾經，渺小的人類只能站在地球上，仰望星空，如今，天上的人造衛星已經與我們的生活息息相關。在未來，人造衛星還將孕育更多可能性，我們甚至可能擁有自己的小衛星，真是值得期待。