通信卫星是人造卫星大家族里成熟最早、应用最广的一类卫星，与人们的日常生活关系也最为密切。丰富多彩的电视节目、瞬息万变的时政消息、扣人心弦的赛事直播、远隔重洋的问询、繁多复杂的数据，以至军事、海事上的信息通讯等都是通信卫星的服务内容，通信卫星带来的不止是通讯上的革命，也是生活上的革命。
卫星通信从梦想到现实
自从19世纪末发明了无线电通信后，人类的通信发生了翻天覆地的变化。起初人们用手按动电键来拍发电报，传递各种各样的信息，后来又有了无线电话，它又变为人们重要的通信手段之一，现在已经可以直接传送各种实时的图片和照片，军事指挥员可在电视屏幕前，直接了解相距很远的战地实况，实现正确指挥。无线电的波段也随着科学技术的进步逐渐扩展，短波、中波、长波等不同波段都在通信中得到应用。特别是微波通信的发展，大大提高了通信容量和质量。但微波是一种直接传播的空间波，在地面上的作用距离虽然可以采用把天线架高和建立陆地中继站等办法解决，但要跨越茫茫的海洋和崎岖的高山，成了难题。
通信卫星英国有一位富有远见卓识的工程师克拉克，他发现在距地球35860千米的地方，存在一条可使卫星相对地球保持静止不动的轨道，这就是现在人们常说的静止轨道。
克拉克已经意识到，这个特殊的轨道是部署全球通信中继站的理想之地。1945年5月25日，克拉克向英国行星际学会呈送了一份报告，详细阐述了他的大胆设想，他提出：如果在这条特殊轨道上等距离地配置3颗卫星，组成全球通信网，就可以为地球上除两极之外的任何地方提供通信服务。这是一个大胆的设想，也是一个划时代的设想。当然，由于当时的科学技术水平不可能把卫星送到远离地球35860千米的地球静止轨道上，所以，这个设想当时还不能实现。大约过了20年，航天技术的发展才使克拉克提出的利用卫星通信的理想开始变为现实。
在20年间，人们孜孜不倦地探索各种通信手段。如1954年7月，美国海军利用月球的反射特性，进行了无线电话的传输试验，并于1956年开通了华盛顿和夏威夷之间的通信业务，但由于月亮远离地球达38万余千米，电波空间损耗太大，没有实用价值。以后虽然美国又继续发射了“回声1号”和“回声2号”等卫星，进行无源通信卫星试验，终因这种卫星的反射信号未被“增音”放大，地面接收到的反射信号太微弱，要求地面站设置大功率发射机和高灵敏度接收机，给实际使用带来困难而停止试验。
1958年12月美国发射“斯科尔”有源试验通信卫星，这颗卫星重73千克，低轨道，用化学电池供电。其通信方式是由地球站将信号发送到卫星上去，卫星上的磁带机把信号记录下来，然后再向地面播放。由于信号经过磁带的记录转放，有时间延时，所以也叫延迟接力通信。
从1962年7月到1964年1月，美国先后发射了移动轨道实时有源通信卫星“电星1号”和“电星2号”以及“中继1号”和“中继2号”。它们不仅用来进行电话、电报和传真等试验，而且第一次用来转播电视，效果良好。但由于卫星可供通信的时间很短，实用价值不大。
随着火箭技术和制导技术的进一步发展，卫星的地球静止轨道定点技术也很快取得突破。1963年2月14日，美国发射了试验型的第一颗同步轨道通信卫星，但由于卫星上设备失灵，无法进行通信。同年7月26日又发射了第二颗静止轨道通信卫星。遗憾的是，卫星送入地球同步轨道后，它的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角不是0度，所以它的星下点在地面上画出了一条呈“8”字形的轨迹。尽管如此，由于这颗卫星大致保持在东经63°的印度洋上空，与同期发射的“中继1号”移动轨道卫星相配合，仍能为南美洲的巴西、非洲的尼日利亚和美国新泽西州的部分地区之间进行通话和电视传输试验。
1964年8月19日，美国终于发射成功第一颗静止轨道的通信卫星“辛康3号”，定点于东经162.5°的赤道上空。美国曾利用这颗卫星为欧洲和北美转播了当时在日本东京举行的奥运会开幕式的实况。肯尼迪遇刺的特大新闻也迅速通过这颗卫星传播到欧洲和日本。在美国对越南的战争中，这颗卫星还承担过军事通信指挥任务。从此，卫星通信的巨大潜力引起了各国有关部门的重视，通信卫星得到了迅速发展。
地球同步轨道通信卫星的特点之一是固定在太空。它位于地球赤道上空，以3.075千米/秒的速度自西向东绕地球作圆周运动，绕地球一周的时间为23小时56分4秒，与地球自转一周的时间恰好相同。因此，从地面上看去，它好像挂在空中静止不动，所以，它又称静止卫星，其轨道也称静止轨道。这种“静止”特点，使地球站的天线不必为跟踪卫星而摇头晃脑了。
地球同步卫星的特点之二是高高在上。它距地面35860千米，地面上能观察到它的区域就大了，因此，电波覆盖的面积也就大了。一颗地球同步卫星覆盖面积为1.7亿平方千米，约为地球表面的1／3。电波覆盖面积大，意味着通信距离远。在覆盖区内，无论是地面还是天空，也无论是海上还是山谷，都能通行无阻地进行通信。如果在地球同步轨道上均匀地安置3颗通信卫星，便可以实现除南北两极之外的全球通信了。
通信卫星按其业务涉及的范围可以分3类：国际通信卫星、区域通信卫星和国内通信卫星。国际通信卫星是主要经营国际电信业务的通信卫星，其中最著名的是国际通信卫星组织所经营的国际通信卫星（INTELSAT），它们代表着世界卫星通信产业发展的典型历程；区域通信卫星是某个地区的多个国家共同使用的通信卫星，如亚洲卫星、亚太卫星等；国内通信卫星是用于覆盖本国领土的通信卫星。由于国内通信卫星建造费用较低，投入运行周期短，是建立国家基础电信网络“快、好、省”的重要手段，因此颇受发展中国家的青睐，截至目前，除发达国家外，已有许多发展中国家建立了自己的国内通信卫星系统。通信卫星按其运行轨道，可分为地球静止轨道通信卫星和非静止轨道通信卫星；按用途可分为电视广播卫星、海事通信卫星、航空通信卫星、跟踪和数据中继卫星、军用通信卫星等。随着卫星技术的不断发展，通信卫星家族也增添了新的成员，包括电视直播卫星、音频广播卫星、移动通信卫星、低轨道移动通信卫星等。
今天，人们借助于高“挂”太空的通信卫星，就能和远隔重洋的亲人通话、通电报，从电视观看世界新闻、体育比赛实况，传输报纸整个版面，传送各种数据资料；医生可以给万里之遥的病人诊断、开方；老师可以给成千上万的人们进行科学技术的讲授；部队首脑可以指挥千里之外的战争……总之，通信卫星给人类的社会活动和日常生活带来了非常大的变化，给千家万户带来了欢乐。
知识点低轨道移动通讯卫星系统
低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。在若干个轨道平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接入系统。
卫星通信系统的组成和各自的功能
通信卫星系统一般由通信卫星、地球站和地面指挥控制中心组成。通信卫星又包含哪些种类呢？
从外观上看，通信卫星的模样是各式各样的。它们有的是球形，有的是圆柱形，有的是方形，还有的是多面菱形。具体到某一颗卫星，选择什么形状好，往往取决于卫星采取哪一种稳定方式。采用自旋稳定的卫星，因为要像陀螺一样旋转，所以大多选择圆柱形或球形。像“辛康3号”“国际通信卫星”1—4号和6号，以及我国的“东方红2号”等，由于采用的都是自旋稳定方式，所以它们都选择了圆柱形。而采用纵向、横向和轴向旋转都加以控制的三轴稳定方式的卫星，则多选择六面体的箱形外观，像“国际通信卫星5号”和我国的“东方红3号”等。
虽然外观千差万别，但通信卫星的“内脏”却大同小异，都包括通信转发器、通信天线、无线电遥控遥测系统、控制系统、电源供给系统、温控系统、跟踪系统、结构系统和远地点发动机等。它们各自又由许多部分组成，如通信转发器由11个部件组成，构成一个完整的接收、放大、变频和发射系统。通过天线接收来自地面发出的微弱信号（称上行），经变换和放大（信号放大倍数约2万倍），然后经通信天线再发回地面（称下行），它的任务形象地说就是一个传话筒。通信天线是微波天线，其作用是接收和发送电波信号，它分宽波束定向天线（波束宽度为17°左右）和窄波束定向天线（波束宽度小于17°，常用4.5°）两种，分别用于全球通信和区域通信。它工作过程中，必须对地面定向，以保证通信业务顺利进行。
然而，卫星在运行中由于受到外界因素的干扰，譬如，地球引力和磁场的变化，太阳辐射粒子的作用，以及日、月引力的影响等，卫星的姿态和位置将会发生变化。控制系统的作用就是实施姿态控制和位置控制，以使卫星既能保持让通信天线指向地面的最佳姿态，又能保持在预定的位置上。无线电遥控遥测系统专门和地面指挥控制中心相联系，它一方面将卫星各部分（电源、温度、姿态等）工作状态，变成电信号报告地面指挥控制中心，另一方面接收地面指挥控制中心发出的指令，调整卫星的工作状态。电源系统由太阳能电池和蓄电池组成，源源不断地向星上电子设备输送足够的电能。温度控制系统则为星上设备和燃料营造一个温度相宜的环境。
卫星通信系统的第二大部分是地球站。它是由天线系统、通信系统、接收系统、发送系统、终端系统和电源系统等组成。地球站既是信息的发送者，又是信息的接受者。通信时，终端系统将电视台或电信局送来的视频信号或音频信号输入发送系统，发送系统把这些信号调制到微波载波上，放大成大功率的信号后，由天线向卫星发射；收信时，天线系统接收到卫星发来的信号，送至接收系统，放大、解调变成视频信号或音频信号后，通过终端系统送往电视台或电信局。通信系统控制地球站各系统，保证各部分正常工作。
为了更好地控制通信卫星的飞行，地面上设有卫星指挥控制中心和分布在世界各地的跟踪站。卫星指挥控制中心和各地跟踪站配合工作，适时地发出指令，控制卫星的飞行，使之保持在最佳的轨道位置上。
1986年5月第13届世界杯足球赛在墨西哥城拉开战幕，通过卫星转播，国内无数球迷从电视屏幕上看到了当天的比赛实况。比赛实况是怎样跨越太平洋，及时地传到电视观众面前的呢？
首先由墨西哥的电视台将比赛实况的录像变成视频信号或音频信号，送往卫星地球站；地球站将其输入到发送系统后，由发送系统将这些信号调制到微波载波上，再放大成大功率的信号，经天线送往位于大西洋上空的通信卫星，并由它转发到印度洋上空的通信卫星上，再经该卫星转发器放大和调频，送到北京的卫星地球站，地面系统接收卫星发来的信号并将其送至接收系统放大、调解，还原成视频信号或音频信号，送到中央电视台，通过发射塔播放出来。于是我们便在电视屏幕前身临其境般地看到了远隔重洋的精彩比赛。
可见，通信卫星进入地球静止轨道后，并不能单独完成通信任务，须有地球站、地面控制系统的默契配合，才能完成人类赋予的中继通信的重任。
知识点卫星转发器
卫星转发器指安装于卫星上，作为无人管理中继站，以实现远距离通信的装置。主要作用是接收来自地球站的微弱信号，变换频率和放大后再发回地面。卫星转发器有处理模拟信号和数字信号两类。模拟信号转发器又称线性转发器，作用是将上行频段连续频率（频宽）的信号经过放大，在另一个频段同样频宽的频带上重新发射。数字信号转发器主要用于数字电视信号的转发。
通信卫星在军事领域的应用
通信卫星在军事上的作用早已引人注目。20世纪60年代后期，美国、英国和北大西洋公约组织分别建成了3个军用卫星通信系统，一直担负着主要干线的战略通信任务。此后，这些系统不断改进和完善，现已成为C3I（指挥、控制、通信和情报的英文缩写）系统中的重要部分。在美国，约有70％的长途军事通信是经卫星传送的。苏联的各级指挥机构中，也广泛使用卫星通信，构成指挥、控制和通信系统。
1975年美国企图控制东南亚地区，牵制苏联，于5月12日派军舰“马亚克斯号”入侵柬埔寨海湾，结果引起世界强烈的反对，这就是轰动一时的“马亚克斯号”事件。事件发生时，位于地球静止轨道上的“国防通信卫星2号”，为美国总统、国防部指挥官与特遣部队指挥员和飞机驾驶员之间提供了通信线路，直接接受五角大楼的指挥，使国防部指挥畅通无阻。
