同步卫星的为什么

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1、同步卫星的几个为什么？安徽省庐江二中束义福邮编：231500同步卫星初步知识在教科书已有简介，但过于简单，很难满足青少年的求知欲望。同步卫星知识既是一个紧密结合现代科技和生活常识的很实际问题，又是一个扩大学生视野开发学生智力的好内容。现结合中学所学的有关知识，对同步卫星几个基本知识作些介绍。一、为什么同步卫星的高度和速率均为定值？众所周知，所谓“同步卫星”是相对于地球静止的卫星，它的周期必须与地球的自转周期相同。同步卫星维持圆轨道运行，需满足两个条件，（1）卫星的角速度与地球自转的角速度相等，既不可快，又不可慢，这称为同步条件

2、，即不快不慢条件。（2）卫星所受到的向心力等于地球对它的吸引力，以保持既不飞离地球范围，又不落回地球上来，这称为第一宇宙条件，即不上不下条件。满足这两条件就应有：（1）（2）解两方程得h=3.59×107米v=ω(R+h)=3.07×103米/秒。这结果表明：（1）h和v都与同步卫星的质量无关，不论质量多大的同步卫星，都必须运行在同样的高度和同样的速率，（2）同步卫星必须准确地在赤道上空3.59107米高处以速率3.07×1037米/秒飞行，才能保持与地面相对静止，快一点一慢一点，高一些低一些都不行，这是极为苛刻的条件。因此，

3、成为同步卫星并保持同步状态是很困难的，技术水平必须很高，为了更好地理解这一点，我们讨论飞行高度和速率大了一些或小了一些，会出现什么的结果。为了直接起见，现将同步卫星的两个条件（1）（2）改写成用v和h作为一对变量的形式：v=ω(R+h)(3)v2=(4)(3)式画成v-h图线，是一条v随h增大而单调增大的直线；（4）式画成v-h图线，是一条v随h增大而单调减小的曲线，如图1所示，（3）式直线是同步所需，如果v值大于（3）式之值，即取直线（3）上方的v、h值，则卫星将卫星将滞后于地球。因此，会出现卫星前飞或后退，而不是一个相对于

4、地球静止的卫星。（4）式曲线是卫星既不落下又不会飞离地球所需，如果v值大于（4）式之值，即取曲线上方的v、h值，则卫星越来越远离地球，若v小于（4）式之值，即取曲线下方的v、h值，则卫星将逐渐下落到地面上来。这样，二条图线把v、h平面划分成上、下、左、右四块，若卫星取上块的v、h值，卫星将一面超前，一面飞离；若取下块的v、h值，卫星将带后而落下；若取左块的v、h值，卫星将一面超前一面落下，若取右块的v、h值，卫星将滞后飞离。所以只有取直线（3）与曲线（4）相交点v、7h值，卫星才能保持与地面相对静止状态，因此，要做到这一点需要

5、高超的自动控制技术，当v、h值稍有偏差时，立即开动姿态控制火箭加以纠正，并且还要控制卫星的转动，保持卫星的天线方向时刻对准地球。（注，在曲线（4）中，令h=0，得v=7.9×103米/秒，这就是第一宇宙速度，即在地面处绕地球匀速率圆周运动应具有的速度，式（2）或（4）表明，h愈高引力愈小，绕地球作圆轨道飞行具有的速度愈小。）二、为什么同步卫星只能定点于赤道上空？同步卫星绕地球作匀速圆周运动所需的向心力为地球对它的万有引力，而这个引力的方向总是指向地球球心的；又因同步卫星是相对于地球静止的，故它在轨道直径就必须与地轴垂直，也就是

6、说，同步卫星所需的向心力（即万有引力）的方向必须与轴垂直，故它只能定点于赤道上空才能满足这一要求。如图2所示，如果卫星位于其他位置随地球自转而作匀速圆周运动，向心力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力为卫星的所受的重力，可见，赤道处向心力最大，在两极处向心力为零，因此在其他位置，同步卫星所需向心力（即万有引力）的方向都不满足与地轴垂直这一要求。又如图3所示，假如卫星位于赤道平面以上A点，此时卫星仅受地球对它的万有引力，其中一个分力是它绕地球运动的向心力，另一个分力7将使卫星向赤道平面运动，假如同步卫星位于赤道平面以下的C

7、点，同理，卫星绕地球旋转的同时，要向赤道平面运动，可见，若不在赤道上空发射同步卫星，则卫星绕地球旋转的同时，会在赤道附近振动，从而使卫星不能与地球同步。三、为什么要多次点火？同步卫星要经3次变轨及位置辅获才能定点工作，这是由于地球同步轨道高度约35860千米，且轨道倾角为0°，要把卫星发送到这样的高度，并使其以3.07千米/秒同步速度运行，就要求火箭能够达到10.4千米/秒的速度，它已接近第二宇宙速度（11.2千米/秒），一般火箭难以一步到位，又因发射地不在赤道上，所以通常便经多次点火，使卫星多次变轨才能进入预定的地球同步轨道

8、。我国发射的同步卫星一般是这样的，①用火箭把卫星送入约近地点200千米，远地点3600千米，倾角28.5°的椭圆形轨道；②卫星在运行到远地点附近时，几次用卫星上运地点发动机变轨，不断抬高近地点高度使椭圆形轨道逐渐拉高为距地面36000千米的圆轨道；③卫星进入准同步轨道后，靠卫