有关地球同步卫星的七个问题

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1、有关地球同步卫星的七个问题有关地球同步卫星的七个问题人造地球卫星是现代航天技术的结晶，它被广泛应用于军事,科研，共农业牛产等很多领域，对人类社会生活的影响也日趋广泛，其中应用最多的是地球同步通讯卫星，简称同步卫星，主要用它作为太重屮的微波屮继站，通过它可以转发和发射磁波信号，目前同步卫星的轨道一般都采用地球静止轨道，即卫星运转的周期与地球自转周期相同，相对丁地球静止不动•有关同步卫星知识的题目在高考中曾多次岀现，并口越来月成为考查的热点，而且现行教材和许多科普资料对此都进行过介绍，但都不是很系统,很多学生对它的认识较为模糊，甚至错谋,因此为了使学生加深

2、理解，走出认识上的误区，教学屮有必要向学牛澄清以下一七个问题：1,为什么同步卫星的轨道与地球赤道同面？2,假设卫星发射载北纬某地的上空的B点，其受理的情况如图1所示，由于该卫星绕地轴做圆周运动所需的向心力只能由万有引力的一个分力F1提供，而万有引力的另〜个分力F2就会使该卫星离开B点向赤道运动，除非另有一个F恰好与F2,平衡（但因F没有施力物体，所以F,是不存在的），所以卫星若发射在赤道平面的上方（或下方）某处，则卫星在绕地轴做圆周运动的同时，也向赤道平面运动，它的运动就不会稳定，从而使卫星不能与地球同步，这种卫星就不是地球同步卫星，所以要使卫星与地球

3、同步运行，必须要求卫星的轨道与地球轨道共而.图1如果将卫星发射到赤道上空的A点，则地球对它的万有引力F全部用来提供卫星绕地轴做圆周运动所需要的向心力，此时若能保证卫星的定轨道半径,则卫星就能够以与地球相同的速度8绕地轴旋转，此时该卫星才能够”停留”在赤道上空的某点，实现与地球的自转同步，卫星就处于一种动态平衡状态屮.1,为什么所有同步卫星的高度文住辉都是一样的？如上所述,发射载赤道上空的同步卫星，它受到的为一个力一一万有引力，提供卫星绕地轴运转所需要的向心力，当卫星的轨道半径r（或离地而的高度h）取某一定值时，卫星绕地轴运转就可以与地球自转同步，两者的

4、周期均为24小吋.设地球质量M,地球半径为Ro・,卫星质量为in,离地面的高度为h,则有:Gm可fRo+h）=m（手）？（Ro+h）得:h=3,/二一R0V4将Ro=6400km,G=6.67X10Hin?m,in=6.0xl0~kg,T=24h=86400s代入上式得:h=3.6xl04km因为所有同步卫星的周期相同，所以他们距离地面的高度相同（均为h=3.6xl04km）,必然定位于赤道上空的他那个一个大园上，赤道上空的这位置被科学家们喻为”黄金圈”，是各国在太空主要争夺的领域之一.1,各国发射的他那个不卫星会和撞吗？由上述的分析可知:既然所有的同

5、步所有的同步卫星都在距地面的高度均为h=3.6x104km的人圆上，那么由G（RMm+hl=m可知他们的苏都也都想听那个，为v=，/_3.1ktrds这些卫星就如同那个在同一跑道上以相同速度跑步的运动员一样不会出现后者追上前者的现象•因此只要发射口寸未撞上，以后也不必担心会相撞.2,同步卫星为什么不采用椭圆轨道？地球同步卫星的特点是它绕地轴运转的角速度与地球紫装的角速度想听那个，是”静止”在赤道上空某处相对于地球不动的卫星，这一特点决定了它的轨道只能是圆.因为如果他的轨道是椭圆，则地球应处于椭圆的一个焦点上，卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和

6、远地点，当卫星向近地点运行时,卫星的轨道半径将减小，地球对它的引力就变大，卫星的角速度也变大;反之，当卫星向远地点运行吋，卫星的轨道半径将变小，地球对它的万有引力就减59教苑荟萃掌olaoyulmatan蠲瞄冒■鹭罄番甫小,卫星的角速度也减小，这将于同步卫星的角速度恒定不变向矛盾，所以同步卫星不能采用椭圆轨道，而只能采用原轨道.1,为什么至少发射三个地球同步卫星口对称分布在同一轨道上，才能实现全球通信？我们已经知道，地球同步卫星与地球的a传周期相同，其数值均为T=24h,因此必须保证同步卫星的轨道半径r（或离地高度h）—定即h=3.6xl04klll,

7、如图2所示，地球同步卫星发射的电磁波沿直线传播，所以一颗地球同步卫星所发出的电磁波能发覆盖赤道上下方的范围是DE,由图可知c.sO=OERo=0.51则0=81.3.所以DE对应的圆心角20=162.6.,覆盖整个赤道至少需要卫星个数为n==2.发射在同幽31,同步卫星是如何发射和回收的？同步卫星的发射,通常都采用变轨发射的方法•如图4所示,先是用运载火箭把卫星送人近地点，卫星的末级火箭开始点火工作，把卫星送人条大的椭圆转移轨道上，椭圆轨道的远地点距地心距离等于同步轨道半径,以后再在地面测控站的控制下，利用遥控指令选择远地点为启动星载发动机点火位置和点

8、火时间，使卫星逐步调整至同步轨道运行.相反,对返回式卫星（或飞船）在回收时，应在远地点和近地点