地球同步轨道
编辑地球同步轨道(英文名:geostationary orbit; GEO)是卫星的轨道平面与地球赤道平面重合,卫星运行周期与地球在惯性空间的自转周期相同(23:56分4秒),运行方向与地球自转方向一致的圆形轨道。又称地球赤道同步轨道。
地球静止轨道的轨道高度为35786公里,运行在静止轨道上的航天器的角速度与地球的自转速度相同。因此,在地面观测者的眼中,这样的航天器是静止在地球上方的。地球静止轨道的主要优点是能够在地面站和卫星之间建立永久通信联系,或连续观测同一地区。大多数通信卫星、广播电视卫星、气象卫星和辅助定位卫星在地球静止轨道上运行。利用卫星相对于地球的静止特性,地面站天线只要与卫星的固定位置对齐,就可以进行通信;气象卫星还可以24小时监测特定地区的天气变化;中国北斗卫星导航系统的空间星座还包括5颗地球静止轨道卫星,分别位于东经58.75°、80°、110.5°、140°和160°。这些地球静止轨道卫星增加了亚太地区用于用户定位的可见卫星数量,是北斗卫星导航系统的重要组成部分。
地球同步轨道基本资料
编辑地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit)
卫星的轨道周期等于地球在惯性空间的自转周期(23小时56分4秒),方向也与之一致。这颗卫星每天在同一时间有相同的轨道。当轨道与赤道平面重合时,称为地球静止轨道,这意味着卫星相对于地面的位置保持不变。
倾角为零的圆形地球静止轨道被称为地球静止轨道,因为在这种轨道上运行的卫星将始终位于赤道上的某一点以上,并且相对于地球表面保持静止。这类轨道卫星的地面高度约为36000公里。它的覆盖范围非常广,使用三颗这样的卫星均匀分布在地球赤道上,除了南极和北极的一小部分地区外,就可以实现全球通信。
要实现地球静止轨道,必须满足以下条件:
1、卫星运行方向与地球自转方向一致;
2、轨道倾角为0°;
3、轨道的偏心率为0,表示轨道为圆形;
4、轨道周期等于地球自转周期,静止卫星的高度为35786千米。
将一颗同步卫星发射到同步轨道是相当困难和复杂的。由于火箭运载能力的限制和发射场一般不在赤道上,大多数运载火箭不能直接将卫星送入同步轨道,必须分三级才能进入轨道。
第一步是用运载火箭将卫星送入距离地面200-300公里的停车轨道;
第二步是以系泊轨道的环绕速度将卫星加速到转移轨道与同步轨道相切的点,即转移轨道的远地点;
第三步,在远地点点燃发动机,将卫星送入地球静止轨道,利用卫星上的小发动机调整卫星姿态,使卫星完全进入同步轨道。
地球同步轨道运行情况
编辑地球同步卫星又称地球静止卫星,是在地球静止轨道上运行的人造卫星。所谓同步轨道卫星,是指距地球高度35786千米,运行方向与地球自转方向一致,在地球赤道平面上运行的圆形轨道,运行周期等于地球自转一个周期(恒星日、非太阳日),即23小时56分4秒的卫星。这颗卫星的轨道速度约为每秒3.07公里,相当于地球自转的角速度。通过在地球静止轨道上部署三颗通信卫星,可以实现除两极以外的全球通信。
卫星分类
地球同步卫星分为地球静止卫星、倾斜轨道同步卫星和极轨同步卫星。当同步轨道卫星的轨道平面倾角为0度时,即卫星在地球赤道上空运行时,由于其运行方向与地球自转方向相同,运行周期与地球同步,人们从地球上仰望卫星,仿佛它悬浮在太空中,静止不动。因此,倾角为零的同步轨道称为地球静止轨道,在地球静止轨道上运行的卫星称为地球静止卫星。
地球静止卫星
地球同步卫星天线辐射的无线电波对地球有一个稳定的覆盖范围,在这个覆盖范围内,任何地球站之间都可以实现24小时不间断的通信。因此,同步地球静止卫星主要用于陆地固定通信,如电话通信、电视节目广播等,但也用于海上移动通信。然而,它没有地面蜂窝移动通信那么多的基站。只有卫星是大型基站,而移动业务交换中心仍设在岸上(称为岸站)。海上移动终端之间(即船舶之间)的通信需要经过卫星的两次跳变后才能实现。例如,A船需要联系B船,A船向卫星发送信号,通过卫星的一次跳跃到达岸站的移动业务交换中心。然后,岸站将信号发送给卫星,通过卫星的一次跳跃到达B船。从地球的角度来看,倾斜轨道和极轨同步卫星是移动的,但它们每天都可以经过特定的区域。因此,它们通常用于科学研究,气象或军事情报收集,以及极地和高纬度地区的通信。
同步卫星
地球同步卫星通常用于通信、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等领域,实现同一区域内的连续运行。在遥感应用中,除气象卫星外,一个突出的应用是通过地球静止轨道上的四个跟踪和数据中继卫星系统,高速传输中低轨道对地观测卫星或航天飞机获得的地球资源和环境遥感数据。1964年8月19日,美国发射了世界上第一颗地球同步卫星Syncom 3。中国分别于1984年4月8日、1986年2月1日和1988年3月7日发射了三颗通信和广播地球同步卫星。
极地轨道
极轨道:倾角为90°的人造地球卫星轨道。也被称为极轨道。在极地轨道上运行的卫星可以通过任何纬度,并在每个轨道上的北极和南极上空运行。由于卫星在任何位置都可以覆盖一定的区域,为了覆盖南北两极,轨道倾角不需要严格的90°,只需要90°左右。倾角在90°左右但仍能覆盖全球的轨道在工程上通常被称为极轨道。近地卫星导航系统(如美国海军导航卫星系统)使用极轨道提供全球导航服务。许多地球资源卫星、气象卫星和一些军事侦察卫星都采用太阳同步轨道,其倾角与90度只相差几度,因此也可称为极轨。一些研究极地物理的科学卫星也使用极轨道。
发射情况
编辑地球静止轨道卫星的发射难度大,技术复杂。但是如果一个国家的卫星发射场建在地球的赤道上,那么发射这样的卫星就简单多了。在赤道上由西向东发射,到达所需的轨道高度,并在适当的位置固定定点,就可以解决这个问题。遗憾的是,许多发射卫星的国家不在赤道上,在赤道上建立卫星发射场也是不可能的。这给卫星发射带来了许多困难,卫星发射需要多次轨道转换才能成功。现在让我们用下图来看看地球静止轨道卫星是如何发射的。
为了便于解释和理解,假设卫星将从赤道平面发射。当火箭起飞后到达一定高度时,第一级火箭熄火并自动分离。火箭携带卫星爬升一段时间,即图中所示的惯性飞行。然后,最后一级火箭点火并工作。当到达一定的轨道高度时,火箭就会熄火。继续图2,卫星进入一个非常接近地球的轨道,我们称之为初始轨道。当卫星到达初始轨道的远地点时,发动机再次点火,使卫星加速进入大椭圆轨道(转移轨道)。此时,大椭圆轨道的近地点就是初始轨道的远地点,大椭圆轨道的远地点应该正好是36000千米高。此时,火箭的最后一级与卫星分离。当卫星再次转向大椭圆轨道的远地点时,卫星上的远地点发动机点火,将卫星推向36000公里的圆形轨道,进入地球静止轨道。
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