地球同步衛(wèi)星知多少

1、.地球同步衛(wèi)星知多少人造地球衛(wèi)星已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科研、軍事、和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)等領(lǐng)域，有通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等。其中通訊衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度一樣，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時(shí)看電視實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)總聽(tīng)到講解員所說(shuō)的太平洋上空或印度洋上空的衛(wèi)星都是通訊衛(wèi)星?，F(xiàn)行高中物理教材中提到同步衛(wèi)星的知識(shí)很少，但有些物理題都涉及到同步衛(wèi)星的相關(guān)知識(shí)，為此有必要對(duì)同步衛(wèi)星的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)展簡(jiǎn)單理解。 1.同步衛(wèi)星只能定點(diǎn)于赤道上空 假設(shè)在北緯或南緯某地上空有一顆衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應(yīng)是地軸上的某點(diǎn)，而不是地心，其需要

2、的向心力也指向這一點(diǎn)。而地球所可以提供的引力只能指向地心，這樣衛(wèi)星在繞地軸做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也向赤道平面運(yùn)動(dòng)，從而不能使衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和地球自傳同步，所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。衛(wèi)星的軌道與地球赤道共面，才能與地球自轉(zhuǎn)同步，即只能定點(diǎn)于赤道的上空。 2.同步衛(wèi)星的高度是唯一的 同步衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=24h=86400s，地球的半徑R=6400km，地球質(zhì)量M=6.0×1024kg。設(shè)同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，離地面的高度為h。 對(duì)衛(wèi)星由萬(wàn)有引力提供向心力得： 代入數(shù)值解得：h=3.6×104km 可見(jiàn)同步衛(wèi)星必須定位于赤道上空，且地面高度h=3.6×10

3、4km處。赤道上空的這一位置被科學(xué)家稱為“黃金圈，是各國(guó)在太空爭(zhēng)奪的主要領(lǐng)域。 3.同步衛(wèi)星的軌道是圓，不能是橢圓 根據(jù)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)：它的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度一樣，其角速度是個(gè)恒定值，決定了它的軌道只能是圓。假如它的軌道是橢圓，地球應(yīng)該位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)，在近地點(diǎn)時(shí)速度和角速度比遠(yuǎn)地點(diǎn)大，這樣衛(wèi)星的角速度就不是恒定值，與地球不能保持相對(duì)靜止了。 4.至少要3顆同步衛(wèi)星均勻分布在同步軌道上，才可以實(shí)現(xiàn)全球通信 根據(jù)同步衛(wèi)星的特點(diǎn)，可以計(jì)算出一顆同步衛(wèi)星所發(fā)出的電磁波能覆蓋的范圍：同步衛(wèi)星的高度h=3.6×104km和地球的半徑R=6400km，如圖可得=0.51，=81.30 ，2=162.60，蓋整個(gè)赤道需要的衛(wèi)星數(shù)量為：=2.2。所以要實(shí)現(xiàn)全球通信至少要3顆同步衛(wèi)星。 5.同步軌道上所允許放置的同步衛(wèi)星的數(shù)量 地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的同一條圓型軌道上，而為了衛(wèi)星之間不互相干擾，大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，所以地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆。 6.同步衛(wèi)星的發(fā)射 同步衛(wèi)星軌道高，直接用火箭沿直線發(fā)射到同步軌道，需消耗大量燃料，同時(shí)還要受發(fā)射場(chǎng)地的限制，所以通常采用變軌方式發(fā)射，以下圖是同步衛(wèi)星發(fā)射的簡(jiǎn)化過(guò)程，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后在軌道上的一點(diǎn)P點(diǎn)火，使衛(wèi)星突然加速，衛(wèi)星將離心運(yùn)動(dòng)到橢圓軌道2運(yùn)