高中物理 為什麼同步衛星軌道(赤道軌道)一定在赤道平面上呢

時間 2021-05-05 17:02:35

1樓:葛路路

所謂同步衛星,是指在地面上的觀測者看來固定不動的衛星。那麼我們首先考慮乙個真正固定不去吧的物體,懸在你頭頂上,那麼由於地球自轉,你(觀測者)實際上存在週期約24小時的沿緯線方向的圓周運動。為了抵消掉地球自轉,這個物體必須以與地球自轉相同的角速度運動。

又由於人造衛星是繞地球質心運動的,因而衛星軌道必然是以地球質心為焦點的橢圓。對於同步軌道的情況,最簡單的設計就是赤道軌道,傾角為0的大圓,角速度保持與地球自轉一致即可。實操中,由於0傾角軌道資源非常寶貴,通過輕微改變軌道傾角可以大致實現同樣的功能。

因而我們通常說的同步軌道帶,傾角從0到17度不等。

2樓:蘇我 屠自古

首先題主的這一整篇推導有一些侷限性,題主僅是把軌道按照傾角進行分類,實際上軌道的分類很複雜,通過傾角來分僅是其中的乙個方法,下面科普一下常用的軌道。

一般發射衛星,最常用的軌道是低地球軌道(LEO),低地球軌道是高度在2000km以下的軌道。

在低地球軌道上執行的衛星在地球上投下的軌跡,圖為國際空間站。

對於題主提到的極地軌道的氣象衛星,它們通常處於太陽同步軌道(SSO),其在乙個傾角97°,高度在500-700km的稍微逆行的軌道上執行。這條軌道上的衛星由於地球引力以及其它天體的引力,在一年之中經過某地時,該地的太陽高度都相同。

大部分的導航衛星使用中地球軌道,其高度一般在20000km左右,如GPS衛星使用的週期12小時的軌道。

對於同步軌道,其高度是35786公里,在這個高度上繞地球運轉的衛星,其週期是24小時,傾角0度的同步軌道有乙個別名,地球靜止軌道。在地球靜止軌道上的衛星,其星下點固定在地球的某一點。對於有傾角的地球同步軌道,其星下點軌跡是乙個8字,兩個圈相交於赤道。

對於有離心率和傾角的同步軌道,其星下點軌跡的8字兩個圈大小不同。

圖示既有傾角又有離心率的同步軌道衛星星下點軌跡。

下面回答題主的問題:

其一,首先角速度和速度一樣,是可以分解的。因此可以把任意的轉動分解為三個方向上的旋轉矩陣之和,這部分內容涉及到大學的內容,在這裡僅提一下。

其二,傾斜軌道上的衛星,其星下點軌跡的緯度有較大的變化,即其可服務更廣的範圍。一般區域衛星導航系統如日本的準天頂衛星使用傾斜同步軌道,至於全球衛星定位系統如GPS 格洛納斯北斗三號等,其一般使用傾斜的中地球軌道來對全球的大部分使用者服務。

另:如果單純的發射火箭不去修正軌道傾角,那麼這顆上天的衛星的軌道傾角一般是發射地的緯度。

3樓:

我們常說的同步軌道一般指「同步靜止軌道」,該軌道平面一定和赤道平面平行,且軌道為正圓,通訊衛星等都在這條軌道上,位於赤道上空36000公里處。

當然也存在軌道週期跟地球自轉相同,但是不跟赤道平面平行的同步軌道,這種叫做傾斜同步軌道,北斗三號就有3顆傾斜同步軌道衛星。

而且同步軌道也不一定是正圓,也可以是橢圓軌道,比如日本的區域導航系統QZSS就用了傾斜橢圓同步軌道,使其在乙個軌道週期內,盡可能長時間地停留在日本上空。

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