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地球静止轨道

地球静止轨道(或作“地球静止同步轨道”、“地球静止卫星轨道”、“克拉克轨道”)是特别指卫星或人造卫星垂直于地球赤道上方的正圆形地球同步轨道。地球静止轨道属于地球同步轨道的一种。

在这轨道上进行地球环绕运动的卫星或人造卫星始终位于地球表面的同一位置。它的轨道离心率和轨道倾角均为零。运动周期为23小时56分04秒,与地球自转周期吻合,轨道半径为42164.169km。由于在静止轨道运动的卫星的星下点轨迹是一个点,所以地表上的观察者在任意时辰始终可以在天空的同一个位置观察到卫星,会发现卫星在天空中静止不动,因此许多人造卫星,尤其是通讯卫星,多采用地球静止轨道。地球静止轨道在轨服务技术在促进经济、国防和空间技术发展方面有重要意义。 [1]

地球静止轨道的理论由赫尔曼波托西尼克在1928年首次提出,而后亚瑟查理斯克拉克在他的小说《无线世界》中,提议将通讯卫星放置在地球静止轨道。因此有时静止轨道也被称为克拉克轨道。位于该轨道的卫星(简称GEO卫星),覆盖面积大(一颗卫星几乎可以覆盖整个半球),且相对于地面是静止的,因此在通信、导航、预警、气象等民用和军用领域正发挥着越来越重要的作用。 [2]

人造卫星与地面相对静止,固定在赤道上空。顺行的圆形轨道,距地面高度为35786千米,卫星运动速度为3.07千米/秒。一颗卫星可覆盖约40%的地球面积。气象卫星、通信卫星和广播卫星常采用这种轨道。

实际上,地球同步轨道与地球静止轨道不是一回事,它们之间有共同点也有较大区别.

地球同步轨道与地球静止轨道都是运行周期(23小时56分04秒)相同的人造地球卫星轨道.

这两种轨道的区别有三:

第一,轨道倾角有区别.

地球静止轨道是轨道倾角(轨道平面和赤道平面的夹角)为零的圆形地球同步轨道.即地球静止轨道一定在赤道平面上;而地球同步轨道平面可与赤道平面成一不为零的夹角.

第二,观察者看到的现象不同.

在地球同步轨道上运行的卫星每天在相同时间经过相同地方的天空,对地面上观察者来说,每天相同时刻卫星会出现在相同的方向上.在一段连续的时间内,卫星相对于观察者可以是运动的.而处于地球静止轨道上运行的卫星每天任何时刻都处于相同地方的上空,地面观察者看到卫星始终位于某一位置,保持静止不动.

第三,星下点轨迹不同.

人造地球卫星在地面的投影点(或卫星和地心连线与地面的交点)称为星下点.卫星运动和地球自转使星下点在地球表现移动,形成星下点轨迹.地球同步卫星的星下点轨迹是一条8字形的封闭曲线,而地球静止卫星的星下点轨迹是一个点.

地球静止轨道环境 geosynchronous orbit environment 地球静止轨道区的空间环境。地球静止轨道是通信卫星的高密集区,它处在距地心6.6个地球半径左右的近赤道区。该区的空间环境主要由除引力场外的高能粒子、热等离子体、等离子体层等离子体、环电流、磁场、太阳电磁辐射、流星体和空间碎片构成。地球静止轨道区是地球空间环境受太阳活动影响严重的区域,强太阳风到达时,磁层被压缩,地球静止轨道区完全暴露在太阳宇宙线、高速太阳风之中。在磁暴或亚暴时,从磁尾注入的高温等离子体也能到达这一区域,使得该区成为空间环境引发航天器异常的高发区,其中高能粒子(包括太阳质子事件)环境和亚暴注入的热等离子体环境是最重要的导致异常的环境,是航天器充电问题最严重的区域。

太空驿站通信卫星

通信卫星,是作为无线电通信中继站的卫星。它像一个国际信使,收集来自地面的各种“信件”,然后再“投递”到另一个地方的用户手里。由于它是“站”在36000 公里的高空,所以它的“投递”覆盖面特别大,一颗卫星就可以负责 1/3地球表面的通信。如果在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星,便可以实现除南北极之外的全球通信。当卫星接收到从一个地面站发来的微弱无线电信号后,会自动把它变成大功率信号,然后发到另一个地面站,或传送到另一颗通信卫星上后,再发到地球另一侧的地面站上,这样,我们就收到了从很远的地方发出的信号。

通信卫星一般采用地球静止轨道,这条轨道位于地球赤道上空 35786公里处。卫星在这条轨道上以每秒3075米的速度自西向东绕地球旋转,绕地球一周的时间为 23小时56分4秒,恰与地球自转一周的时间相等。因此从地面上看,卫星象挂在天上不动,这就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天线可以固定对准卫星,昼夜不间断地进行通信,不必像跟踪那些移动不定的卫星一样而四处“晃动”,使通信时间时断时续。通信卫星已承担了全部洲际通信业务和电视传输。

通信卫星是世界上应用最早、应用最广的卫星之一,许多国家都发射了通信卫星。1965年4月6日美国成功发射了世界第一颗实用静止轨道通信卫星:国际通信卫星1号。到目前为止,该型卫星已发展到了第八代,每一代都在体积、重量、技术性、通信能力、卫星寿命等方面有一定提高。

前苏联的通信卫星命名为“闪电号”, 包括闪电1、2、3号等。由于前苏联国土辽阔,“闪电号”卫星大多数不在静止轨道上,而在一条偏心率很大的椭圆轨道上。

中国的第一颗静止轨道通信卫星是1984年4月8日发射的,命名为“东方红二号”,至今已发射成功了六颗。这些卫星先后承担了广播、电视信号传输,远程通讯等工作,为国民经济建设发挥了巨大作用。


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