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同步轨道

同步轨道,是指在轨道上运行的物体(通常指卫星)于被环绕物体(通常是行星)有同样的平均环绕周期,并且方向一致。呈环形且处在赤道位置的同步轨道称为地球静止轨道。

在赤道上空,同步轨道的高度为 35900 公里。

卫星轨道理论中的一个概念。即一种接近于和地球自转同步运动的卫星轨道,或者说卫星绕地球一周的轨道周期和地球自转周期相同的卫星轨道。这种卫星的轨道近于圆,半径约36000km。卫星绕地球作轨道运动时,相对于地面几乎没有相对运动,好像是静止地悬于空中,故称对地静止卫星.洲际通信卫星、气象卫星以及21世纪计划发射的太阳能发电站等飞行体都是利用这种轨道特性。

第一个提出把地球同步卫星用于通信的人是赫尔曼波托西尼克,他于1928年提出了这个设想(但并没有广为人知)。George O. Smith在系列科幻小说Venus Equilateral的第一个故事中提到了地球静止轨道,这是静止轨道第一次出现在大众文学作品中,但Smith并没有进行深入的探讨。 1945年,英国著名科幻作家亚瑟C克拉克在无线世界发表了一篇题为“Extra-Terrestrial Relays Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?”的文章,对地球静止轨道的原理进行了详细解释,这也使得地球静止轨道这个概念广泛传播。克拉克承认,他引入的地球静止轨道概念和Smith的The Complete Venus Equilateral有联系 。克拉克第一个阐明了静止轨道对于广播和中继通讯卫星的作用。所以,有时候地球静止轨道也被称为克拉克轨道 。相应的,海平面以上大35,786km的地方有一片区域被称为克拉克带,它位于赤道平面内,可作为类静止轨道来使用。另外,克拉克轨道的周长大约是265,000km。

在圆形轨道,向心力由万有引力提供。

ω是角速度,一天是23小时56分4秒,一圈是2π

M是地球质量5.9736×1024 kg

G是万有引力常数6.67428 ± 0.00067 × 10-11 m3kg-1s-2

代入以上数字,得出地球静止轨道的半径是42,164公里。考虑地球半径6,378公里,高度是35,786公里。

线速度则是:

地球静止轨道、伽利略定位系统、全球定位系统(GPS)、格洛纳斯系统、北斗卫星导航系统、国际太空站及哈勃望远镜的半径比较图。另外,月球轨道半径(385,000公里)是地球静止轨道的大约9倍。

静止轨道卫星都必须分布在赤道上空的同一个圆环上。在运行过程中,为了避免卫星受到不良的频率干扰,需要把静止轨道卫星分开来放置,这就意味着轨道位置是有限的,因此,静止轨道上运行的卫星数量也是一定的。不同国家为争得同一静止轨道位置(如经度相同而纬度不同的国家)和频率资源会发生矛盾,这样的矛盾可以通过国际电信联盟的轨道分配机制来协调解决。1976年,8个赤道国家通过了波哥大宣言,宣称这些国家拥有其领土上空静止轨道的主权,但这个宣言从未被国际社会承认

当它的燃料耗尽时,将不可能保持在之前的轨道位置,卫星的服务寿命就结束了。一般来说,卫星的推进剂耗尽时,其转发器以及星上其他系统还能正常工作。如果停止进行南北位置保持控制,一些卫星可以继续在倾斜轨道上运行(其星下点以赤道为中心画“8”字图案)。或者,可以把卫星轨道提升到“坟墓”轨道处理掉。

地球静止轨道是地球同步轨道的一个特例。二者的区别有三:

1.轨道倾角有区别,地球同步轨道不一定在赤道面上方。

2.观察者看到的现象不同,地球同步轨道上的卫星每天以相同的时间通过地球上的同一个点,地面观察者看到卫星是移动的;而地球静止轨道上的卫星一直固定在其定点位置不动。

3.星下点轨迹不同,地球同步卫星的星下点轨迹是一条8字形的封闭曲线。


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