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地球同步軌道

地球同步軌道(Geosynchronous orbit,GSO),衛星的軌道周期等于地球的自轉周期,且方向亦與之一致,見同步軌道。軌道平面與地球赤道平面重合,即衛星與地面的位置相對保持不變,則稱為地球靜止軌道

中文名稱地球同步軌道英文名稱Geosynchronous orbit
縮寫GSO運用通信衛星

簡介

衛星的軌道周期等于地球在慣性空間中的自轉周期(23小時56分4秒),且方向亦與之一致,衛星在每天同一時間的星下點軌跡相同,當軌道與赤道平面重合時叫做地球靜止軌道,即衛星與地面的位置相對保持不變。

發射滿足條件

實現地球同步軌道,需滿足下列條件:

1、衛星運行方向與地球自轉方向相同;

2、軌道偏心率為0,即軌道是圓形的;

3、軌道周期等于地球自轉周期為1恒星日(23小時56分4秒),靜止衛星的高度為35786公里。

要將同步衛星發射到同步軌道上,卻是相當困難和復雜的。因為受火箭運載能力的限制和發射場一般不處于赤道上的影響,多數的運載火箭不能將衛星直接送到同步軌道上,必須分為三個階段才能入軌。

第一步,運載火箭將衛星送到距地面200---300千米的停泊軌道;

第二步,以停泊軌道的環繞速度將衛星加速送到轉移軌道與同步軌道相切處,即轉移軌道的遠地點;

第三步,在遠地點上點燃發動機,使衛星進入地球同步軌道,并用衛星上的小發動機調整衛星的姿態,使衛星完全進入同步軌道。

發射過程

地球同步軌道衛星的發射很困難,技術很復雜。但如果一個國家的衛星發射場建在地球的赤道上,那這種衛星的發射就簡單多了,在赤道上由西向東發射,達到要求的軌道高度,在適當的位置定點,問題就解決了。可惜的是,許多發射衛星的國家不在赤道上,也不可能在赤道上建立衛星發射場。這樣給衛星的發射帶來了許多的困難,要經過幾次的軌道變換才能成功。現在我們結合下面的圖來看看地球靜止軌道衛星是如何發射的。

 

為了便于說明和理解,首先假設從赤道面發射衛星,如圖1所示。火箭起飛后達到一定的高度時, 一級火箭熄火并自動分離,火箭攜帶衛星爬升一段時間,即圖中的慣性飛行,然后末級火箭點火工作,當達到一定的軌道高度,火箭熄火。

 

這時衛星進入一個距離地球很近的軌道,我們稱它為初始軌道,見圖2。當衛星到達初始軌道的遠地點時,發動機再次點火工作,把衛星加速到一個大橢圓軌道(轉移軌道)上,這時大橢圓軌道的近地點就是初始軌道的遠地點,而大橢圓軌道的遠地點要正好是36000千米的高度,這時火箭的末級與衛星分離。當衛星再次轉到大橢圓軌道的遠地點時,衛星上的遠地點發動機點火工作,把衛星推入36000千米的圓軌道,這就進入了地球同步軌道。

 

由于大多數國家的發射場不在赤道上,所以實際上衛星發射時的軌道面和地球的赤道面總是有一個夾角,即軌道傾角,見圖3。從圖上可看出,衛星的軌道面和地球的赤道面不重合,因此首要要的任務就是使衛星進入赤道平面,即要改變它的運動方向。因此在衛星的遠地點發動機點火之前,首先要調整衛星的姿態,使發動機的軸線和軌道面成--定的角度。這時,當衛星飛經赤道上空時,恰好遠地點發動機點火工作,給衛星一個沿發動機軸線方向的附加速度,如圖中的v1而衛星在原來軌道上飛行時有一個軌道速度,如圖中的v0;這兩個速度就按照力學的速度合成原理,合成一個新速度。這個新速度的方向是兩個速度組成的平行四邊形的對角線方向,如圖中的v2。這個v2,速度是非常關鍵的,它的速度方向一定要剛好沿著地球的赤道方向,這時衛星才能在赤道上空飛行。此后,衛星還有一個定點的任務,還要經過姿態的調整和精確的姿態修正。這是因為當衛星的遠地點發動機熄火后,產生各種誤差的原因往往使衛星的實際位置與要求的定點位置不一致。衛星定點實際上是衛星的軌道微調。衛星上除了裝有遠地點發動機外,在它的各個特定方向還裝有成對的小發動機,按不同的誤差起動不同的小發動機來進行軌道控制,精確修正軌道,使它慢慢貼近靜止軌道并且停止漂移,這時衛星就完全定點于預定的地點上空了。但即使衛星已經定點很準了,當工作時間一長,由于地球形狀的影響(地球不是正圓)、地磁場的影響,以及太陽甚至月亮的引力都使得衛星的位置發生變化(軌道攝動),所以時不時的還要進行軌道修正,要隨時控制它的狀態和位置,這種修正我們稱為衛星的軌記保持。

從以上的介紹,我們可以看出發射地球同步軌道衛星比發射一軌道衛星要復雜得多,而中國多成功地發射了地球靜止軌道的通信衛星,充分說明中國已經完全掌握了它的發射和定點技術。

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最新更新:2015-08-06 14:31
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